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1、技术测量基本知识 5.1 概述概述 5.2 长度基准与长度量值传递系长度基准与长度量值传递系统统 5.3 计量器具与测量方法的分类计量器具与测量方法的分类 5.4 测量误差的基本知识测量误差的基本知识 思考题与习题5.1 概 述 在机械制造业中，判断加工完成的零件是否符合设计要求，需要通过测量技术来进行。测量技术主要是研究对零件的几何量进行测量和检验的一门技术，其中零件的几何量包括长度、角度、几何形状、相互位置以及表面粗糙度等。国家标准是实现互换性的基础，测量技术是实现互换性的保证。测量技术就像机械制造业的眼睛一样，处处反映着产品质量的优劣，在生产中占据着举足轻重的地位。所谓“测量”，是指确定
2、被测对象的量值而进行的实验过程。通俗地讲，就是将一个被测量与一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。这一过程必将产生一个比值，比值乘以测量单位即为被测量值。测量可用一个基本公式来表示，即 L=q E 式中：L被测量值；E测量单位；q比值。（5-1）式L=q E被称为基本测量方程式。它说明：如果采用的测量单位 E 为 mm，与一个被测量比较所得的比值 q 为50，则其被测量值也就是测量结果应为50 mm。测量单位愈小，比值就越大。测量单位的选择取决于被测几何量所要求的测量精度，精度要求越高，测量单位就应选得越小。分析整个测量过程可知，一个完整的测量过程包括以下四个方面的内容：(1)被测对象：主要
3、指零件的几何量。(2)计量单位：是指国家的法定计量单位，长度的基本单位是米（m），其它常用单位有毫米（mm）和微米(m)。(3)测量方法：是指测量时所采用的测量器具、测量原理以及检测条件的综合。(4)测量精度：是指测量结果与真值的一致程度。任何测量都避免不了会产生测量误差。因此，精度和误差是两个相互对应的概念。精度高，说明测量结果更接近真值，测量误差更小；反之，精度低，说明测量结果远离真值，测量误差大。由此可知，任何测量结果都是一个表示真值的近似值。“检验”是一个比“测量”含义更广泛的概念。对于金属内部质量的检验、表面裂纹的检验等，就不能用“测量”这一概念。对于零件几何量的检验，通常只是判断被
4、测零件是否在规定的验收极限范围内，确定其是否合格，而不一定要确定其具体的量值。5.2 长度基准与长度量值传递系统5.2.1 长度基准长度基准 为了保证工业生产中长度测量的精确度，首先要建立统一、可靠的长度基准。国际单位制中的长度单位基准为米（m），机械制造中常用的长度单位为毫米（mm），精密测量时，多用微米(m)为单位，超精密测量时，则用纳米（nm）为单位。它们之间的换算关系如下：1 m=1000 mm，1 mm=1000 m，1 m=1000 nm 所以在1983年的第十七届国际计量大会上审议并批准了一个米的新定义：“米等于光在真空中在1/299 792 458秒的时间间隔内的行程长度”。新
5、定义带有根本性变革，它建立在一个重要的基本物理常数（真空中的光速 c=299 792 458米/秒）的基础上。c常数是一个不存在误差的精确值，用它作为米的定义，精度上不受任何条件的限制，其稳定性和复现性是原定义的100倍以上，实现了质的飞跃。4.2.2 长度量值传递系统长度量值传递系统 使用光波长度基准，虽然可以达到足够的准确性，但却不便直接应用于生产中的量值测量。为了保证长度基准的量值能准确地传递到工业生产中去，就必须建立从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统（见图5-1）。目前，量块量块和线纹尺线纹尺仍是实际工作中的两种实体基准，是实现光波长度基准到测量实践之间的量值传递
6、媒介。图 5-1 长度量值传递系统4.2.3 量块量块 由图5-1长度量值传递系统可知，量块是机械制造中精密长度计量应用最广泛的一种实体标准，它是没有刻度的平面平行端面量具，是以两相互平行的测量面之间的距离来决定其长度的一种高精度的单值量具。量块的形状一般为矩形截面的长方体和圆形截面的圆柱体（主要应用于千分尺的校对棒）两种，常用的为长方体（见图5-2）。量块有两个平行的测量面和四个非测量面，测量面极为光滑平整，非测量面较为粗糙一些。两测量面之间的距离 L 为量块的工作尺寸。量块一般用铬锰钢或其他特殊合金钢制成，其线膨胀系数小，性质稳定，不易变形，且耐磨性好。量块除了作为尺寸传递的媒介，用以体现
