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机械精度设计与检测基础（互换性与测量技术基础）实 验 指 导 书大庆石油学院机械设计制造及其自动化教研室2006年9月实验一 用立式光学计测量轴径一、 实验目的与要求1.了解立式光学计的原理和使用场合。.掌握立式光学计测量微差尺寸方法及量块的使用。二、立式光学计的原理立式光学计是应用光学杠杆和自准直原理，以量块作基准，进行比较测量的光学量仪。其核心部分为型的测微光管(光学计管)，光学系统（见图）工作原理如下：光线由光源经反射镜6进入棱镜7，使分划板的标尺9得到照明，光线透过标尺继续前进，经棱镜3反射，折向物镜2，由于分划板是放置在物镜的焦点上，所以成为一束平行光入射到反射镜1上，由于反射镜正好对着物镜，因此仍按原路反射回去，且遵循自准直原理，则标尺的像亦显示在分划板另一半面上，这就是目镜中看到的标尺。当测杆移动时，顶动反射镜，使之倾斜一个角度，目镜中的标尺像也随之移动一个距离，这个距离与测杆移动距离约以1000倍放大，可以通过目镜5进行读数。三、实验所需器件 立式光学计、千分尺、量块、被测工件（轴）、无水乙醇、脱脂棉、手套等。四、实验内容 1.测量轴径 2.测量轴的直线度误差 3.测量轴的圆度误差五、实验方法与步骤（参见图2、图3仪器外形图） 1.接通变压器25输入端220V电源，投影灯23插在变压器输出端6V、30VA插座上，灯亮； 2.调节进光反射镜10，拨动提升器19（拨叉），观察目镜投影筒24，直至出现较清晰的标尺刻度和指示线；3.用千分尺粗测工件尺寸，作为组合量块依据；4.组合量块（）组合量块不得超过四块，否则为无效测量；（）组合量块尺寸应在粗测工件尺寸±50m之内；（）使用量块应带手套操作，量块两光面用酒精棉擦干净，叠放在工作台上。5.光学计调零（1）松开横臂固定螺旋4，旋动横臂升降螺圈3，使横臂下降当测帽20刚好接触组合量块时,将螺旋4固定；（2）再松开光管固定螺旋16，转动微动手轮6作适当升降，从目镜内看到分划线后，若不清晰再旋转目镜13调焦，调节使分划线零位与指示虚线重合，再将光管固定螺旋16旋紧；（3）若零位稍有移动，不必再松螺旋16，可旋动零位调节手轮14，归零，此时拨动提升器19几次，零位不变即可换上工件进行比较测量。测量过程上述紧固部分不能再动，并将量块放回盒内；（）注意事项:1）调零前用微动凸轮托圈固定螺旋15和光管固定螺旋16，将光学计管安放在高低适中位置，同时使微动手轮6上标记点朝上，零位调节手轮14处于中间位，以便调零时有足够调节量；2）测量时必须使工作台平面与测量轴垂直；3）测量时被测物与测帽间接触面，必须使其最小，即近于点或线，因此测柱形轴时宜采用刀刃形或平面测帽。6.测量：（1）轴径测量工件上选两截面，每截面0°、90°各测一次。（2）直线度测量，工件上同一母线均测四个点。（3）圆度测量，工件上选同一截面，等分45°测四个点。测量完毕，断开220V电源。六、实验数据与报告上述实验过程的相关数据记录在实验数据表中（见附表1），经数据处理形成实验结论，并画出直线度误差和圆度误差的视图和标注。思考题：.此次测量时量块是按“等”使用，还是按“级”使用？它们有何不同？.了解刻度值，标尺示值范围，仪器测量范围等概念。附表1 用立式光学计测量轴径实验数据表 年 月 日1被测试件尺寸试件号公称直径（mm）公差等级轴径的极限尺寸（mm）粗测轴径（mm）1最大最小2最大最小2.