互换性实验

实验一 名称：用立式光学计测量圆柱体长度
一、实验目的
1、了解立式光学计的测量原理和操作方法；
2、掌握用立式光学计测量轴径的方法；
3、学会基本的测量误差处理方法。

二、实验基本原理
1、立式光学计是利用光学杠杆的放大原理，将微小的位移量转换为光学影象的移动，其光学系统图如图1所示。

照明光线经反射镜1照射到刻度尺8上，再经直角棱镜
2、物镜3，照射到反射镜4上。

由于刻度尺8位于物镜3的焦平面上，故从刻度尺8上发出的光线经物镜3后成为一平行光束，若反射镜4与物镜3之间相互平行，则反射光线折回到焦平面，刻度尺象7与刻度尺8对称。

如图2所示，若被测尺寸变动使测杆5推动反射镜4饶支点转动某一角度α，则反射光线相对于入射光线偏转2α角度，从而使刻度尺象7产生位移t ，它代表被测尺寸的变动量。

物镜至刻度尺8间的距离为物镜焦距f ，设b 为测杆中心至反射镜支点间的距离，s 为测杆移动的距离，则仪器的放大比K 为：
ααbtg ftg s t K 2=
=
当α很小时，αα22≈tg ，αα≈tg ，因此：
b f
K 2=
光学计的目镜放大倍数为12，mm f 200=，
mm b 5=，故仪器的总放大倍数n 为： 9605200
212212
12=⨯⨯===b f K n
由此说明，当测杆移动0.001mm 时，在目镜中可 见到0.96mm 的位移量。

三、主要仪器设备
1、实验仪器设备：上海泰明光学仪器有限公司生产的JDG-S1型立式光学计（见图3）。

2、实验台的主要参数及性能 测量范围：180mm
示值范围（相对于中心零位）：不小于±0.1mm 最小示值：0.0001mm 测量力：2N ±0.2N
示值误差（相对于中心零位）：±0.00025mm
图1
示值变动性：≦0.0001mm
测量最大不准确度：±（0.5+10L）μm 式中L为被测件长度，以M数计
图2 图3
四、实验步骤及内容
1、测头的选择：测头有球形、平面形和刀口形三种，根据被测零件表面的几何形状来选择，使测头与被测表面尽量满足点接触。

所以，测量平面或圆柱表工作时，先用球形测头。

测量球面工作时，选用平面形测头。

测量小于10mm的圆柱面工件时，选用刀口形测头。

2、按被测圆柱体的长度的基本尺寸组合量块。

3、调整仪器零位
1)选好量块组后，将下测量面置于工作台的中央，并使测杆对准上测量面
中央。

2)粗调节：松开支臂紧固螺钉，转动调节螺母，使支臂缓慢下降，直到中
心零位指示灯点亮，将支臂紧固螺钉锁紧。

（中心零位指示灯亮，表明测量杆处于测量范围的中心对称位置，这时仪器的测量范围在正负方向均不小于100μm）
3)细调节：松开光学计管紧固螺钉，松开微动紧固螺钉，转动微动螺钉,
使光学计管处于中间位置，给进一步微调留出空余空间。

4)微调节：拧紧微动紧固螺钉，转动微动螺钉，直至中心零位指示灯点亮，
然后拧紧光学计紧固螺钉。

5)置零：按下置零按钮，确定基准零位。

6)将测杆轻轻抬起，取出量块。

7)测量圆柱体长度：轻抬测杆，按实验规定将被测圆柱体放入测杆下方进
行测量，移动可调工作台，测量至少五个点的数据，把测量结果填入实验报告。

五、测量与数据处理
重复多次（不少于5次）测量一个零件同一个部位的尺寸并计算测量误差，且将数据填入表1中。

表1 测量数据及测量误差的计算值
2. 算术平均值的标准偏差（um）：
3. 测量结果（mm）：
六、实验报告要求
1. 说明实验目的和意义。

2. 写明实验内容和具体步骤。

3. 记录实验数据，并分析实验数据（参考第五点“测量与处理数据”），计算被测圆柱体的高度。

七、复习思考题
1.立式光学计测量高度，属于什么测量方法？绝对测量与相对测量各有何特点？什么是分度值？刻度间距？
实验二名称：表面粗糙度测量
一、实验目的
1、表面粗糙度测量仪测量表面粗糙度的原理及方法；
2、加深对表面粗糙度评定参数的Ra、Rz的理解。

