01-长度基准与量值传递系统
互换性四月第一周教案
第二节机械制造中的互换性一、互换性及其意义1、什么叫互换性?例如：组成现代技术装置和日用机电产品的各种零件，如电灯泡、自行车、手表、缝纫机上的零件、一批规格为M10-6H的螺母与M10-69螺栓的自由旋合。
在现代化生产中，一般应遵守互换性原则。
（1）定义在制成的同一规格的一批零件中，不需任何挑选或附加加修配或再调整，就可装上机器（或部件）上，而且达到规定的使用性能要求，具有上述要求的零部件称为具有互换性的零部件。
（2）互换性给产品的设计、制造和使用带来很大方便1）从设计方面按互换性进行设计可以最大限度地采用标准件、通用件，大大减少绘图、计算等工作量，缩短设计周期，并有利于产品多样化和计算机辅助设计。
2）从制造方面互换性有利于组织大规模专业化生产，有利于采用先先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造、实现加工、装配过程的机械化、自动化，减轻工人的劳动强度，提高生产效率，证产品质量，降低生产成本。
3）从使用方面零部件有互换性，可及时更换已经磨损、损坏了的零部件，减少了机器的维修时间和费用，保证机器能够连续而持久的运转，提高了机器的使用寿命。
所以互换性对保证产品质量，提高生产率和增加经济效益具有重要意义，因此互换性是现代机械制造业中一个普遍遵守的原则。
二、互换性的分类按互换的范围分功能互换、几何参数互换本课程研究几何参数互换。
什么是几何参数互换？几何参数互换是指零部件的尺寸、形状、位置及表面粗糙度等参数具有互换性。
按互换程度分完全互换、不完全互换什么是完全互换？一批零件、部件在装配时不需分组、挑选、调整和修配、装配后既能满足预定的要求称为完全互换。
什么是不完全互换？当装配精度要求较高时采用完全互换，将使零件精度要求提高、加工困难、成本增高。
这时可适当降低零件制造精度，使之便于加工。
而在加工好后通过测量将零件按实际尺寸的大小分为若干组，同一组内零件有互换性、组与组之间不能互换、属不完全互换，称为不完全互换。
几何精度设计与检测全套
§1-2 互换性、标准化与优先数
• 互换性在现代化工业生产中的作用 产品设计 采用具有互换性标准零部件，大大简化绘图、 计算等设计工作量，也便于计算机辅助设计，缩 短设计周期 产品制造 同台设备的各个零部件可分散在多个工厂同 时加工。
§1-2 互换性、标准化与优先数
产品装配 零部件具有互换性，装配作业顺利，易于实 现流水作业或自动化装配，缩短装配周期，提高 装配作业质量 产品使用 容易保证其运转连续性和持久性，提高使用 价值。 产品管理 在技术和物资供应以及计划管理方面，便于 实现科学化管理
测量
• 几何量测量是指为确定被测几何量的量值而进 行的实验过程。 其实质是将被测几何量与作为计量单位的标准 量进行比较，从而确定两者比值的过程。
§1-3 测量技术的基本概念
• 测量过程4要素 被测对象：本课程主要指几何量，即长度、角度、表 面形状和位置、表面粗糙度以及螺纹、齿轮的各种几 何参数。 计量单位：长度计量基本单位为m，常用单位有mm、 μm；角度单位是rad或度、分、秒 测量方法：测量时所采用的测量原理、计量器具和测 量条件的综合 测量精度：测量结果与真值相一致的程度。
通过规定几何参数的公差保证成品的几何参 数充分近似的互换，又称狭义互换。本课程主要 研究零件几何参数的互换性。
• 功能互换
要保证零件使用功能要求，不仅取决于几何 参数一致性，还取决于其物理、化学、力学性能 等参数的一致性。通过规定功能参数(如材料力 学性能、理化性能等参数)的公差所达到的互换 为功能互换，又称广义互换。
第一章 绪论
本章内容
概述 互换性、标准化与优先数系 测量技术的基本概念 计量器具与测量方法 测量误差与数据处理
§1-1 概
第二章 几何量测量技术基础《互换性与技术测量(第2版)》教学课件
第四节 测量误差
一、测量误差的概念 对于任何测量过程来说,由于计量器具和测量条件的限制,不可避免地会出现
或大或小的测量误差。因此,每一个实际测得值往往只是在一定程度上接近被测几 何量的真值,这种实际测得值与被测几何量的真值之差称为测量误差。测量误差可 以用绝对误差或相对误差来表示。 1.绝对误差 绝对误差是指被测几何量的测得值与其真值之差, 2.相对误差 相对误差是指绝对误差(取绝对值)与真值之比
第二节 长度和角度基准及其量值传递
(2)长度量块的分级 量块按制造精度分为五级,即0,1,2,3,K级,其中0级精度最高,3 级精度最低。K级为校准级,用来校准0,1,2级量块。量块的“级”主要是根据量块长 度极限偏差±te和量块长度变动量的允许值tv来划分的。量块按“级”使用时,以量 块的标称长度作为工作尺寸。该尺寸包含了量块的制造误差,不需要加修正值,使 用较方便,但不如按“等”使用的测量精度高。 (3)长度量块的分等 量块按检定精度分为1~5等,其中1等精度最高,5等精度最低。 (4)长度量块的尺寸组合
