第7章模具零件常用的测量工具

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1、第7章模具零件常用的测量工具7.1模具零件加工的技术要求和测量技术对于冲压模、塑料模、锻模、以及金属压铸模，他们在结构上存在较大的差异，而且各类模具的使用功能和装配状态也不一样，精度要求自然也不同。所以各类模具的技术标准都有针对性地制定了相应的模具零件的技术要求、模具的装配要求。有关技术要求的标准参见相应的模具标准。对模具的检验可划分为对成形零件的检验和模架的检验，也可以按工作型面尺寸检测、非型面尺寸检测来划分。在有的企业中，把模具零件的精度分类进行质量管理，如一类、二类、三类尺寸来划分。它的划分依据是对这些零件尺寸对模具成形产品的质量影响大小而定。模具制造中的测量技术除采用一般几何量测量工具

2、和测量仪测量各种长度、高度、深度、形状位置误差、表面粗糙度、角度、螺纹等误差外，还包括使用计算机扫描等先进测量技术检测复杂曲面形状。在测量方法上除对模具零件直接测量外，还广泛采用间接测量方法。测量和检测在计量上是有严格区别的，在模具检验的过程中，由于无法直接测出实物的数据往往会借助测量手段实现。一般可以简单的认为：检测是在已知理论数据的情况下与实物的测量数据比较，可以判断数据超差与否、工件是否合格；而测量是事先对测量物体的尺寸、形位公差等并不知道的情况下，进行实测，得到数据，而这个过程本身并不判断工件的合格与否。7.1.1模具检验常用的样板1.样板的分类1）按照用途 有下料样板、加工样板、装配

3、划线样板和装配角度样板等。在模具制造中，用的最多的是加工样板。2）按照空间形状 有平面样板、立体样板(样箱)。中小型冲压模、塑料模、压铸模一般都使用平面样板，但在汽车覆盖件冲压模具领域会用到立体样板，也称作样箱。3）按制作样板的材料 有木材、扁铁、薄铁皮、油毡和纸板等。一般模具制造中使用的样板都是薄铁板。对这种钢板要求：淬火变形小，耐磨。而在汽车覆盖件模具会用到树脂、木材等作为样板，木质样板是按照展开的构件实际形状用木板条(或夹板)钉制而成。常用的加工样板大都是根据模具零件的一些特殊的截面，由钳工或线切割等工艺方法将薄钢板做成相应截面形状，再经淬火和研磨而成。 轮廓样板，按零件内部轮廓尺寸制造

4、，允许负的偏差。断面轮廓特殊部位形状样板，一般按最大极限尺寸制造，作为特殊形状的验规。2.样板的应用1）用塞尺或透光目测法检查样板与型腔表面的间隙，如检验精度要求不高（公差值0.05mm）的锻模模膛形状。2）对于大、中型弯曲模的凸、凹模工作表面的曲线和拆线，几何形状和尺寸精度要求较高时，需要用样板及样件控制。3）加工一些回转体的模具零件（如车削），其形状和尺寸可由样板检验，用样板的基面靠零件基面来检查成形表面正确与否。相当于样板作为一条母线，判断回转体是否合格。4）轮廓样板常常用于常规机械加工前，在复杂型面（压铸模、塑料模）上的划线，也可以用于钳工装配修调模具镶块的检验。7.1.2模具检验常用

5、的样形1.样型和样架用于大型曲面零件制造的大型覆盖件冷冲压模具的工作部分，大多由三维曲面构成，表面粗糙度及精度（特别是汽车外覆盖件的形状精度）等级要求均较高，加工时需采用样型和样架等专用检验工具配合加工。样型实际上是一种检验的模型。1）主模型 主模型是一些复杂三维曲面冲压件设计、加工、检验的原始依据。他可用于检验像生产汽车覆盖件的模具、夹具、以及检验断面形状的样板、立体样箱，或直接检验冲压样件等。主模型的结构为优质木材或塑料制作制作成的覆盖件内表面形状，并以一定的基准面装配在特制的主架上，构成主模型。在主模型上划有x、y、z三方向的坐标线，表示覆盖件在制品上的位置（如是汽车覆盖件则表示其在汽车

6、坐标系中的位置），塑料主模型与木质主模型相比，在长期的保存和使用期间变形小、保管简单，但制造过程较复杂。一种大型覆盖件零件，需要数套冲模冲压而成。如汽车覆盖件，完成一个制件的加工平均不同性质的模具要四套（拉深、修边、翻边、冲孔），而这些模具的形状要符合同一主模型，所以，主模型用以进行翻制工艺模型、样板及最后检验，主模型与样板的派生关系如图7.1.1所示。数据采集 产品逆向 0mm、1mm、3mm面工艺处理制成检具 主模型 数字元化模型 翻边展开、工艺补充 加工工艺主模型 投影样板 样箱 （游离模型） 样架图7.1.1 典型汽车覆盖件主模型与样板的关系2）工艺主模型 在覆盖件的主模型上补充了翻边

7、展开线（修边线）以外的形状（工艺补充部分），同时按冲模设计的冲压方向改装基准面，即为工艺主模型。工艺主模型的工艺补充部分上划有冲模中心线。工艺主模型是覆盖件冲模制造中所用的各种模型和样板的母模，同时还可作凸模和压边圈仿形加工的靠模。3）样架 样架即研修模型，是检验凸模立体形面与工艺主模型的一致性的量具，还可作凹模的仿铣靠模。其结构与工艺主模型（凸模）形状相反，尺度相等而成凹型。材料采用变形小、强度高、易复制型面的塑料（玻璃钢）或低熔点合金。4）投影样板和断面样板 投影样板是根据所测零件有关轮廓投影到平面上的形状和尺寸制造的。用于凸模（型芯）外轮廓和凹模（型腔）内轮廓加工时的划线、检验及修磨。