二、实验基本原理
测量工件表面粗糙度时，将传感器放在工件被测表面上，由仪器内部的驱动机构带动传感器沿被测表面做等速滑行，传感器通过内置的锐利触针感受被测表面的粗糙度，此时工件被测表面的粗糙度引起触针产生位移，该位移使传感器电感线圈的电感量发生变化，从而在相敏整流器的输出端产生与被测表面粗糙度成比例的模拟信号，该信号经过放大及电平转换之后进入数据采集系统，DSP 芯片将采集的数据进行数字滤波和参数计算，测量结果在液晶显示器上读出，也可在打印机上输出，还可以与PC机进行通讯。

三、主要仪器设备
1、实验仪器设备：上海泰明光学仪器有限公司生产的JB-1C型粗糙度测量仪（见图1）。

图1
2、实验台的主要参数及性能
测量范围：Ra 0.001um---10um
分辨率：0.005um
示值误差：<10%
四、实验步骤及内容
1、擦净工件被测表面。

2、参照图2，正确、平稳、可靠地安置被测件与传感器之间的位置；
（1）传感器与被侧面相平行；
（2）传感器的触针与被侧面垂直；
（3）传感器的移动方向要与加工纹理方向垂直。

图2
注：触针高硬度，高耐磨，但是很脆，轻拿轻放！
3、选择取样长度λc
取样长度λc是用来判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度，在轮廓的走向上量取。

本仪器取样长度λc的选择范围见表1.
表1 取样长度λc的选择
4、选择测量长度L
测量长度L是测量过程中有效的行程长度，一般为取样长度的4-8倍，这个长度是必须的。

5、点启动进行测量。

液晶屏幕上将显示取样长度λc和测量长度L的数据，动态显示传感器针尖的移动位置和针尖跳动的情况，每测量完一个取样长度λc，就会增加一个黑格子。

测量结束后，屏幕上将显示测量结果。

五、实验报告要求
1. 说明实验目的和意义。

2. 写明实验内容和具体步骤。

3. 记录实验数据，并分析实验数据。

实验三名称：位置度误差的测量
一、实验目的
1.了解用游标卡尺和角尺测量位置度误差的方法及位置度误差的数据处理方法。

2.加深对位置度误差的理解。

二、实验基本原理
1、图1所示为实验时提供的零件示意图，其上有一个四圆柱孔组，给出位置度公差Ф0.2mm。

该四圆柱孔组的定位尺寸在水平方向为L1，在垂直方向为L2。

按图1中所示的标注，四圆柱孔组的位置度公差与定位尺寸及四圆柱孔的尺寸之间遵守独立原则。

因此，只要各圆柱孔的实际轴线同时位于位置度公差带内和尺寸公差带内就可以判定该圆柱孔组形位公差合格。

图1 零件示意图
图2 测量示意图
图2为测量示意图。

利用角尺、量块和圆柱销（以下简称销）建立以第1孔的孔心为原点，1、2两孔的孔心连线为x轴测量坐标系统，并由此确定量块
组的尺寸L5和L6。

然后，在此基础上，按图2所示用游标卡尺测出a1、a2、a3、a4等四个尺寸（尺寸a1可用游标卡尺测量）。

各孔轴线的坐标值按下列关系式计算：
fx1=0 fy1=0
fx2=(a1-d)-L3 fy2=δ
fx3=a3-d -L3 fy3=a2-d-L4+δ
fx4=0 fy4=a4-d-L4
式中：fxi——第i孔实际轴线在x方向上的偏差；
fyi——第i孔实际轴线在y方向上的偏差；
d——检验所用销的大径
δ=L6-L5
已知：L3=76mm，L4=122mm，d=30mm
根据各孔的偏差坐标值，就可以利用作图法来求解各孔的位置度误差是否合格。

