尺寸精度設(shè)計(jì)8

1、第五章 幾何參數(shù)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)基本內(nèi)容n5.1測(cè)量概述：檢測(cè)的意義、測(cè)量的基本要素、檢測(cè)的一般步驟 n5.2計(jì)量單位與量值傳遞 ：長(zhǎng)度單位及其基準(zhǔn) 、量塊、長(zhǎng)度的量值傳遞n5.3 測(cè)量器具與測(cè)量方法 ： 測(cè)量器具的分類、 測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo) 、 測(cè)量方法分類n測(cè)量誤差 ：測(cè)量誤差及表達(dá)式 、誤差的分類 、 誤差的來(lái)源及減小其影響的措施、測(cè)量不確定度、 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理 檢測(cè)的意義n為了滿足機(jī)械產(chǎn)品的功能要求，在正確合理地完成了可靠性、使用壽命、運(yùn)動(dòng)精度等方面的設(shè)計(jì)以后，還須進(jìn)行加工和裝配過(guò)程的制造工藝設(shè)計(jì)，即確定加工方法、加工設(shè)備、工藝參數(shù)、生產(chǎn)流程及檢測(cè)手段。其中，特別重要的環(huán)節(jié)就是質(zhì)量保證

2、措施中的精度檢測(cè)。n“檢測(cè)”就是確定產(chǎn)品是否滿足設(shè)計(jì)要求的過(guò)程，即判斷產(chǎn)品合格性的過(guò)程。檢測(cè)的方法可以分為兩類：定性檢驗(yàn)和定量測(cè)試。定性檢驗(yàn)的方法只能得到被檢驗(yàn)對(duì)象合格與否的結(jié)論，而不能得到其具體的量值。因其檢驗(yàn)效率高、檢驗(yàn)成本低而在大批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。定量測(cè)試的方法是在對(duì)被檢驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行測(cè)量后，得到其實(shí)際值并判斷其是否合格的方法。測(cè)量的基本要素n“測(cè)量”是以確定被測(cè)量的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程. 。測(cè)量過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)比較過(guò)程，也就是將被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)的單位量進(jìn)行比較，確定其比值的過(guò)程。若被測(cè)量為X，計(jì)量單位為E，q為測(cè)量值，則測(cè)量可表示為X=qEn一個(gè)完整的測(cè)量過(guò)程應(yīng)包含測(cè)量對(duì)象、計(jì)量單位、

3、測(cè)量方法（含測(cè)量器具）和測(cè)量精度等四個(gè)要素。測(cè)量對(duì)象n測(cè)量對(duì)象在機(jī)械精度的檢測(cè)中主要是有關(guān)幾何精度方面的參數(shù)量。n基本對(duì)象是長(zhǎng)度和角度，表面粗糙度，形位公差，齒輪精度等等。 計(jì)量單位n計(jì)量單位（簡(jiǎn)稱單位）機(jī)械工程中常用的長(zhǎng)度單位有“毫米”、“微米” 和“納米” ，角度單位是 “度”、“分”、“秒”和 “弧度”。n在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量單位必須以物質(zhì)形式來(lái)體現(xiàn)，能體現(xiàn)計(jì)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量的物質(zhì)形式有：光波波長(zhǎng)、精密量塊、線紋尺、各種圓分度盤等。米是光在真空中在1/299792258s時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長(zhǎng)度。 千分表千分表測(cè)量方法n測(cè)量方法是指在實(shí)施測(cè)量過(guò)程中所采用的測(cè)量原理、測(cè)量器具（計(jì)量器具）和測(cè)量

4、條件（環(huán)境和操作者）的總和。n例如：用比較法測(cè)量軸用內(nèi)徑百分表測(cè)量孔測(cè)量精度n測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度。不考慮測(cè)量精度而得到的測(cè)量結(jié)果是沒(méi)有任何意義的。 n真值的定義為：當(dāng)某量能被完善地確定并能排除所有測(cè)量上的缺陷時(shí)，通過(guò)測(cè)量所得到的量值。n通常用測(cè)量的極限誤差或測(cè)量的不確定度來(lái)表示測(cè)量精確度。檢測(cè)的一般步驟n確定被檢測(cè)項(xiàng)目 認(rèn)真審閱被測(cè)件圖紙及有關(guān)的技術(shù)資料，了解被測(cè)件的用途，熟悉各項(xiàng)技術(shù)要求，明確需要檢測(cè)的項(xiàng)目。n設(shè)計(jì)檢測(cè)方案 根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目的性質(zhì)、具體要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、批量大小、檢測(cè)設(shè)備狀況、檢測(cè)環(huán)境及檢測(cè)人員的能力等多種因素，設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足檢測(cè)精度要求，且具有低成本、高效率的檢測(cè)預(yù)案。n選