第二节 长度和角度基准及其量值传递
一、长度基准与量值传递 国际上统一使用的米制长度基准是在 1983 年第 17 届国际计量大会上通过的,
以米作为长度基准。米的新定义为:“米为光于真空中在(1/299 792 458)s 的时间间 隔内所行进的距离”。为了保证长度测量的精度,还需要建立准确的量值传递系统。 鉴于激光稳频技术的发展,用激光波长作为长度基准具有很好的稳定性和复现性。 我国采用碘吸收稳定的 0.633 μm 氦氖激光辐射作为波长标准来复现“米”。
第二节 长度和角度基准及其量值传递
(1)长度量块尺寸方面的术语 1)量块长度 l。 2)量块中心长度 lc。 3)量块标称长度 ln。 4)量块长度偏差e。 5)量块长度变动量 v。 6)量块测量面的平面度fd。
零件尺寸的测量
机械检测技术
零件尺寸的测量
“米”的定义于18世纪末始于法国，当时规定“米等于经过 巴黎的地球子午线的四千万分之一”。19世纪“米”逐渐成为 国际通用的长度单位。1889年在法国巴黎召开了第一届国际计 量大会，从国际计量局订制的30根米尺中，选出了作为统一国 际长度单位量值的一根米尺，把它称之为“国际米原器”。 在19６０年国际计量大会上通过的米的定义是：“1米等 于真空中氪８６原子的２P10和５D5能量级之间跃迁时辐射１ ６５０７６３.７３个波长的长度”。
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机械检测技术
零件尺寸的测量
米原器
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零件尺寸的测量
在实际应用中，除特别精密零件的测量外，一般不直接 用基准光波波长测量零件。为了保证量值的统一，必须把国 家基准所复现的长度计量单位量值准确地传递到生产中的计 量器具和工件上去，以保证对被测对象所测得的量值的准确 和一致。为此需要在全国范围内从组织到技术上建立起一套 严密而完整的体系，即长度量值传递系统，如图1所示。这 个系统的传递媒介是量块和线纹尺，它们是机械制造中的实 用长度标准，由国家技术监督局到地方各级计量管理机构逐 级传递和定期检定。
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零件尺寸的测量
被测对象：本课程主要是几何量，即长度、角度、形状、位置、 表面粗糙度以及齿轮等零件的几何参数； 测量单位：我国法定计量单位，长度为米，角度为弧度和度、 分、秒。 测量方法：测量时采用的测量原理、测量器具和测量条件的总 和。 测量精度：测量结果与被测真值一致的程度。反义词为测量误 差。测量误差大，测量精度低，测量误差小，测量精度高。
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二）量块 标准量是体现测量单位的某种物质形式，具有较高的稳 定性和精确度。 光波波长：直接使用米定义咨询委员会推荐使用的五种激光 和两种同位素光谱灯的任一种来复现。 使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度， 但因对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺 寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现 在实物计量标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规） 和线纹尺。 量块用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、 耐磨以及不易变形的其它材料制成。其形状有长方体和圆柱 体两种，常用的是长方体。
长度计量最全知识
第一章长度计量概述第一节长度计量的任务和内容长度计量(又称几何量计量)是一项历史悠久、基础性很强的技术。
长度计量与人们生活、生产活动、国民经济各个部门、科学技术各个领域有着十分密切的联系。
在日常生活中，做衣服要用尺子量体裁衣，盖房要丈量土地；在工业生产中，长度计量是保证加工零件的尺寸和形状符合设计要求，保证装配的零部件和整机达到质量指标的技术手段；科学的进步更离不开长度计量，许多科学实验往往是通过长度计量来获得实验结果的。
如研究宏观世界，测量天体间距离；研究微观世界，测量分子结构等。
长度计量的重要任务是：研究和确定长度单位；研究建立和保存长度计量基准、标准；建立长度各项计量检定系统，组织量值传递，开展计量检定与修理，以保证量值的准确一致；研究新的长度计量测量方法和手段，确定测量准确度；应用新的科学技术理论，开拓长度计量的新领域。