三、主要仪器设备
实验仪器设备：游标卡尺，角尺，量块（见图3）。

图3 测量工具
四、实验步骤及内容
测量分下列两个步骤进行：
1．测量各圆柱孔的位置度误差
（1）将销插入圆柱孔中，再将工件平放在平板上；
（2）将角尺内侧的一边与图2中的1、2两孔中的销接触，并反复试选量块组尺寸L5和L6，
放入1孔的y方向上与销接触，同时又能与角尺内侧的另一面紧贴。

这样，测量坐标系统才能建立，建立的坐标系如图4所示。

记录量块组的尺寸L5和L6，算出δ值；
（3）用0.02mm读数的游标卡尺按图2 所示分别测出a1、a2、a3、a4等四个尺寸；
（4）算出各孔轴线偏差的坐标值；
（5）参考下述示例求解各孔轴线的位置度误差，求解各孔轴线的位置度误差，并判断合格与否。

图4 建立的坐标系图图5 坐标图
示例：按上述步骤，求得图2所示各孔轴线偏差的坐标值见表1所列。

2
（1）先在坐标纸上以孔心为圆心，以Ф0.2mm乘以放大倍数M为直径，M 为作图时的放大倍数，画出放大M倍的0.2mm的位置度公差圆（如图9.5所示）。

（2）根据表1所列数据分别作出1、2、3、4四孔的轴线坐标位置。

本列中第4孔的实际轴线已在公差圆外。

遇到本例所示的图样标注情况，不能判断是否合格，应再作包容个四个孔心的最小外接圆Фf（如图5所示中的小圆）。

本例中，最小外接圆直径为Ф0.12mm，小于Ф0.2mm的公差值。

五、实验报告要求
1. 说明实验目的和意义。

2. 写明实验内容和具体步骤。

3. 记录实验数据，并分析实验数据，判断零件形位公差是否满足要求。

六、复习思考题
1.本实验的举例中，既然有一个孔的实际轴线已在位置度的公差外，为什么还允许各孔心的最小外接圆Фf的直径与公差值作比较？
2.按图纸要求，应有四个Ф0.2mm的公差圆，为什么仅用一个Ф0.2mm的公差圆来表示？
实验四名称：齿轮齿圈径向跳动的测量
一、实验目的
1、了解偏摆检查仪的工作原理及使用方法；
2、学会使用偏摆检查仪测量齿轮齿圈径向跳动误差；
3、加深理解齿轮齿圈径向跳动误差的定义。

二、测量原理
齿圈径向跳动误差△Fr是指齿轮在一转范围内，齿轮分度圆的最大跳动量，即测头相对于齿轮轴线的最大变动量。

测头在齿槽内或轮齿上，鱼池高中步双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。

这种误差将使齿轮传动一周范围内传动比发生变化。

齿圈径向跳动误差可用齿圈径向跳动检查仪、万能测齿仪或普通的偏摆检查仪等仪器测量。

为了测量齿圈径向跳动应建立测量安装基准，用它来体现齿轮旋转中心，其次应有合适的测量头，能在齿高中部和齿面作双面接触，还应有读数装置能反映测头相对齿轮旋转中心的位置（半径）变化量。

三、主要仪器设备
实验仪器设备：偏摆测量仪，百分表，量棒（直径d=1.476m）。

（见图1）。

图1 偏摆测量仪
四、测量步骤
1、根据被测齿轮的模数（本实验被测齿轮模数m=3mm，齿数Z=40，精度等级12），选择合适的量棒。

2、将被测齿轮和心轴装在仪器的两顶尖上，拧紧固定螺钉。

3、调整滑板的位置，使百分表测量头位于齿宽的中部；调整支架使百分表垂直水平面指向被测齿轮中心，如图2；将量棒放入齿槽，调整指示表的零位，
并使其指针压缩在量程二分之一偏小的位置。

图2 量棒及百分表放置图
4、每测一齿，须轻抬百分表顶针，使之离开量棒，将量棒放入下一个齿槽，转动齿轮，进行测量。

逐齿测量一圈，并记录指示表的读数。

5、处理测量数据，从机标JB179-81查出齿圈的径向跳动公差Fr，判断被测齿轮的适用性。

五、实验报告要求
1. 说明实验目的和意义。

2. 写明实验内容和具体步骤。

3. 记录实验数据，见下表。

并计算ΔFr，判断齿轮径向跳动是否合格。