5、擇檢測(cè)器具 按照規(guī)范要求選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器具，設(shè)計(jì)、制作專用的檢測(cè)器具和輔助工具，并進(jìn)行必要的誤差分析。 檢測(cè)的一般步驟（續(xù)）n檢測(cè)前準(zhǔn)備 清理檢測(cè)環(huán)境并檢查是否滿足檢測(cè)要求，清洗標(biāo)準(zhǔn)器、被測(cè)件及輔助工具，對(duì)檢測(cè)器具進(jìn)行調(diào)整使之處于正常的工作狀態(tài)。n采集數(shù)據(jù) 安裝被測(cè)件，按照設(shè)計(jì)預(yù)案采集測(cè)量數(shù)據(jù)并規(guī)范地作好原始記錄。n數(shù)據(jù)處理 對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，獲得檢測(cè)結(jié)果。n填報(bào)檢測(cè)結(jié)果 將檢測(cè)結(jié)果填寫在檢測(cè)報(bào)告單及有關(guān)的原始記錄中，并根據(jù)技術(shù)要求作出合格性的判定。長(zhǎng)度計(jì)量單位與量值傳遞n在國(guó)際單位制及我國(guó)法定計(jì)量單位中，長(zhǎng)度的基本單位名稱是“米”，其單位符號(hào)為“m”。 n“米”的定義于18世紀(jì)末始于

6、法國(guó)，當(dāng)時(shí)規(guī)定“米等于經(jīng)過(guò)巴黎的地球子午線的四千萬(wàn)分之一”。19世紀(jì)“米”逐漸成為國(guó)際通用的長(zhǎng)度單位。1889年在法國(guó)巴黎召開了第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)，從國(guó)際計(jì)量局訂制的30根米尺中，選出了作為統(tǒng)一國(guó)際長(zhǎng)度單位量值的一根米尺，把它稱之為“國(guó)際米原器”。 n1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)又更新了米的定義，規(guī)定：“米”是光在真空中在1/299792458s的時(shí)間間隔內(nèi)行進(jìn)路程的長(zhǎng)度。 量塊n使用波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)，雖然可以達(dá)到足夠的精確度，不便在生產(chǎn)中直接用于尺寸的測(cè)量。因此，需要將基準(zhǔn)的量值按照定義的規(guī)定，復(fù)現(xiàn)在實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器上。常見(jiàn)的實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器有量塊（塊規(guī)）和線紋尺。 n量塊用鉻錳鋼等特殊合金鋼

7、或線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨以及不易變形的其它材料制成。其形狀有長(zhǎng)方體和圓柱體兩種，常用的是長(zhǎng)方體。 量塊的構(gòu)成n長(zhǎng)方體的量塊有兩個(gè)平行的測(cè)量面。測(cè)量面極為光滑、平整，其表面粗糙度Ra值達(dá)0.012m以上，兩測(cè)量面之間的距離即為量塊的工作長(zhǎng)度（標(biāo)稱長(zhǎng)度）。標(biāo)稱長(zhǎng)度到5.5mm的量塊，其公稱值刻印在上測(cè)量面上；標(biāo)稱長(zhǎng)度大于5.5mm的量塊，其公稱長(zhǎng)度值刻印在上測(cè)量面左側(cè)較寬的一個(gè)非測(cè)量面上 量塊的用途n作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)進(jìn)行尺寸傳遞。n作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度標(biāo)定量?jī)x，檢定量?jī)x的示值誤差。n相對(duì)測(cè)量時(shí)以量塊為標(biāo)準(zhǔn)，用測(cè)量器具比較量塊與被測(cè)尺寸的差值。n也可直接用于精密測(cè)量、精密劃線和精密機(jī)床的調(diào)整。量塊的精度（

