万能工具显微镜

结 论......................................................... 18 参考文献....................................................... 19
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第一章 概 述
1.1 仪器的用途[1]
仪器按具体测量工件形状和参数可归纳如下： ①对平面零件测量的仪器。包括：对冲模、凹模和钻横样板，形状样板， 压铸造模及样板刀等测量孔距、边缘间的距离、孔的直径大小、外表面和内表 面的形状以及位置等的仪器。 ②对圆形零件测量的仪器。包括：测量长度和检验形状(如光滑圆柱体和锥 体)的仪器，对切削刀具、螺纹各参数和形状偏差、径向和端面凸轮各项参数、 曲线板及滚铣刀等测量的仪器。 ③对分度角测量的仪器。包括：对分度盘、分度滚轮、齿轮和分度板等测 量的仪器。 ④对曲面及其他特殊形状测量的仪器。
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摘 要...............................................................................................................................1 Abstract .............................................................................................................................1 第 1 章 概述 ....................................................................................................................3
横向滑座 4 和中央显微镜 8 通过偏摆立柱燕尾联结为一个整体，立柱下端装 有照明系统，通过立柱转轴做同步倾斜。转动偏摆手轮 13，推动立柱 2 可绕立 柱转轴做左右12o 的倾斜。
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立柱燕尾上的中央显微镜 8，可用粗调手轮 11 在燕尾上做较快的向下移动， 以对被测工件进行粗调焦。如需对工件进行细微调焦，则可旋转物镜座上的胶木 调节环，它转动一圈仅做很微小的移动，所以影像能调得很清晰。
1.2 工作原理
万能工具显微镜属于绝对测遥仪器。用其长度基准元件——毫米玻璃刻尺 和角度基准元件——光学度盘作为测量标准，就是以这些基准元件与被测工件 的相应部分做比较，从而确定被测工件的各项参数。
仪器的主要工作原理是：由物方远心照明系统光源发出的光，照明放置于 仪器工作台上的被测工件；而后通过中央显微镜物镜成像于分划板上；分别移 动仪器纵向或横向滑座，并利用目镜分划板上的各标记进行瞄准定位；最后借 助纵横向读数显微镜来确定被测工件的坐标位置，从而达到测量目的。
纵向滑座 3 上面是一个圆形导槽，中间部分挖空可以使照明光束从下面通过 它照明被测工件。闭形导槽的两侧分别安置左、右顶针筒 15，这两个顶针筒都 有轴杆并装有顶尖，用于安装有顶针孔的各种圆形被测工件。仪器上，两顶针顶 尖的连线严格平行于纵向滑座的移动方向。
在纵向滑座 3 的左上角固定安装了一根 200 mm 的玻璃纵向标尺 5，相应的 纵向读数显微镜 6 固定在底座 1 上，直接用于读取纵向滑座 3 的位移值。
螺钉 8 的作用是：当仪器装箱待运时，只要把螺钉 8 拧进去，这样使转轴 1 与盖板 7 脱离接触，可防止运输过程中碰坏精密转动轴。主柱的倾斜以及偏摆角 度的读数是由偏摆机构来完成的，如图 16—17 和图 16—18 所示。偏摆座 6 和横 向滑座同定为一体，借助拉紧螺钉 1 和拉簧 4，使螺杆 13 上的顶头 16 始终与固 定在立柱上的偏心调节螺钉接触。转动手轮 9。由于螺杆的移动而推动立柱做左 右倾斜。受压力弹簧 3 的作用使定位销 7 插入手轮 5 上的一个锥孔，这样就能保 证立柱的垂直状态(即零位)是可靠与正确的。
1.1 仪器的用途 ............................................... 3 1.2 工作原理 ................................................. 3 1.3 仪器的总体布局及其特点 ................................... 3 1.4 结构简介 ................................................. 4 1.5 仪器的光学系统 ........................................... 10 第 2 章 精度分析 .........................................................................................................13 2.1 中央显微镜的瞄准误差 .................................... 13 2.2 读数误差 ................................................ 13 2.3 玻璃毫米标尺的分划误差 ................................... 13 2.4 滑板移动时不直线度带来的测量误差 ......................... 13 2.5 由玻璃工作台相对纵向滑座移动时的不平行性引起的测量误差 ... 16 2.6 光栏大小与被测物大小不相符引起的测量误差 ................. 16 2.7 温度引起的测量误差 ....................................... 17