7、测量单位外，还广泛用来检定和校准量块、量仪；相对测量时用来调整仪器的零位；有时也可直接检验零件，同时还可用于机械行业的精密划线和精密调整等。1.量块的中心长度量块的中心长度 量块长度是指量块上测量面的任意一点到与下测量面相研合的辅助体（如平晶）平面间的垂直距离。虽然量块精度很高，但其测量面亦非理想平面，两测量面也不是绝对平行的。可见，量块长度并非处处相等。因此，规定量块的尺寸是指量块测量面上中心点的量块长度，用符号 L 来表示，即用量块的中心长度尺寸代表工作尺寸。量块的中心长度是指量块上测量面的中心到与此量块下测量 面相研合的辅助体（如平晶）表面之间的距离，如图5-3所示。量块上标出的尺寸为名
8、义上的中心长度，称为名义尺寸（或称为标称长度），如图5-2所示。尺寸小于6 mm的量块，名义尺寸刻在上测量面上；尺寸大于等于6 mm的量块，名义尺寸刻在一个非测量面上，而且该表面的左右侧面分别为上测量面和下测量面。图 5-2 量块 图5-3 量块的中心长度 2.量块的研合性量块的研合性 每块量块只代表一个尺寸，由于量块的测量平面十分光洁和平整，因此当表面留有一层极薄的油膜时（约0.02 m），用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触，因分子间的亲和力，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性，也称为粘合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组，得到所需要的各种尺
9、寸。3.量块的组合量块的组合 为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的，一套包含一定数量不同尺寸的量块，装在一特制的木盒内。国家量块标准中规定了17种成套的量块系列，从国家标准GB 609385中摘录的几套量块的尺寸系列如附表5-1（P126)所示。量块组合方法及原则量块组合方法及原则:(1）选择量块时，无论是按“级”测量还是按“等”测量，都应按照量块的名义尺寸进行选取。若为按“级”测量，则测量结果即为按“级”测量的测得值；若为按“等”测量，则可将测出的结果加上量块检定表中所列各量块的实际偏差，即为按“等”测量的测得值。(2）组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位小数开始考虑，
10、每选一块应使尺寸至少去掉一位小数。(3）使量块块数尽可能少，以减少积累误差，一般不超过35块。(4）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的量块中混选。(5）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。(6）组合时，下测量面一律朝下。例如：要组成28.935的尺寸，若采用83块一套的量块，参照附表3-1，其选取方法如下：以上四块量块研合后的整体尺寸为28.935。第一块量块尺寸为1.005第二块量块尺寸为1.43第三块量块尺寸为6.5第四块量块尺寸为20 4.量块的精度量块的精度 1）量块的分级 按国标的规定，量块按制造精度分为6级，即00、0、1、2、3和K级。其中00级精度最高，依次降低
11、，3级精度最低，K级为校准级。各级量块精度指标见附表5-2。量具生产企业根据各级量块的国标要求，在制造时就将量块分了“级”，并将制造尺寸标刻在量块上。使用时，就使用量块上的名义尺寸。这叫做按“级”测量。2）量块的分等 量块按其检定精度，可分为1、2、3、4、5、6六等，其中1等精度最高，依次降低，6等精度最低。各等量块精度指标见附表5-3。当新买来的量块使用了一个检定周期后（一般为一年），再继续按名义尺寸使用即按“级”使用，组合精度就会降低（由于长时间的组合、使用，量块有所磨损）。所以，就必须对量块重新进行检定，测出每块量块的实际尺寸，并按照各等量块的国家标准将其分成“等”。使用量块检定后的实际尺寸进行测量，叫做按“等”测量。这样，一套量块就有了两种使用方法。按“级”使用时，所根据的是刻在量块上的名义尺寸，其制造误差忽略不计；按“等”使用时，所根据的是量块的实际尺寸，而忽略的只是检定量块实际尺寸时的测量误差，但可用较低精度的量块进行比较精密的测量。因此，按“等”测量比按“级”测量的精度高。