组合量块组号量块第一块第二块第三块第四块量块组合尺寸（mm）1标称尺寸2标称尺寸3.测量数据及处理测量内容序号读 数（m）轴径实际尺寸量块组合尺寸读数（mm）试件1试件2试件1试件2轴径测量截面12截面12直同线一度条测母量线1234圆同度一测截量面1234轴径实际尺寸变动范围（mm）适用性结论（合格或不合格）试件1试件2图示直线度误差图示圆度误差实验二 用光切法显微镜测量表面粗糙度一、实验目的和要求1.建立对表面粗糙度的感性认识；2.了解光切法显微镜的原理和结构；3.熟悉用光切法显微镜测量表面粗糙度的方法及操作。二、光切法显微镜测量原理仪器是采用光切法测量被测表面的微观不平度，其工作原理如图（光学系统图）所示：仪器外形图 光学系统示意图由光源发出的光线，经狭缝形成一条平行光带，以45°方向投射到被测表面。由于工件表面粗糙不平，表面的波峰S点产生反射，波谷在S点产生反射，反射后在与工件成45°的另一方向，通过显微镜的物镜，它们各成像在分划板的a 和 a点。在目镜中观察到的即为具有与被测表面一样的弯曲波形光带。通过目镜的分划板与测微器测出a点至a点之间距离N，被测表面的微观不平度h即为： （1）V物镜放大倍数三、测量方法与步骤参看仪器的外形1. 估计被测工件表面粗糙度大致级别，依此选择合适的物镜；测量范围（不平度平均高度值）（m）所需物镜总放大倍数物镜组件与工件的距离(mm)视场(mm)0.81.660×N.A.0.55*510×0.040.31.66.330×N.A.0.40*260×0.20.66.32014×N.A.0.20*120×2.51.320807×N.A.0.12*60×9.52.5 2.仪器接通电源，将被测工件安放在工作台上，其加工纹路应与显微镜光轴平面平行，即与狭缝像垂直； 3.松开紧固螺钉，转动粗调螺母进行粗调焦，再转动微调手柄进行调焦，直至光带影像一边缘最清晰为止，锁紧紧固螺钉；4.松开目镜头座螺钉，将目镜头转动，使视场中的十字坐标线的一根平行于光带、锁紧螺钉。转动测微套筒的鼓轮，将平行线移到与光带清晰边缘的最高点（峰顶）对准相切（如图a所示），记下测微鼓上的读数。再转动鼓轮将平行线与光带清晰边缘最低点对准相切（如图b所示），记下测微鼓上读数。两次读数之差为。（）将式（2）中的N代入式（1）后得（）式中：分划板的二次读数差为求出不平度平均高度值 ，要求在工件不同区域测量被测轮廓的五个最高点（峰）和五个最低点（谷）之间的平均读数差。再按式（3）计算出的h，即不平度平均高度RZ。然后按标准化参数值查出相应的表面粗糙度数值。实验过程数据记录及计算参看附表2。四、物镜放大倍数V的确定由于目镜百分尺转筒的度数与选用的物镜组的放大倍数有关，同时物镜放大倍数也不够准确，所以要利用仪器备有的标准刻度进行测量。标准尺的中央圆面上刻有100个格，总长1毫米，每格为0.01毫米。测量时首先将标准刻度尺放在仪器的工作台上，调整标准刻度尺刻线清晰地成象在目镜视场中，并且使其刻线和狭缝象垂直，分划板十字线的运动方向与狭缝平行。然后将分划板十字线交点对准标准刻度尺的一端，记下目镜百分尺第一次读数（如图中交叉实线位置），再把十字线交点移到标准刻度尺的另一端（图中交叉虚线位置），记下目镜百分尺第二次读数。此时测微目镜的二次读数差与标准刻度尺选择段刻度数之比，就是显微镜物镜的放大倍数V。