第七章-零件的检验和测量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 零件的检验和测量,第七章 零件的检验和测量,7.1 尺寸公差的测量,7.2 形位公差的测量,7.3 表面粗糙度的测量,7.1 尺寸公差的测量,7.1.1 轴径和孔径的测量方法,就结构特征而言，轴径测量属外尺寸测量，而孔径测量属内尺寸测量。在机械零件几何尺寸的测量中，轴径和孔径的测量占有很大的比例，其测量方法和器具较多。根据生产批量多少、被测尺寸的大小、精度高低等因素，可选择不同的测量器具和方法。孔径的测量方法见,表7-1,，轴的测量方法见,表7-2,。,7.1 尺寸公差的测量,7.1.2 轴径和孔径测量的注意事项,1.生产批量较大的产品，一般用光滑极限量规对外圆和内孔进行测量。光滑极限量规是一种无刻度的专用测量工具，用它测量零件时，只能确定零件是否在允许的极限尺寸范围内，不能测量出零件的实际尺寸。,使用量规的注意事项：,使用时一定要使量规标记上的基本尺寸公差代号与工件相同。,检验时，要保持量规工作部分轴线与工件同轴，保证量规与工件问均匀的接触力。,保持量规与被检工件表面洁净，以免影响检验结果。,量规使用时轻拿轻放，不要磕碰量规工作表面，使用后，应擦净、涂油，妥善保管。,7.1 尺寸公差的测量,2.一般精度的孔、轴，生产数量较少时，可用杠杆千分尺、外径千分尺、内径千分尺、游标卡尺等进行绝对测量，也可用千分表、百分表、内径百分表等进行相对测量。,3.对于较高精度的孔、轴，应采用机械式比较仪、光学比较仪、万能测长仪、电动测微仪、气动量仪、接触式干涉仪等精密仪器进行测量。,4.检验光滑圆柱件应按国家标准光滑工件尺寸的检验（GB/T 3177-1997）进行。该标准明确规定：,该国家标准适用于用普通计量器具，如游标卡尺、千分尺及车间使用的比较仪等，以及对图样上注出的公差等级为218级（1T6ITl8）、基本尺寸3500mm的光滑工件尺寸的检验。,标准原则上也适用于检验无配合要求的尺寸。,7.1 尺寸公差的测量,由于计量器具和计量系统都存在着内在的误差，故任何测量都不能测出真值。另外，多数计量器具通常只用于测量尺寸，不测量工件上可能存在的形状误差。因此，工件的完善检验还应测量形状误差（如圆度和直线度等），并把这些形状误差的测量结果与尺寸的测量结果综合起来，以检查工件表面各部位是否超出最大实体尺寸。,7.1 尺寸公差的测量,考虑到在车间实际情况下，工件的形状误差通常是依靠加工过程的精度来控制的。工件合格与否，只按一次测量来判断，对于温度、压陷效应，以及计量器具和标准器件的系统误差均不进行修正。为此，GBIT 31771997标准规定验收极限是从规定的最大实体尺寸和最小实体尺寸分别向工件公差带内移动一个安全裕度（A）来确定。例如，测量孔径时，考虑到测量误差的存在，为保证不误收废品，应先根据被测孔径的公差大小，查表得到相应的安全裕度A，然后确定其验收极限，若全部局部实际尺寸都在验收极限范围内，则可判此孔径合格。即,7.1 尺寸公差的测量,式中：MML零件的最大极限尺寸；,LML零件的最小极限尺寸；,La零件的局部实际尺寸；,A查表所得安全裕度。,7.1 尺寸公差的测量,测量的标准温度为20。如果工件与计量器具的线膨胀系数相同，测量时只要计量器具与工件保持相同的温度，即使温度不等于20，也不影响测量结果。如果工件与计量器具的线膨胀系数有较大差异，测量时两者温度应该尽可能接近20。,当使用计量器具测量与使用光滑极限量规检验发生争议时，应使用符合GB 19571981光滑极限量规规定的下述量规复核：,a.通规应等于或接近工件的最大实体尺寸。,b.