8、級(jí)） n按國(guó)標(biāo)GB6093-2001，量塊按制造精度分5級(jí)，即0、1、2、3和K級(jí)，其中0級(jí)精度最高，3級(jí)最低，K級(jí)為校準(zhǔn)級(jí)，主要根據(jù)量塊長(zhǎng)度極限偏差、測(cè)量面的平面度、粗糙度及量塊的研合性等指標(biāo)來(lái)劃分的。n用戶則按量塊的標(biāo)稱尺寸使用量塊。因此，按“級(jí)”使用量塊必然受到量塊長(zhǎng)度制造偏差的影響，將把制造誤差帶入測(cè)量結(jié)果。量塊的精度（等）n量塊在使用一段時(shí)間后，會(huì)因磨損而引起尺寸減小，使其原有的精度級(jí)別降低。因此，使用一段時(shí)間后的量塊，要定期送專業(yè)部門按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其各項(xiàng)精度指標(biāo)進(jìn)行檢定，確定符合哪一“等”，并在檢定證書中給出的標(biāo)稱尺寸的修正值。 n標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了量塊按其檢定精度分為五等，即1、2、3、4、

9、5等，其中1等精度最高，5等精度最低，“等”主要依據(jù)量塊中心長(zhǎng)度測(cè)量的極限偏差和平面平行性允許偏差來(lái)劃分的。量塊的“級(jí)”與“等”n量塊的“級(jí)”和“等”是從成批制造和單個(gè)檢定兩種不同的角度出發(fā)，對(duì)其精度進(jìn)行劃分的兩種形式。n按“級(jí)”使用時(shí)，以標(biāo)記在量塊上的標(biāo)稱尺寸作為工作尺寸，該尺寸包含其制造誤差。n按“等”使用時(shí)，必須以檢定后的實(shí)際尺寸作為工作尺寸，該尺寸不包含制造誤差，但包含了檢定時(shí)的測(cè)量誤差。n就同一量塊而言，檢定時(shí)的測(cè)量誤差要比制造誤差小得多。所以，量塊按“等”使用時(shí)其精度比按“級(jí)”使用要高，且能在保持量塊原有使用精度的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)其使用壽命。量塊的選用n量塊是定尺寸量具，一個(gè)量塊只有一個(gè)

10、尺寸。量塊可以利用其測(cè)量面的高精度所具有粘合性，將多個(gè)量塊研合在一起，組合使用。每套的塊數(shù)分別為91、83、46、12、10、8、6、5、等。n粘合性：測(cè)量層表面有一層極薄的油膜，在切向推合力的作用下，由于分子間吸引力，使兩量塊研合在一起的特性。量塊的組合n為了減少量塊的組合誤差，應(yīng)盡量減少量塊的組合塊數(shù)，一般不超過(guò)4塊。選用量塊時(shí)，應(yīng)從所需組合尺寸的最后一位數(shù)開始，每選一塊至少應(yīng)減去所需尺寸的一位尾數(shù)。例如，從83塊一套的量塊中選取尺寸為36.745mm的量塊組，選取方法為： 36.745 所需尺寸 1.005 第一塊量塊尺寸n 1.24 第二塊量塊尺寸 4.5 第三塊量塊尺寸 n 30.0

11、 第四塊量塊尺寸 35.7434.5量塊使用的注意事情項(xiàng)n量塊必須在使用有效期內(nèi)，否則應(yīng)及時(shí)送專業(yè)部門檢定。n使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質(zhì)及灰塵對(duì)測(cè)量面的損傷，影響其粘合性。n分清量塊的“級(jí)”與“等”，注意使用規(guī)則。n所選量塊應(yīng)用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度與環(huán)境溫度相同后方可使用。n輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。n不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對(duì)量塊的腐蝕及手溫對(duì)測(cè)量精確度的影響。n使用完畢，應(yīng)用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防銹脂存于干燥處。 長(zhǎng)度的量值傳遞n量值傳遞是“將國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量值，通過(guò)檢定（或其它方法）傳遞給下一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)（器），

12、并依次逐級(jí)傳遞到工作計(jì)量器具上，以保證被測(cè)對(duì)象的量值準(zhǔn)確一致的方式”。n我國(guó)長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng)如圖所示，從最高基準(zhǔn)譜線向下傳遞，有兩個(gè)平等的系統(tǒng)，即端面量具（量塊）和刻線量具（線紋尺）系統(tǒng)。其中尤以量塊傳遞系統(tǒng)應(yīng)用最廣。量值的傳遞 量值系統(tǒng)的建立和執(zhí)行，保證了國(guó)家計(jì)量行政機(jī)關(guān)自上而下的對(duì)量值進(jìn)行合理的統(tǒng)一控制。企業(yè)要確保產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須主動(dòng)采取措施，保證量值的可靠。因此，在GB/T9000“質(zhì)量管理和質(zhì)量保證”系列標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)企業(yè)的測(cè)量設(shè)備（器具）提出了“溯源性”的要求，即測(cè)量結(jié)果必須具有能與國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)相聯(lián)系的特性。所用計(jì)量器具要獲得這一特性，就必須經(jīng)過(guò)具有較高準(zhǔn)確度

