《精密机械设计》课程教学资源（实验指导）实验三 表面粗糙度及形位误差测量

表面粗糙度及形位误差测量学时：2学时课题：一、粗糙度测量：二、形位误差测量1.直线度误差测量2.平面度误差测量3.平行度误差测量垂直度误差测量4.5.圆跳动误差测量目的任务：学会使用双管显微镜、自准直仪；掌握形位误差的常规检测方法重点难点：量具的使用操作教学方法：一、粗糙度测量1．目的：学会使用双管显微镜。2.采用仪器：JSG-1型双管显微镜，测量范围：0.8~63um。3.实验步骤：（1)根据被测工件表面粗糙度的要求，选取合适的物镜组，选择时可参考表2一1.表2—1粗糙度（μm）所需物镜总放大倍数物镜组件与工件距离（mm）0.8~1.660X510x0. 0430X260X0. 21.6~6.32. 56.3~2014X120X7X20~6360X9.51

1 表面粗糙度及形位误差测量 学 时： 2 学时 课 题： 一、粗糙度测量： 二、形位误差测量 1. 直线度误差测量 2. 平面度误差测量 3. 平行度误差测量 4. 垂直度误差测量 5. 圆跳动误差测量 目的任务： 学会使用双管显微镜、自准直仪； 掌握形位误差的常规检测方法 重点难点： 量具的使用 教学方法： 操作 一、粗糙度测量 1．目的：学会使用双管显微镜。 2．采用仪器：JSG—1 型双管显微镜，测量范围：0.8～63μm。 3．实验步骤： ⑴根据被测工件表面粗糙度的要求，选取合适的物镜组，选择时可参考表 2—1。 表 2—1 粗糙度（μm） 所需物镜 总放大倍数 物镜组件与工件距离（mm） 0.8～1.6 60× 510× 0.04 1.6～6.3 30× 260× 0.2 6.3～20 14× 120× 2.5 20～63 7× 60× 9.5

(2)把工件安放在工作台上，并使被测量面的切削痕迹与光带方向垂直，当测量圆柱工件时，应将工件放在V型工作台上。(3)见双管显微镜原理图用手托住横臂，松开螺钉，然后缓慢转动螺母，使横臂上下移动，直到目镜中观察到绿色光带和轮廓表面不平的图象为止，再将螺钉紧固。（4)细调整：缓慢转动手轮进行细调，使图象清晰，而且位置在视场中央，同时调整光源镜头调节环，使光带最狭，图象清晰。(5)松开固定目镜的螺钉，转动整个目镜，使目镜中“+”字线中的一根线与波纹轮廓方向一致，然后，锁紧此螺钉。(6)旋转目镜千分尺刻度转筒，从目镜中观察，使“+”字线的水平线与光带的波峰（或波谷）相切，然后在目镜千分尺上记下读数，继续转动目镜千分尺转筒，使“+”字线的同一根线与光带的同一边缘上的波谷（或波峰）相切，记下第二个读数。(7)按规定的粗糙度等级选定基本长度1，利用工作台千分尺在被测轮廓上沿测量方向量取长度1，在1长度内，选择五个最高点和五个最低点，记下10个读数hi、he、hs、...ho。由公式1×(hi+h3+h$+hz+ho) (ha+h+ha+hs+hi)R=2V5即可计算出Rz值。二、形位误差测量1：目的：了解并掌握自准直仪测量直线度的方法及数据处理（列表法和作图法），学会检测平面度、平行度、垂直度、圆跳动的一般方法。2.使用仪器：自准直仪、百分表、磁力表座、偏摆检查仪、垂直度检定仪、扭簧仪等。3.测量方法及步骤：(1)直线度误差测量该实验是利用JZD型自准直仪测量导轨的直线度误差。仪器工作距离0~9米仪器测量范围0~9米时0~10仪器读数鼓轮格值1"2