长度计量按其测量对象来分，可包括以下几个方面的内容：(1)长度尺寸——如端度、轴孔直径、坐标尺寸、线纹间尺寸、箱体结构尺寸等；(2)角度一如平面角(斜率等)、圆分度、空间位置角(如两轴交错的夹角)、锥度等；(3)表面形状和位置—平面度、直线度、圆度、垂直度、平行度等；(4)表面粗糙度(微观不平度)和波度；(5)齿轮。
螺纹、花键及各类加工刀具等的各种工程参量。
第二节长度计量的单位几何量表征物体的大小、长短、形状和位置，其基本参量是长度和角度。
长度的单位是“米”(m)。
角度量分为平面角和立体角，其单位分别为弧度(rad)和球面度(sr)。
“米”的倍数单位和分数单位按SI规定，是在“米”前加十进制词头构成。
如常用单位有毫米(mm)、微米(μm)、千米(km)等。
平面角在日常应用中，保留使用以度(°)、[角]分(′)、[角]秒(″)为单位的60进制。
它们与弧度的换算关系为1°=(π/180)rad，1′=(π/10800)rad，L″=(π/648000)rad。
3.测量技术基础解析
整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。 ⑵ 相对测量：从测量器具上得到的是被测量与标准
量（已知）的相对偏差。因此被测量等于仪器所指偏
差与标准量的代数和。
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§3.2.2 测量方法的分类
按被测表面与测量器具测头是否有机械接触分类： ⑴ 接触测量：测量器具的测头与零件被测表面接触
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3.1.1 测量的概念和测量要素 被测量（测量对象）：主要指几何量，包括长度、 角度、表面粗糙度及形位误差等。 计量单位（简称单位） ：机械工程中常用的长度 单位有“毫米”、“微米” 和“纳米” ，常用的角 度单位是非国际单位制的单位“度”、“分”、 “秒” 。 在测量过程中，测量单位必须以物质形式来
2. 极限量规：没有刻度，不能检验工件的具体尺寸，但是 能确定被检验工件是否合格。 3. 测量仪器：将被测的量值转换成可直接观察的指示值或 等效信息的测量器具。
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§3.2.1 测量器具的分类
几何量测量仪器按结构的特点可分为：
游标类仪器：游标卡尺、游标深度尺以及游标量角器等。 微动螺旋副类仪器：外径千分尺、内径千分尺等。 机械类仪器：百分表、千分表、杠杆比较仪以及扭簧比较仪 等。 光学机械类仪器：光学计、测长仪、投影仪以及干涉仪等。 气动类仪器：压力式气动量仪、流量计式气动量仪等。 电学类仪器：电感比较仪、电动轮廓仪等。 激光类仪器：激光准直仪、激光干涉仪等。 光学电子类仪器：光栅测长机、光纤传感器等。
测量精度（即准确度）：测量结果与真值的一致程 度。不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意 义的。 真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除 所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。
量值传递系统
量块长度偏差e是指任意点的量块长度l与标称长度ln的代 数差，即
e＝l－ln 量块长度偏差e的最大允许值称为量块长度的极限偏差te。
（5）量块长度变动量v
量块长度变动量v是指量块测量面上任意点中的最大长 度lmax与最小长度lmin之差。量块长度变动量的最大允许值用 tv表示。
1．量块的形状
量块的形状有长方体和圆柱 体两种，其中，常用的是长方体。 如图2-2所示，量块有两个平行 的测量面和四个非测量面。其测 量面极为光滑、平整，且两测量 面之间具有精确的尺寸。
图2-2 量块
2．量块的尺寸
量块的尺寸主要包括量块长度l、量块中心长度lc、量块标 称长度ln、量块长度偏差e和量块长度变动量v等。
（3）量块标称长度ln
量块标称长度ln又称为量块长度的示值，是指标记在量块 上，用以表明其与主单位（m）之间关系的量值。标称长度小 于5.5 mm的量块，标称长度值可标记在测量面上；标称长度大 于5.5 mm的量块，标称长度值可标记在非测量面上。标称长度 为0.5～10 mm的量块，其截面尺寸为30 mm×9 mm；标称长 度为10～1000 mm的量块，其截面尺寸为35 mm×9 mm。
3．量块的精度 （1）量块的级
按制造精度不同，量块可分为五级，即0，1，2，3，K 级。其中，0级精度最高，3级精度最低，K级为校准级。级 主要是根据量块长度的极限偏差te和量块长度变动量的最大 允许值tv来划分的。各级量块的精度指标如表2-1所示。