13、的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，而該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)又需受到上一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，逐級(jí)往上溯源，直至國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的量值在國(guó)際范圍內(nèi)的合理的統(tǒng)一。角度的量值傳遞n角度也屬于幾何參數(shù)。我國(guó)角度的計(jì)量單位是 “度”、“分”、“秒”和 “弧度”。n由于圓周角的定義是360，因此，角度不需要建立一個(gè)自然基準(zhǔn)，它是是客觀存在的，n在高精度的分度中，通常以多面棱體作為角度基準(zhǔn)。測(cè)量器具的分類n 是一種具有固定形態(tài)、用以復(fù)現(xiàn)或提供一個(gè)或多個(gè)已知量值的器具。按用途的不同量具可分為以下幾類：n單值量具 只能體現(xiàn)一個(gè)單一量值的量具?？蓙?lái)校對(duì)和調(diào)整其它測(cè)量器具或作為標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量直接進(jìn)行比較。如量塊、角度量塊等。n

14、多值量具 可體現(xiàn)一組同類量值的量具。同樣能校對(duì)和調(diào)整其它測(cè)量器具或作為標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量直接進(jìn)行比較。如線紋尺、90角尺等。測(cè)量器具的分類（續(xù)）n專用量具 專門用來(lái)檢驗(yàn)?zāi)撤N特定參數(shù)的量具。常見(jiàn)的有：檢驗(yàn)光滑圓柱孔或軸的光滑極限量規(guī)，判斷內(nèi)螺紋或外螺紋合格性的螺紋量規(guī)，判斷復(fù)雜形狀的表面輪廓合格性的檢驗(yàn)樣板，用模擬裝配通過(guò)性來(lái)檢驗(yàn)裝配精度的功能量規(guī)等等。n通用量具 我國(guó)習(xí)慣上將結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的測(cè)量?jī)x器稱為通用量具。如游標(biāo)卡尺、外徑千分尺、百分表等。 測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo)n量具的標(biāo)稱值 標(biāo)注在量具上用以標(biāo)明其特性或指導(dǎo)其使用的量值。如標(biāo)在量塊上的尺寸，標(biāo)在刻線尺上的尺寸，標(biāo)在角度量塊上的角度等。n刻線

15、間距 測(cè)量器具標(biāo)尺或刻度盤上兩相鄰刻線中心間的距離。為便于讀數(shù)，一般做成刻線間距為0.752.5mm的等距離刻線。n分度值 測(cè)量器具的標(biāo)尺上，相鄰兩刻線所代表的量值之差。如一外徑千分尺的微分筒上相鄰兩刻線所代表的量值之差為0.01mm，則該測(cè)量器具的分度值為0.01mm。分度值是一種測(cè)量器具所能直接讀出的最小單位量值，它反映了讀數(shù)精度的高低，從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了該測(cè)量器具的測(cè)量精度高低。 測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo)（續(xù)）n示值 由測(cè)量器具所指示的被測(cè)量值。n示值范圍 由測(cè)量器具所顯示或指示的最低值到最高值的范圍。如機(jī)械式比較儀的示值范圍為-0.1+0.1mm（或0.1mm），如圖所示。n測(cè)量范圍 在允

16、許不確定度內(nèi)，測(cè)量器具所能測(cè)量的被測(cè)量值的下限值至上限值的范圍。例如，外徑千分尺的測(cè)量范圍有025mm、2550mm等，機(jī)械式比較儀的測(cè)量范圍為0180mm，如圖所示。n測(cè)量力 在接觸式測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量器具測(cè)頭與被測(cè)量面間的接觸壓力。測(cè)量力太大會(huì)引起彈性變形，測(cè)量力太小會(huì)影響接觸的穩(wěn)定性。 測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo)（續(xù)）n靈敏度 計(jì)量器具反映被測(cè)幾何量微小變化的能力。如果被測(cè)參數(shù)的變化量為L(zhǎng)，引起測(cè)量器具示值變化量為x，則靈敏度S=x/L。當(dāng)分子分母為同一類量時(shí)，靈敏度又稱放大比K。n靈敏閾 引起測(cè)量器具示值可覺(jué)察變化的被測(cè)量值的最小變化量。反映量?jī)x對(duì)被測(cè)量值微小變動(dòng)的不敏感程度。n重復(fù)性 在規(guī)