2 ⑵把工件安放在工作台上，并使被测量面的切削痕迹与光带方向垂直，当测量圆柱工件 时，应将工件放在 V 型工作台上。 ⑶见双管显微镜原理图用手托住横臂，松开螺钉，然后缓慢转动螺母，使横臂上下移动， 直到目镜中观察到绿色光带和轮廓表面不平的图象为止，再将螺钉紧固。 ⑷细调整：缓慢转动手轮进行细调，使图象清晰，而且位置在视场中央，同时调整光源 镜头调节环，使光带最狭，图象清晰。 ⑸松开固定目镜的螺钉，转动整个目镜，使目镜中“+”字线中的一根线与波纹轮廓方 向一致，然后，锁紧此螺钉。 ⑹旋转目镜千分尺刻度转筒，从目镜中观察，使“+”字线的水平线与光带的波峰（或 波谷）相切，然后在目镜千分尺上记下读数，继续转动目镜千分尺转筒，使“+”字线的同 一根线与光带的同一边缘上的波谷（或波峰）相切，记下第二个读数。 ⑺按规定的粗糙度等级选定基本长度 1，利用工作台千分尺在被测轮廓上沿测量方向量 取长度 l，在 l 长度内，选择五个最高点和五个最低点，记下 10 个读数 h1、h2、h3、.h10。 由公式 Rz= 1 × (h1+h3+h5+h7+h9)–(h2+h4+h6+h8+h10) 2V 5 即可计算出 RZ值。 二、形位误差测量 1．目的：了解并掌握自准直仪测量直线度的方法及数据处理（列表法和作图法），学会 检测平面度、平行度、垂直度、圆跳动的一般方法。 2．使用仪器：自准直仪、百分表、磁力表座、偏摆检查仪、垂直度检定仪、扭簧仪等。 3．测量方法及步骤： ⑴直线度误差测量 该实验是利用 JZD 型自准直仪测量导轨的直线度误差。 仪器工作距离 0～9 米 仪器测量范围 0～9 米时 0～10′ 仪器读数鼓轮格值 1″

被测零件长度1m，桥板跨距10mm零件分段10段要求测出零件的直线度误差，同时，用列表法和作图法进行误差分析。测量方法及步骤：(2)按照被测表面长度选定桥板的跨距（一般为100～250毫米）。桥板长度1确定之后，把被测表面分成n等分（n=L/1，其中L是被测表面长度）。(3)确定每一格（1秒）所表示的线值。在JZD型自准直仪中每格表示1秒。a,=ltgi=ltg1"=0.0000051若1的单位是mm，a:的单位为μm，则：a;=0.0000051×10*=0.0051，取1=100，于是有：a;=0.5um(4)仪器安装调试：应将自准直仪安装在稳固可靠的位置。最好与被测件刚性地连接固定，以减少振动，将反射镜装在桥板上，使桥板跨角处在分段的第0和第1点处。接通电源，使目镜视场内获得均匀照明调节目镜视度，使测量者感觉目镜分划板成像清晰，调整手轮4、5（见自准直仪），至在目镜视场内出现刻线的自准直象，并使自准直的十字丝象与物镜分划板的十字丝接近重合（即主光轴与反射镜面垂直），然后读数（假定为6’04”）。(5)测量：在读完第一次数后将桥板移到1、2段，等等，依次读出读数。如所测的全部读数为：6'04”、604″、6'06”、6'06”、6'06”、6'08”、610"、6'08”、608”、6'04"、6'02"。则各点对前一点的差值为：、a:=a-a。（秒）和线值a;=0.5（um)2435位067918100022246440a (秒)-2001322a;(μm)0112-1(6)误差数据处理：①列表法测量点相应的理想高度测积累高度各点读数直线度偏差n量1IAh=2aMdiai,=△hi-hiAhi =点1n13

3 被测零件长度 1m，桥板跨距 10mm 零件分段 10 段 要求测出零件的直线度误差，同时，用列表法和作图法进行误差分析。 测量方法及步骤： ⑵按照被测表面长度选定桥板的跨距（一般为 100～250 毫米）。桥板长度 l 确定之后， 把被测表面分成 n 等分（n=L/l，其中 L 是被测表面长度）。 ⑶确定每一格（1 秒）所表示的线值。在 JZD 型自准直仪中每格表示 1 秒。 ai=ltgi=ltg1″=0.000005l 若 l 的单位是 mm，ai 的单位为μm，则： ai=0.000005l×103 =0.005l，取 l=100，于是有：ai=0.5μm ⑷仪器安装调试：应将自准直仪安装在稳固可靠的位置。最好与被测件刚性地连接固 定，以减少振动，将反射镜装在桥板上，使桥板跨角处在分段的第 0 和第 1 点处。接通电源， 使目镜视场内获得均匀照明调节目镜视度，使测量者感觉目镜分划板成像清晰，调整手轮 4、 5（见自准直仪），至在目镜视场内出现刻线的自准直象，并使自准直的十字丝象与物镜分划 板的十字丝接近重合（即主光轴与反射镜面垂直），然后读数（假定为 6′04″）。 ⑸测量： 在读完第一次数后将桥板移到 1、2 段，等等，依次读出读数。如所测的全部读数为： 6′04″、6′04″、6′06″、6′06″、6′06″、6′08″、6′10″、6′08″、6′ 08″、6′04″、6′02″。 则各点对前一点的差值为：、ai ′ =ai ″ -ao ″ (秒)和线值 ai=0.5(μm) 位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ai ′ (秒) 0 0 2 2 2 4 6 4 4 0 -2 ai(μm) 0 0 1 1 1 2 3 2 2 0 -1 ⑹误差数据处理： ①列表法 测 量 点 各点读数 ai 积累高度 n Δhi=Σαi 1 测量点相应的理想高度 直线度偏差 Δi=Δhi-Δhi Δhi ′ = i n Σαi n 1