止规应等于或接近工件的最小实体尺寸。,7.2,形位公差的测量,形位误差的项目很多，为了能正确合理地选择测量方案，国家标准规定了形位误差的5个测量原则，并附有一些测量方法。本节仅介绍这5个测量原则。,7.2,形位公差的测量,7.2.1 形位公差的评定,在测量被测实际要素的形状和位置误差值时，首先应确定理想要素对被测实际要素的具体方位，因为不同方位的理想要素与被测实际要素上各点的距离是不相同的，因而测量所得形位误差值也不相同。确定理想要素方位的常用方法为最小包容区域法。,最小包容区域法是用两个等距的理想要素包容实际要素，并使两理想要素之间的距离为最小。应用最小包容区域法评定形位误差是完全满足“最小条件”的。所谓“最小条件”，即被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。,7.2,形位公差的测量,如,图7-1,所示，,按最小包容区域法评定直线度误差,，以此来评定直线度误差。,对于圆形轮廓，用两同心圆去包容被测实际轮廓，半径差为最小的两同心圆，即为符合最小包容区域的理想轮廓。此时圆度误差值为两同心圆的半径差，如,图7-2,所示。,评定方向误差时，理想要素的方向由基准确定；评定定位误差时，理想要素的位置由基准和理论正确尺寸确定。对于同轴度和对称度，理论正确尺寸为零。如,图7-3,所示，包容被测实际要素的理想要素应与基准成理论正确的角度。,确定理想要素方位的评定方法还有最小二乘法、贴切法和简易法等。,7.2,形位公差的测量,7.2.2 形位公差的测量原则,国标规定的形位误差5个测量原则及说明包括如下几个方面。,（1）与理想要素比较原则。将被测实际要素与理想要素相比较，量值由直接法和间接法获得，理想要素用模拟法获得。模拟理想要素的形状，必须有足够的精度。,（2）测量坐标值原则。测量被测实际要素的坐标值（如直角坐标值、极坐标值、圆柱面坐标值），并经数据处理获得形位误差值。,（3）测量特征参数原则。测量被测实际要素上具有代表性的参数（即特征参数）来表示形位误差值。按特征参数的变动量来确定形位误差是近似的。,7.2,形位公差的测量,（4）测量跳动原则。被测实际要素绕基准轴线回转过程中，沿给定方向或线的变动量。变动量是指示器最大与最小读数之差。,（5）控制实效边界原则。检验被测实际要素是否超过实效边界，以判断被测实际要素合格与否。,7.2,形位公差的测量,7.2.3 形状误差的测量,1直线度误差的测量,（1）贴切法。贴切法是采用将被测要素与理想要素比较的原理来测量。在这里，理想要素用实物（刀口尺、平尺、平板等）来体现。例如，用刀口尺测量，测量时把刀口作为理想要素将其与被测表面贴切，使两者之间的最大间隙为最小，此最大间隙，就是被测要素的直线度误差。当光隙较小时，可按标准光隙估读间隙大小，如,图7-4（a）,所示；当光隙较大时（20m）则用厚薄规（塞规测量）。,标准光隙由量块、刀口尺和平晶（或精密平板）组合而成，如,图7-4（b）,所示。标准光隙的大小借助于光线通过狭缝时呈现各种不同颜色的光来鉴别，见,表7-3,。,7.2,形位公差的测量,（2）测微法。测微法用于测量圆柱体素线或轴线的直线度。,测量示意图如,图7-5,所示。沿圆柱体的两条素线，分别在铅垂轴截面上，按图7-5所示进行测量，记录两指示表在各自测点的读数M1、M2，取各截面上的（M1-M2）/2中最大值的差值作为该轴截面轴线的直线度误差。,7.2,形位公差的测量,（3）节距法。节距法适用于长零件的测量。将被测量长度分成若干小段，用仪器（如水平仪、自准直仪等）测出每一段的相对读数，最后通过数据处理求出直线度误差。,数据处理见,表7-4,和,图7-6,。表7-4中的相对高度是由原始读数经换算而得出的。