量块按“级”使用时，以量块标称长度ln作为工作尺寸。 由于该尺寸包含量块的制造误差，因此，测量时制造误差将 会被引入到测量结果中，影响测量精度。但量块按“级”使 用时不需要加修正值，可直接得出测量结果，故使用较方便。
长度量值传递
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根据这个道理，游标沿尺身移动，即可使尺身和游标上的某一刻线对准，从而得出被测长度尺寸的毫米整数和小数部分，其读数方法如下： 首先读出游标零刻线所指示的左边尺身上的毫米刻线整数；然后观察游标刻线与尺身刻线对准时的格数，将游标对准的格数乘以游标读数值，即为毫米小数；最后将毫米整数与毫米小数相加，即得被测工件的尺寸读数。 如图8—2所示，游标读数值为0.10mm，
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长度测量的标准量
标准量是体现测量单位的某种物质形式，具有较高的稳定性和精确度。 光波波长：直接使用米定义咨询委员会推荐使用的五种激光和两种同位素光谱灯的任一种来复现。 量块是由两个相互平行的测量面中心之间的距离来确定其工作长度的一种高精度量具。 量块是单值量具，即一个量块只有一个尺寸，为了满足一定尺寸范围的不同尺寸要求，量块可以组合使用。 量块的公称尺寸和实测尺寸。量块的公称尺寸一般都刻印在量块上。刻在量块上的公称值与该量块的实测值之差即为量块的示值误差。
长度计量中常用的量具与量仪
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Vernier Caliper
图3－2所示为三用卡尺，其测量范围一般为0－125和0一150mm两种。
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尺身刻线间距每小格为l mm，在游标长度49mm内刻50格，即游标上的每一刻线间距为0.98mm，也就是游标与尺身的刻线间距差为0.02mm。因此当游标零位线与尺身零位线对准时，除最后一很线与尺身第49根刻线对准外，其它游标刻线都不与尺身刻线对准。当移动游标时，游标向右移动0.02mm，则尺身的第一很刻线对准游标的第一很刻线；移动0.04mm时，尺身和游尺身和游标的第二根刻线相对准。依此类推，所以游标在l mm内向右移动的距离，是由游标刻线与尺身刻线相对准时的游标刻线所决定。
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精密测量时，多采用微米（μm）为单位， 1μm=10-3 mm
超精密测量时，则用纳米（nm）。 1nm=10-3 μm
国际长度单位“米”的最初定义始于1791年法国。随着科学技术的发展，对米的定义不 断进行完善。1983年10月第十七届国际计量大会通过了米的新定义：“米是光在真空中1／ 299792458秒时间间隔内所经路程的长度”。把长度单位统一到时间上，就可以利用高度精确 的时间计量，大大提高长度计量的精确度。
长度基准与量值传递系统
为了进行长度计量，必须规定一个统一的标准，即长度计量单位。1984年国务院发布了 《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》，决定在采用先进的 国际单位制的基础上， 进一步统一我国的计量单位，并发布了《中华人民共和国法定计量单位》，其中规定长度的 基本单位为米（m）。
机械制造中常用的长度单位为毫米（mm）， 1 mm=10-3 m
在实际生产和科研中，不便于用光波作为长度基准进行测量，而是采用各种计量器具进 行测量。为了保证量值统一，必须把长度基准的量值准确地传递到生产中应用的计量器具和 工件上去。因此，必须建立一套从长度的国家基准谱线到被测工件的严密而完整的长度量值 传递系统。
量值传递就是将国家的计量基准所复现的计量单位值，通过检定，传递到下一级的计量 标准，并依次逐级传递到工作用计量器具，以保证被检计量对象的量值能准确一致。各种量 值的传递一般都是阶梯式的，即由国家基准或比对后公认的最高标准逐级传递下去，直到工 作用计量器具。长度量值分两个平行的系统向下传递，其中一个是端面量具（量块）系统， 另一个是刻线量具（线纹尺）系统(图2-1)。
基准谱线
国家基准米尺
光波干涉仪 绝对量法 基准组量块
工作基准米尺
刻
线 量
一等线纹尺
Hale Waihona Puke 具光波干涉仪 绝对量法 一等量块
光波干涉仪 绝对量法 二等量块
二、三等线纹尺 工程技术中应用的刻线尺
接触式干涉仪
三等量块
端
面
量 具
接触式干涉仪
四等量块
光学计 五等量块
光学计 六等量块
工件尺寸
计量仪器 量具、量规
图2-1 长度量值传递系统