00000001. 1-1. 111122. 2-1. 21233. 3-1. 31344. 4(-1. 4)2555. 5-0. 53866. 6+1. 472107.7+2. 328128. 8(+3. 2)0.9129.9+2. 110-111110Pzar11平均值K==1.1直线度误差△=+3.2-(-1.4)=4.6μm10n1②作图法图解法就是把所测得的数值在坐标纸上作图：横坐标表示分段距离，纵坐标表示读数升降量，将各坐标点连接，即可画出补充测得近似轮廓线，然后按最小条件，作一组平行直线包容该轮廓线，两平等直线间的纵坐标值，即为直线度误差。必须指出，不能把图中两包容线间的垂直距离作为直线度误差。因为坐标图上的纵横坐标不是按相同的比例绘制的，其中横坐标是按所测零件的长度尺寸缩小的比例绘制的，而纵坐标是按测得的升降值放大比例绘制的，同一测量结果，采用不同的比例，两包容线间的距离不等。从以上两种误差处理方法可见，其结果有一定差异，列表法比作图法得到的误差大，这是因为作图法尽可能的接近了最小条件，而列表法实际上是采用了两端点的连线作为包容线的基准，这种方法对于一些情况是不符合最小条件的。上面的例子正是一个。但列表法的优点是简单方便，一般适应于精度要求低的零件。对于精度要求高的零件，则作图法比较好，但要注意作图的准确性，尽量减小作图误差。2.平面度误差测量4

4 0 0 0 0 0 1 0 0 1.1 -1.1 2 1 1 2.2 -1.2 3 1 2 3.3 -1.3 4 1 3 4.4 (-1.4) 5 2 5 5.5 -0.5 6 3 8 6.6 +1.4 7 2 10 7.7 +2.3 8 2 12 8.8 (+3.2) 9 0 12 9.9 +2.1 10 -1 11 11 0 平均值 K= 1 n Σai= 1 11 =1.1 直线度误差Δ=+3.2-(-1.4)=4.6μm n 10 ②作图法 图解法就是把所测得的数值在坐标纸上作图：横坐标表示分段距离，纵坐标表示读数升 降量，将各坐标点连接，即可画出补充测得近似轮廓线，然后按最小条件，作一组平行直线 包容该轮廓线，两平等直线间的纵坐标值，即为直线度误差。 必须指出，不能把图中两包容线间的垂直距离作为直线度误差。因为坐标图上的纵横坐 标不是按相同的比例绘制的，其中横坐标是按所测零件的长度尺寸缩小的比例绘制的，而纵 坐标是按测得的升降值放大比例绘制的，同一测量结果，采用不同的比例，两包容线间的距 离不等。 从以上两种误差处理方法可见，其结果有一定差异，列表法比作图法得到的误差大，这 是因为作图法尽可能的接近了最小条件，而列表法实际上是采用了两端点的连线作为包容线 的基准，这种方法对于一些情况是不符合最小条件的。上面的例子正是一个。但列表法的优 点是简单方便，一般适应于精度要求低的零件。对于精度要求高的零件，则作图法比较好， 但要注意作图的准确性，尽量减小作图误差。 2．平面度误差测量

测量小平板的平面度误差，采用设备：平台、可调千斤顶（锥型头）、百分表和百分表架等。3.平行度误差测量测量两平行孔轴心线的平行度误差。采用设备：平台、等高顶尖座、百分表、百分表架和心轴（根据孔径配制）。4.垂直度误差测量测量直角尺的垂直度误差。采用仪器：直角尺检定仪、扭簧仪。圆跳动误差的测量5.测量台阶轴的径向圆跳动和端面圆跳动。采用仪器：偏摆检查仪、百分表等。偏摆检查仪的顶针座的最大中心距450mm顶针座的中心高度150mm5

5 测量小平板的平面度误差，采用设备：平台、可调千斤顶（锥型头）、百分表和百分表 架等。 3．平行度误差测量 测量两平行孔轴心线的平行度误差。采用设备：平台、等高顶尖座、百分表、百分表架 和心轴（根据孔径配制）。 4．垂直度误差测量 测量直角尺的垂直度误差。采用仪器：直角尺检定仪、扭簧仪。 5．圆跳动误差的测量 测量台阶轴的径向圆跳动和端面圆跳动。采用仪器：偏摆检查仪、百分表等。偏摆检查 仪的顶针座的最大中心距 450mm 顶针座的中心高度 150mm