立柱的燕尾上装有中央显微镜。在测量螺纹类工件时，需将中央显微镜的光 轴倾斜一个螺旋升角，这样立柱结构才能绕横向滑座上的一个转轴左右倾斜12o 。 同时仪器还要求转轴轴线与纵向滑座上两个顶针筒的顶尖连线严格相交，其结构 如图 16—16 所示。转轴 1 装在横向滑座 2 上，与一个拼帽 3 锁紧。转轴 1 的两 端轴颈与立柱 4 上的孔径研配，并有很少间隙使它能灵活地相对转动。依靠立柱 4 上的盖板 7，钢珠 6 和弹簧的作用使整个立柱实际上在绕钢珠与顶头平面接触 的那个点转动，这样就可避免立柱转动时可能产生的径向及轴向窜动，保证了仪 器重复测量时定位精度达到规定要求。
可知，
H sin 360o t
（16-15）
t 对某一对螺旋副是一个固定值； 也同样，它对某一个已刻划好的刻度套
筒也是一个不变量。所以只有改变 H 的大小才能改变立柱的倾斜角度。偏摆机 构在安排上考虑到这一需要，把立柱上的这个螺钉做成偏心。转动它就能改变它
和螺杆顶头平面上的接触位置，也即使 H 值有一定量的变化，以达到立柱倾斜 角度 5 正确度的要求。
被测工件置于平面工作台上，用纵横向滑座移动定位构成直角坐标测量。 如配上附件圆分度台则可作极坐标测量。此外，仪器还可对第三坐标进行测 量。
1.3 仪器的总体布局及其特点
从总体布局来看，整个仪器安放在一个稳固的方形底座上，如图 16—13 所 示。
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图 16—13 万能工具显微镜总体布局示意图 底座上装有纵向和横向直角导轨。纵向滑座如同一艘船放置在纵向导轨 上，所以俗称之为“纵向船”。横向滑座则像一架“三轮车”。它们在各自的 导轨上可以彼此独立地做互相垂直的纵、横向移动。 工作台或顶针筒放置在纵向滑座上，中央显微镜连同照明系统安装于横向 滑座的立柱上(图 16—13)联成一体。这样便可实现对测量工件的定位和移动要 求。 横向标尺安装在立柱转动中心的延长线上，对于测量支承于两顶尖间的圆 柱体直径、螺纹中径等是符合阿贝原则的，对于在方工作台、分度台等台面上 的测量则不符合阿贝原则。 在底座的左侧，并列固定着纵向、横向读数显微镜。当被测工件与中央显 微镜有相对移动时，相应标尺也随之移功，这个位移量就可分别从这两个读数 显微镜中读出。 为了获得高精度的导向并有利于装校，导轨系统采用一种偏心可调的滚动 轴承作为导向件和支承件，使纵向、横向滑座全程的不直线性限制在 5 以下。
带有中央显微镜(包括照明系统)的横向滑座 4，像弓一样穿过纵向滑座 3， 通过同样的导轨系统放置在底座 1 上，同样配有锁紧机构和微动手轮 14。这样 各自形成的系统互不干涉。图 16—14 中的 9 为刹车手轮，顺时针转动该手轮便 会锁紧制动杆达到锁紧滑座的目的。也只有锁紧状态，转动微动手轮 14 才能使 滑座做微小的移动。
t——螺杆的导程(mm)，这里 t 一 6 mm。
——立柱倾斜角度( o )。
刻度套筒上的刻划就是按照这个关系式刻划的。
但是，由于 H 和 t 都存在机械零件的积累误差和制造误差，所以刻度套筒上
的分划也存在一定误差。万能工具显微镜的部颁标准规定，立柱左右偏摆不正确
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
度必须小于 5 。为了达到这个目的，结构上采用了一个调节环节。从上面关系式
万能工具显微镜
摘要
本文主要介绍了万能工具显微镜的用途、工作原理、总体布局及其特点、 结构、光学系统以及精度分析。 关键词：万能工具显微镜。
Abstract
This paper mainly introduces purpose, universal tool microscope working principle, general arrangement and the characteristics, structure, optical system and precision analysis. Keywords:Universal tool microscope;Sensitive optical lever.
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(3)螺旋测微目镜
万能工具显微镜采用螺旋测微目镜。螺旋测微目镜是根据阿基米德螺旋线形成原 理设计而成的，如图 16-19 所示。
阿基米德螺旋线的形成原理是：其一周
升程等于刻度分划线的距离，同时，如果相
应阿基米德螺旋线一周均匀分布的秒分划
这个偏摆机构实际上是一个正弦机构。图 16—17 中刻度套筒 12 上的刻度与 立柱倾斜角之间的关系如下式(图 16—18)
H
O
360
sin
t
（16-14）
式中： ——刻度套筒上的转角刻划值。
H 一一立柱上的偏心螺钉和顶头 10 接触点到立柱转轴中心之间的距离
(mm)，其名义值为 108．5 mm。
1.4．结构简介
万能工具显微镜主要由底座、纵向滑座、横向滑座、中央显微镜、纵横向读 数显微镜、立柱、偏摆机构及顶针筒等组成，如图 16—14 所示。
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底座 1 是本仪器的基础部分，它是一个有许多加强筋的方形箱体，安装在三 个可调的支承螺钉上面。
纵、横向滑座是通过精密的直角导轨和高精度滚珠轴承各自放置在底座 1 之上，可做相互垂直的、行程为 200 mm 和 100 mm 的运动。
图 16—15(b)中滚动轴承 1 安装在弹性杠杆 12 上，其作用是使纵向滑座压向 导向轴承 7，以保证直角导轨的导向面始终与导向轴承接触。所以在仪器开箱安 装以后，必须拧松纵向滑座轴承座上两个红色螺钉 15，这样使仪器纵向滑座运 动自如，否则导向轴承脱离直角导轨，精度就不可能保证。
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(2)立柱偏摆机构
使用上如果要对第三坐标（即 z 向）进行测量，如对阶梯零件、凸轮等测量， 则万能工具显微镜微镜还配有测高装置，它可装在主机主柱燕尾上进行这项工 作。 (1)纵向滑座与导轨的结构
万能工具显微镜纵、横向滑座 3 和 4 都通过直角导轨 16 和精密滚珠轴承放 置于底座 1 上，这样对运动的直线性、扭摆和互相垂直提出了很高要求。为提高 仪器的承载能力，又将滑座导向和支承独立分开。详细结构可参照图 16—14。 纵向滑座 3 及其附件和被测工件靠精密轴承 1、7 共四个轴承来支承。 安装在纵向滑座 3 上的两根直角导轨见图 16—15(a)。