17、定的使用條件下，重復(fù)用相同的激勵(lì)，測(cè)量?jī)x器給予出非常相似響應(yīng)的能力。反映的是測(cè)量?jī)x器的工作穩(wěn)定性。測(cè)量器具的技術(shù)性能指標(biāo)（續(xù)）n示值誤差 測(cè)量?jī)x器的示值與被測(cè)量的真值之差。示值誤差是測(cè)量?jī)x器本身各種誤差的綜合反映。因此，儀器示值范圍內(nèi)的不同工作點(diǎn)，示值誤差是不相同的。一般可用適當(dāng)精度的量塊或其它計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，來(lái)檢定測(cè)量器具的示值誤差。n回程誤差 在相同條件下，被測(cè)量值不變，測(cè)量器具行程方向不同時(shí)，兩示值之差的絕對(duì)值。它是由測(cè)量器具中測(cè)量系統(tǒng)的間隙、變形和磨擦等原因引起的。測(cè)量方法分類 n1、按所測(cè)得的量（參數(shù)）是否為欲測(cè)之量分類n直接測(cè)量 從測(cè)量器具的讀數(shù)裝置上得到欲測(cè)之量的數(shù)值或?qū)?biāo)準(zhǔn)值的偏差

18、。例如用游標(biāo)卡尺、外徑千分尺測(cè)量外圓直徑，用比較儀測(cè)量長(zhǎng)度尺寸等。n間接測(cè)量 先測(cè)出與欲測(cè)之量有一定函數(shù)關(guān)系的相關(guān)量，然后按相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式，求得欲測(cè)之量的測(cè)量結(jié)果。 相對(duì)法測(cè)量舉例n例如用“弦高法”測(cè)量大尺寸圓柱體的直徑，由弦長(zhǎng)S與弦高H的測(cè)量結(jié)果，可求得直徑D的實(shí)際值，如圖所示。由圖可得n對(duì)上式微分后，得到測(cè)量結(jié)果的測(cè)量誤差為n式中 dS弦長(zhǎng)S的測(cè)量誤差ndH弦高H的測(cè)量誤差。 HHSD42dHHSdSHSdD22412測(cè)量方法分類 （續(xù)）n2、按測(cè)量結(jié)果的讀數(shù)值不同分類n絕對(duì)測(cè)量 從測(cè)量器具上直接得到被測(cè)參數(shù)的整個(gè)量值的測(cè)量。例如用游標(biāo)卡尺測(cè)量零件軸徑值。n相對(duì)測(cè)量 將被測(cè)量和與其量值只

19、有微小差別的同一種已知量（一般為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量）相比較，得到被測(cè)量與已知量的相對(duì)偏差。例如比較儀用量塊調(diào)零后，測(cè)量軸的直徑，比較儀的示值就是量塊與軸徑的量值之差。 測(cè)量方法分類 （續(xù)）n3、按被測(cè)件表面與測(cè)量器具測(cè)頭是否有機(jī)械接觸分類n接觸測(cè)量 測(cè)量器具的測(cè)頭與零件被測(cè)表面接觸后有機(jī)械作用力的測(cè)量。如用外徑千分尺、游標(biāo)卡尺測(cè)量零件等。為了保證接觸的可靠性，測(cè)量力是必要的，但它可能使測(cè)量器具及被測(cè)件發(fā)生變形而產(chǎn)生測(cè)量誤差，還可能造成對(duì)零件被測(cè)表面質(zhì)量的損壞。n非接觸測(cè)量 測(cè)量器具的感應(yīng)元件與被測(cè)零件表面不直接接觸，因而不存在機(jī)械作用的測(cè)量力。屬于非接觸測(cè)量的儀器主要是利用光、氣、電、磁等作為感應(yīng)元件與被測(cè)件表面聯(lián)系。如干涉顯微鏡、磁力測(cè)厚儀、氣動(dòng)量?jī)x等。測(cè)量方法分類 （續(xù)）n4、按測(cè)量在工藝過(guò)程中所起作用分類n主動(dòng)測(cè)量 在加工過(guò)程中進(jìn)行的測(cè)量。其測(cè)量結(jié)果直接用來(lái)控制零件的加工過(guò)程，決定是否繼續(xù)加工或判斷工藝過(guò)程是否正常、是否需要進(jìn)行調(diào)整，故能及時(shí)防止廢品的發(fā)生，所以又稱為積極測(cè)量。n被動(dòng)測(cè)量 加工完成后進(jìn)行的測(cè)量。其結(jié)果僅用于發(fā)現(xiàn)