例如：假定标准刻度尺选择线段为80格，即0.8毫米。在测微目镜中对此刻线段的读数值为6.4毫米，仪器上安装的物镜组为14×N.A.0.20时，物镜的放大倍数:五、思考题1.评定表面粗糙度的参数有哪些？ 间有什么区别？附表2：用光切法（双管）显微镜测量表面粗糙度实验数据表 年 月 日1.估计被测工件表面粗糙度为2.选定所需物镜组为：3.确定物镜的放大倍数V4.光切法显微镜的测量范围为_m到_m5.测量记录数据与计算取样序号n峰顶读数A(格)谷底读数B(格）峰谷高度(格)平均高度(格)（m）12345请按标准化参数值标注出被测工件表面粗糙度测量结果： 实验三 用于涉显微镜测量表面粗糙度一、实验目的与要求1. 了解干涉法的测量原理2. 熟悉仪器的使用方法与测量范围二、工作原理6J型干涉显微镜光路系统图、外形图如下：干涉显微镜是干涉仪和显微镜的组合，将被测件和标准光学镜面相比较，用光波波长作为尺子来衡量工件表面的微观不平深度，用显微镜进行高倍放大后再进行观察和测量。其测量范围为0.020.8m。仪器的光路原理是：光源1发出的光线经聚光镜2，滤色片3，光栏4落在组合棱镜5上，棱镜组合处斜面将光线分成两束（又称分光镜）：一束按原方向射到物镜9到反射镜S1（标准镜面），被S1 反射又回到棱镜上，再由5折射经物镜10到反射镜11，由11反射进入目镜。另一束光线由棱镜5折射转向物镜6，再射到被测量零件表面S2上，由零件表面反射回来，经棱镜5，物镜10，射到反射镜11，由反射镜11也进入目镜。由于两束光到达目镜的路程不同，必定有一个光程差，人为地控制使其光程差为 则产生干涉条纹。因工件表面的微观不平度，使干涉条纹呈弯曲状，用目镜百分尺测出干涉带的相对弯曲度，即可确定表面的微观不平度即表面粗糙度。三、 测量方法1. 将被测表面放在工作台上，打开灯源预热15分钟，使温度均衡；2. 选定滤色片，选择原则是目测时用白光，要求测量精度高时用绿色光，照相时用橙色光；3. 转动手柄3，使遮光器移入光路，遮断通向S1平面反射镜的光路；4. 转动滚花手轮2，使工作台上下移动，将物镜与被测表面对焦，直至见到清晰的加工刀痕为止；转动手柄打开通向S1的光路，可见到干涉条纹。如果干涉条纹模糊不清。则再细调滚花手轮，若看不到干涉条纹，需细调参考镜S1； 转动工作台使干涉条纹与加工纹路垂直，转动手轮使干涉条纹宽度为毫米左右，便可进行测量。如果被测工件表面加工得很精密，那么可以得到没有弯曲的直接干涉条纹。用目测估读法测得不平度平均高度值。具体方法如下图：转动目镜千分尺，使视场中的十字交叉线的一根与干涉条纹平行，并选择其中一条较清晰的干涉带五个最高峰的平均线N1，记下第一读数；下移平行线至同一干涉带五个最低点的平均线N2，记下第二次读数。再将平行线移至与之相邻的干涉带五个最高峰的平均线N3，记下第三次读数。此时带宽:相邻两干涉带的间距:则：单色光的波长。用白光时=0.54m实验数据记录及计算结果和标注可参看附表。四、 思考题 与光切法测量表面粗糙度相比，各有什么特点？附表用干涉显微镜测量表面粗糙度实验数据表年月日干涉显微镜型号规格选用单色光的波长，选用白光时干涉显微镜的测量范围为 m到 m测量记录数据与计算值测量顺序被测干涉条纹读数（格）计算干涉带宽a和间隔距离b（格）N1选定一条干涉带五个最高点平均线N2同一条干涉带五个最低点平均线N3相邻干涉带五个最高点的平均线表面粗糙度计算值：按标准化参数值标注被测工件表面粗糙度测量结果：