假设仪器的分度值为c（如0.005/1000），测量时的节距为，从仪器读取的相对刻度数为（以格为单位），则,（式7-1）,根据表7-4作出误差曲线（如图7-6所示），按最小包容区域法求得直线度误差。,7.2,形位公差的测量,2平面度误差的测量,（1）平晶测量法。此法是以平晶的工作面体现理想平面。如,图7-7（a）,所示，当被测面亦为理想几何平面时，干涉条纹互相平行，如,图7-7（b）,所示；当平晶与被测面之间形成封闭的干涉条纹时，平面度误差为干涉条纹数乘以光波波长一半，如,图7-7（c）,所示，其平面度误差可表示为：,（式7-2）,式中：干涉条纹数；,光波波长，使用自然光线时取值为0.54m，近似取值为0.6m。,若干涉条纹为不封闭的弯曲状，如,图7-7（d）,所示，其平面度误差为干涉条纹的弯曲度a与相邻两条纹间距b之比再乘以光波波长一半，即,（式7-3）,7.2,形位公差的测量,（2）打表法。测量示意如,图7-8,所示。调整被测表面最远的3点，使它们与平板5等高，然后移动表架，用指示表6按一定的布点在整个被测表面上测量，最后按最小条件对测量数据进行处理，可提出平面度误差。,平面度误差用两理想平行平面包容实际表面的最小包容区域的宽度表示。按最小包容区域求平面度误差的方法是：经过数据处理后，各测量点（一般设9点）取符合以下三个准则之一者，其最大、最小值之差为平面度误差。,三角形准则。在平面度误差示意图中，各测量点中有3个等值最高点（或最低点）拼成三角形，且在三角形中，至少有一个最低点（或最高点）出现（见,表7-5,）。,7.2,形位公差的测量,交叉准则。在平面度误差示意图中，各测量点有两个等值最高点（或最低点）分布在两等值最低点（或最高点）的两侧，或有一点在另外两等高点的连线上（见,表7-5,）。,直线准则。在平面度误差示意图中，有一最高点（或最低点）位于两等值最低点（或最高点）的连线上（见,表7-5,）。,设测得平面上均匀分布的9个点，其数值如,表7-6中a图,所示，其数据处理见,表7-6中b、c、d图,。,7.2,形位公差的测量,3圆度误差的测量,最理想的测量方法是用圆度仪测量。可通过记录装置将被测表面的实际轮廓形象地描绘在坐标纸上，然后按最小包容区域法求出圆度误差。实际测量中也可采用近似测量方法，如两点法、三点法、两点三点组合法等。,（1）两点法：两点法测量是用游标卡尺、千分尺等通用量具测出同一径向截面中的最大直径差，此差之半（dmax-dmin）/2就是该截面的圆度误差。测量多个径向截面，取其中最大值作为被测零件的圆度误差。,7.2,形位公差的测量,（2）三点法：对于奇数棱形截面的圆度误差可用三点法测量，其测量装置如,图7-9,所示。被测件放在V形块上回转一周，指示表的最大与最小读数之差（Mmax-Mmin）反映了该测量截面的圆度误差，其关系式为,（式7-4）,式中K为反映系数，它是被测件的棱边数及所用V形块夹角的函数，其关系比较复杂。在不知棱数的情况下，可采用夹角或的两个V形块分别测量（各测若干个径向截面），取其中读数差最大者作为测量结果，此时可近似地取反映系数K=2，按式（7-4）计算出被测件的圆度误差。,7.2,形位公差的测量,一般情况下，椭圆（偶数棱形圆）出现在用顶针夹持工件车、磨外圆的加工过程中，奇数棱形圆出现在无心磨削圆的加工过程中，且大多为三棱圆形状。因此在生产中可根据工艺特点进行分析，选取合适的测量方法。,在被测件的棱数无法估计的情况下，可采用两点三点组合法进行测量。此法由一个两点法和两个三点法组成。,7.2.4 位置误差的测量,1平行度误差的测量,测量面对面的平行度误差如,图7-10,所示。测量时以平板体现基准，指示表在整个被测表面上的最大、最小读数之差即是平行度误差。