【知识目标】

1.公差带与偏差的概念。

2.相对测量的概念与测量方法。

【技能目标】

1.掌握量块的正确组合方法与使用方法。

2.掌握使用立式光学计测量外径的方法。

5.2.1　实验设备

①量块。

②立式光学计。

③测量用的轴类工件。

5.2.2　实验内容

①用立式光学计测量轴类工件直径偏差。

②对测量数据进行分析处理,得出工件尺寸偏差和形状误差。

③判定工件精度是否符合设计要求。

5.2.3　实验原理

投影立式光学计是精密光学长度计量仪器之一,是工厂计量室,以及车间检定站或制造量具、工具与精密零件车间常用的精密仪器。它采用量块与被测件相比较的方法,测量零件外形的微差尺寸。它可检定量块以及高精度的柱形量规,对圆柱形、球形等工件的直径或样板工件的厚度以及外螺纹的中径也能作比较。若将投影光学计管从仪器上取下,安装在精密机床或其他设备上,可直接控制加工尺寸。投影立式光学计采用光学投影读数方法,是一种使用操作方便和工作效率较高的仪器。

如图5.8(a)所示为投影立式光学计。它主要由底座、立柱、粗调螺母、支臂、锁紧螺钉、投影系统、提升杠杆、工作台及变压器等部分组成。

投影立式光学计的工作原理如图5.8(b)所示。由白炽灯发出光线经过聚光镜和滤光片,通过隔热片照明分划板的刻线面,再通过反射棱镜后射向准直物镜。由于分划板的刻线面置于准直物镜的焦平面上,因此,成像光束通过准直物镜后成为一束平行光入射于平面反射镜上。根据自准直原理,分化板刻线的像被平面反射镜反射后,再经准直物镜被反射棱镜反射成像在投影物镜的物平面上,然后通过投影物镜,直角棱镜和反射镜成像在投影屏上,通过读数放大镜观察投影屏上的刻线像。

图5.8　投影式立式光学计组成与测量原理

(a)
1—底座;2—立柱;3—粗调螺母;4—支臂;5—锁紧螺钉;6—微动凸轮;7—微调旋钮;8—投影系统;9—观察窗口;10—锁紧螺钉;11—提升杠杆;12—测帽;13—工作台;14—工作台调节旋钮;15—变压器
(b)
1—灯泡;2—聚光镜;3—滤光片;4—隔热片;5—分划板;6—反射棱镜;7—投影屏;8—读数放大镜;9—准直物镜;10—平面反射镜;11—测量杆;12—测帽;13—直角棱镜;14—投影物镜;15—反射镜

当测帽接触工件后,其测量杆使平面反射镜倾斜了一个角度ϕ,在投影屏上就可看到刻线的像也随着移动了一定的距离t(见图5.9)。设测量杆移动的距离为S,其平面反射镜则以O为支点摆动ϕ 角,因此tan ϕ=S/a(其中,a 为测量杆轴线至平面反射镜的支点O 的距离),故S=a tan ϕ。根据反射定律,当平面反射镜转动了ϕ 角时,其反射光线与入射光线夹角应为2ϕ角,令N1M1=f(即准直物镜焦距)。则tan 2ϕ=t/f,故t=f tan 2ϕ。因此,光学杠杆的传动比为

由于ϕ 角很小,可视作tan 2ϕ=2ϕ,tan ϕ=ϕ,故得(www.daowen.com)

假设投影物镜放大率为X1,读数放大镜的放大率为X2,则投影光学计的总放大率为

令光学计的准直物镜焦距f=200 mm,a=5 mm,X1=18.75,X2=1.1,则X=1 650。

由上式可知,当测量杆移动0.001 mm,经过1 650 倍放大后,就相当于在投影屏上看到的1.65 mm 的距离。其计算关系如图5.9 所示。

图5.9　放大倍数的计算

5.2.4　实验步骤

①测头的选择。测头有球形、平面形和刀口形3 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。因此,测量平面或圆柱面工件时,选用球形测头;测量球面工件时,选用平面形测头。测量小于10 mm 的圆柱面工件时,选用刀口形测头。

②按被测工件的基本尺寸组合量块,并且使用量块的数量最少。

③调整光学计零位:

a.将量块组合好后,将下测量面置于工作台的中央,并使测帽对准上测量面中央。

b.粗调节。松开支臂锁紧螺钉,转动粗调螺母使支臂缓慢下降,直到测帽与量块上测面轻微接触,并能在视场中看到刻度尺象时,将锁紧螺钉锁紧。

c.细调节。松开紧固螺钉,转动调节凸轮,直至在目镜中观察到刻度尺像与μ 指示线接近为止(见图5.10(a)),然后拧紧螺钉。

d.微调节。转动刻度尺微调旋钮,使刻度尺的零线影像与μ 指示线重合(见图5. 10(b)),然后压下测头提升杠杆数次,使零位显示稳定。

e.将测头抬起,取走量块。

图5.10　立式光学计的调零

④测量工件。按实验规定的部位(在5 个横截面上的两个相互垂直的径向位置上)进行测量,把测量结果填入实验报告中。

⑤从国家标准GB/T 1957—2006 中查出工件的尺寸公差和形状公差,判定所测量工件是否满足精度要求。

5.2.5　思考题

①量块为什么不能直接用手拿?其正确的方式是什么?

②为什么要用数量最少的量块来组合出需要的尺寸?

③测量时为什么不能用力过大?