,7.2,形位公差的测量,测量线对面的平行度误差，如,图7-11,所示，测量时以心轴模拟被测孔轴线，在长度两端用指示表测量。设测得的最大、最小读数之差为，则在给定长度内的平行度误差为,（式7-5）,测量线对线的平行度误差如,图7-12,所示，测量时以心轴模拟被测轴线与基准轴线，测量两个互相垂直方向上的平行度误差，则任意方向上的平行度为：,（式7-6）,7.2,形位公差的测量,2同轴度误差的测量,测量轴对轴的同轴度误差如,图7-13,所示。同轴度误差为各径向截面测得的最大读数差中的最大值。,测量孔对孔的同轴度误差如,图7-14,所示。心轴与两孔为无间隙配合，调整基准孔心轴与平板平行，在靠近被测孔心轴A、B两点测量，求出两点与高度L+（d2/2）的差值 、；然后将被测件旋转90，再测出 、，则：,A处同轴度 （式7-7）,B处同轴度 （式7-8）,取 、中较大者作为孔对孔的同轴度误差。,7.2,形位公差的测量,3对称度误差的测量,测量轴键槽（,图7-15（a）,）的对称度误差如,图7-15（b）,所示，测量时基准线由V形块模拟，被测中心平面由定位块模拟，测量分如下两步：,（1）截面测量：调整定位块2，使其沿径向与平板1平行，测出定位块到平板的距离；再将被测轴旋转180重复测量，得到该截面上、下两对应点的读数差a，则该截面的对称度误差，为,（式7-9）,（2）长度测量：沿键槽长度方向测量，取长度方向两点的最大读数差为长度方向的对称误差 ，即,（式7-10）,取 和 两者之中较大的一个作为键槽的对称度误差。,7.2,形位公差的测量,4跳动的测量,（1）圆跳动的测量。被测件绕基准轴线作无轴向移动的旋转，在回转一周过程中，指示表的最大和最小读数之差，即为该测量截面上的径向圆跳动或测量圆柱面上的端面圆跳动。分别将在圆柱各截面（如、）上测出的跳动量中的最大值作为径向圆跳动；分别将在端面各直径上测出的跳动量中的最大值作为端面圆跳动，如,图7-16,所示。,（2）全跳动的测量。被测零件在绕基准轴线作无轴向移动的连续回转过程中，指示表缓慢地沿基准轴线方向平移，测量整个圆柱面，其最大读数差为径向全跳动，如,图7-16,所示；若指示表沿着与基准轴线的垂直方向缓慢移动时，测量整个端面，则最大读数差为端面全跳动，如,图7-17,所示。,7.3 表面粗糙度的测量,7.3.1 常用的表面粗糙度测量方法,1比较法,比较法是车间常用的方法。将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼判断或借助于放大镜比较显微镜比较；也可用手摸，指甲划动的感觉来判断被加工表面的粗糙度。,表面粗糙度样板（,图7-18,）的材料、形状及制造工艺尽可能与工件相同，这样才便于比较，否则往往会产生较大的误差。比较法一般只用于粗糙度参数值较大的近似评定。,2光切法,光切法是利用“光切原理”来测量表面粗糙度。这种方法可用,图7-19,来说明。,7.3 表面粗糙度的测量,图7-20,是仪器的视场图。,图7-20a,是以可动十字分划线的水平线与影像最高点相切，此时可在测微目镜鼓轮上读数；,图7-20b,是可动十字分划线与最低点相切的情况。,对大零件的内表面可以采用印模法，即用川蜡、石蜡、塑料或低熔点合金，将被测表面印模下来然后对复制印模表面进行测量。由于印模材料不可能填充满谷底，其测值略有缩小，可查阅资料或自行实验得出修正系数，在计算中加以修正。,7.3 表面粗糙度的测量,3干涉法,干涉法是利用光波干涉原理来测量表面粗糙度。被测表面直接参与光路，同一标准反射镜比较，以光波波长来度量干涉条纹弯曲程度，从而测得该表面的粗糙度。干涉法通常用于测定0.80.025 m的 值。,7.3 表面粗糙度的测量,干涉法测量表面粗糙度的仪器是干涉显微镜。,图7-21,是6JA型仪器的光学系统简图。图中1为白炽灯光源，它发出的光通过聚光镜2、4、8（3是滤色片），经分光镜9分成两束，一束经补偿板10、物镜1l至被测表面18，再经原路返回至分光镜9反射至目镜19。另一光束由分光镜9反射后通过物镜12射至参考镜13上（20是遮光板），由13反射再经物镜12并透过分光镜9也射向目镜19。两路光束相遇迭加产生干涉，通过目镜19可以看到定位在被测表面的干涉条纹，如,图7-22,所示。其中，图7-22a是工件表面在仪器视场中的干涉条纹图。由于被测表面有微观的峰、谷存在，峰、谷处的光程就不一样，造成干涉条纹的弯曲，弯曲量的大小，与相应部位峰、谷高差值有确定的数量关系，即,（式7-11）,式中 干涉条纹的弯曲量；,干涉条纹的宽度；,光波波长（白光0.54m）。,7.3 表面粗糙度的测量,因此，我们可用目测估计出/的比值或利用测微目镜测出、的数值，如图7-22b所示，N1N3是各次测微目镜的读数，然后按（式7-11）计算出的值。,7.3 表面粗糙度的测量,4针描法,针描法是利用触针直接在被测表面上轻轻划过，从而测出表面粗糙度的Ra值。,电动轮廓仪（又称表面粗糙度检查仪或测面仪）就是利用针描法来测量表面粗糙度。仪器由传感器、驱动器、指示表、记录器和工作台等主要部件组成。传感器端部装有金刚石触针（,图7-23,），触针尖端曲率半径r很小。测量时将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，利用驱动器以一定的速度拖动传感器。由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针在被测表面滑行时，将产生上下移动，这种机械的上下移动引起传感器内电量的变化，电量变化的大小与触针上下移动量成比例，经电子装置将这一微弱电量的变化放大、相敏检波和功率放大后，推动记录器进行记录，即得到截面轮廓的放大图。,7.3 表面粗糙度的测量,或者把信号通过适当的环节进行滤波和积分计算后，由电表直接读出Ra值。这种仪器适用于测定50.025m的Ra值，其中有少数型号的仪器还可测定更小的参数值。仪器配有各种附件，以适应平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。测量迅速方便，测值精度高。,我国生产的电动轮廓仪有BCJ-2型，,图7-24,是它的外观图。,7.3 表面粗糙度的测量,随着电子技术的进步，某些型号的电动轮廓仪还可将表面粗糙度的凹凸不平作三维处理。测量时应在相互平行的多个截面上进行，通过模/数变换器，将模拟量转换为数字量，送入计算机进行数据处理，记录其三维放大图形，并求出等高线图形，从而更加合理的评定被测面的表面粗糙度。,此外，根据随机过程理论，对表面粗糙度进行动态测量，也是正在研究的一个领域。,7.3 表面粗糙度的测量,7.3.2 测量表面粗糙度的注意事项,（1）测量方向：,当图样上未规定测量方向时，应在高度参数（Ra，Rz，Ry）最大值的方向上进行测量，即对于一般切削加工表面，应在垂直于加工痕迹的方向上测量。,当图样上明确规定测量方向的特定要求时，则应按要求测量。,当无法确定表面加工纹理方向时（如经研磨的加工表面），应通过选定的几个不同方向测量，然后取其中的最大值作为被测表面的粗糙度参数值。,7.3 表面粗糙度的测量,7.3.2 测量表面粗糙度的注意事项,（1）测量方向：,当图样上未规定测量方向时，应在高度参数（Ra，Rz，Ry）最大值的方向上进行测量，即对于一般切削加工表面，应在垂直于加工痕迹的方向上测量。,当图样上明确规定测量方向的特定要求时，则应按要求测量。,当无法确定表面加工纹理方向时（如经研磨的加工表面），应通过选定的几个不同方向测量，然后取其中的最大值作为被测表面的粗糙度参数值。,7.3 表面粗糙度的测量,（2）测量部位：,被测工件的实际表面由于各种原因总存在不均匀性问题，为了比较完整地反映被测表面的实际状况，应选定几个部位进行测量。测量结果的确定，可按照国家标准的有关规定进行。,（3）表面缺陷：,零件的表面缺陷，例如，气孔、裂纹、砂眼、划痕等，一般比加工痕迹的深度或宽度大得多，不属于表面粗糙度的评定范围，必要时，应单独规定对表面缺陷的要求。,计量器具名称,测量方法,测量范围/mm,备注,游标卡尺,绝对测量,0125，0150,0200，0300,0500，01000,用内测量爪,内测千分尺,绝对测量,530,2550,测浅孔、盲孔,内径千分尺,绝对测量,505000,三爪内径千分尺,绝对测量,6100,内径百分表,相对测量,6450,内径千分表,相对测量,10400,气动量仪器,相对测量,70,用气动塞规,表7-1 孔径的测量方法,返回,序号,方法名称,使用的计量器具,1,卡钳法,卡钳、钢直尺,2,量具法,游标卡尺、千分尺等,3,测微仪法,机械式测微仪、光电测微仪等,4,测长仪法,立式测长仪、万能测长仪等,5,卧式测长法,卧式测长仪、卧式比较仪与量块组合等,6,影像法,大型工具显微镜、万能工具显微镜,7,轴切法,大型工具显微镜、万能工具显微镜及量测刀附件组合,8,仪器干涉法,在大型工具显微镜和万能工具显微镜上采用微小孔照明干涉法和斜射照明干涉法,9,平晶干涉法,平面平晶与量块组合,10,光隙法,样板直尺与量块组合,表7-2 轴的测量方法,返回,图7-1 按最小包容区域法评定直线度误差,返回,图7-2 按最小包容区域法评定圆度误差,返回,图7-3 按最小包容区域法评定方向误差,返回,颜色,间隙/m,不透光,2.5,表7-3 标准光隙颜色与间隙的关系,返回,（a）测量方法 （b）标准光隙的获得,图7-4 用贴切法测量直线度误差,返回,图7-5 用测微法测量直线度误差,返回,返回,图7-6 直线度误差曲线,返回,图7-7 平晶法,返回,1-表架；2-被测平面；3-固定支承；4-可调支承；5-平板；6-指示表,图7-8 打表法测量平面度误差,返回,表7-5 按最小条件判断平面度误差的三个准则,返回,表7-6 数据处理,返回,图7-9 三点法测圆度误差,返回,（a）被测件 （b）量测方法,图7-10 测量面对面的平行度误差,返回,（a）被测件 （b）量测方法,1平板；2指示表；3被测件；4心轴,图7-11 测量线对面的平行度误差,返回,（a）被测件 （b）测量X方向的平行度误差 （c）测量Y方向的平行度误差,图7-12 测量线对线的平行度误差,返回,1-V形块；2-被测轴；3-指示表；4-定位器；5-平板,图7-13 测量轴对轴的同轴度误差,返回,（a）被测件 （b）测量方法,1-被测件；2-基准孔心轴；3-指示表；4-被测孔心轴；5-平板；6-可调支承；7-固定支承,图7-14 测量孔对孔的同轴度误差,返回,（a）被测轴键槽 （b）测量方法,1平板；2定位块；3指示表；4被测件；5V形块,图715 测量键槽的对称度误差,返回,图7-16 圆跳动和径向全跳动的测量 图7-17 端面全跳动的测量,返回,图7-18 表面粗糙度样板,返回,图7-19 “光切原理”的应用,返回,图7-20 仪器的视场图,返回,图7-21 6JA型仪器的光学系统简图,返回,图7-22 干涉条纹图,返回,图7-23 金刚石触针 图7-24 BCJ-2型电动轮廓仪,返回,