8、5）立体样板 立体样板主要用于覆盖件控制修边模的曲面形状和尺寸。 2.检具 它一般是塑料材质，在汽车、拖拉机等领域广泛应用。利用主模型（或数字元化的游离模型）加工出来的。用于检测制件的制造公差、装配状态等工艺内容。分为：单件检具、分总成检具、总成检具，前者检测单个制件的加工状态，后二者检测各个制件之间的装配状态。7.2模具检验的专用量具和常规量具一般来讲，模具属于单件生产，但它涉及的零部件繁多，装配复杂，从生产实际和测量成本来讲，尽量采用常规测量工具。 7.2.1尺寸精度的常规测量工具1.游标量具 这是最为常用的长度测量工具，他综合了卡钳和钢尺的功能。测量时，量值的整数部分从本尺上读出，小数部

9、分从游标尺上读出。是利用光标原理（主尺上的刻线间距和游标尺上的线距之差）来读出小数部分。游标量具分为游标卡尺（图7.1.1）、游标深度尺和游标高度尺。 图7.2.1游标卡尺 2千分尺 千分尺分为机械式千分尺和电子千分尺两类。 机械式千分尺是利用精密螺纹副原理测长的掌上型通用长度测量工具。精密螺杆在螺母中每转动一圈即沿轴线移动一个螺距。因此可用螺杆转动的角度来表示移动的距离。测量时，转动的整圈数从固定套管上的刻度读出小数部分从微分筒圆周上的50个等分刻度读出。精密螺杆的螺距常采用0.5毫米，转动微分筒上的一个刻度，相当于精密螺杆移动0.01毫米，这就是千分尺的分度值。采用高精度螺杆并利用游标或其

10、它细分读数机构时，可以制成分度值为 0.001毫米的千分尺。数显千分尺也称作电子千分尺，它的原理和机械式千分尺一样，只是在测量系统中应用了光栅测长技术和集成电路等，测量结果用数字显示出来。千分尺的品种很多，如图7.2.2。改变千分尺测量面形状和尺架等就可以制成不同用途的千分尺例如有用于测量内径螺纹中径齿轮公法线或深度等的千分尺。图7.2.3所示为外径千分尺结构。以上两种测量方法都是直接测量。 图7.2.2 各种千分尺 图7.2.3 千分尺的结构图3.测微仪（比较仪）测微仪是利用相对法进行测量，图7.2.4所示为机械式比较仪。测量时，先用量块研合组成与被测基本尺寸相等的量块组，再用此量块组使测微

11、仪指针对零，然后换上被测工件，测微仪指针指示的即为被测尺寸的偏差值。比较仪量程小、测量精度高，适用于精密测量。主要用于高精度的圆柱形、球形等零件的测量。 图7.2.4 比较仪的外形图 图7.2.5 各种极限量规按测微仪所采用的放大原理的不同，分为机械式比较仪、光学比较仪和电学比较仪3种。 4.量规 量规是一种没有刻度的专用检验工具，它的制造精度很高，量规的测量值是确定的，不可调。也就是说，某一量规只能测零件某一尺寸特征，用量规检验零件时，可判断零件是否在规定的检验极限范围内，而不能得出零件的尺寸、形状和位置误差的具体数值。但它的结构简单、使用方便、可靠、检验效率高。测量孔径、轴径的量规称为光滑

12、极限量规；检验孔径的量规为塞规；检验轴径的量规为卡规或环规，如图7.2.5所示。测量高度、深度及长度尺寸的量规分别称为高度量规、深度量规及长度量规，统称为直线尺寸量规。 量规的一端按被检验零件的最小实体尺寸制造称为止规，标记为Z0；量规的另一端按被检验零件的最大尺寸制造称为通规，标记为T0。 直线尺寸量规只控制被检工件的极限尺寸，通常用于检验精度较低的一般尺寸或粗加工尺寸。测量时采用目测比较、接触感觉及缝隙透光等方法判断被测零件尺寸是否合格。带表式直线尺寸量规用读数装置（如百分表等）指针摆动的摆动范围确定被测零件尺寸是否合格。5.塞尺由一组具有不同厚度级差的不锈钢制造的薄钢片组成的量规。塞尺用

13、于测量间隙尺寸。在检验被测尺寸是否合格时，可以用通止法判断，也可由检验者根据塞尺与被测表面配合的松紧程度来判断。塞尺一般最薄的为0.02毫米；最厚的为3毫米。图7.2.6为塞尺的示意图。 图7.2.6 塞尺 图7.2.7 成套量块6.量块 对于一些精密模具在制造过程中测量，测量设备往往不能到达标称的精度要求时，需要专用检定测量设备，量块就是经常用到的检定设备。它的两平行平面间具有准确尺寸、横截面为矩形或方形，也称块规。两平行平面称为测量面。测量面表面粗糙度很低，Ra0.016微米，因此具有良好的研合性。一量块与另一量块的测量面相互推合后，彼此间能紧密粘合。利用这种特性可把不同尺寸的量块组合在一

14、起使用、例如91块的成套量块能组成2100毫米间单位为微米的任何尺寸。量块用轴承钢制造，最薄的一般为0.5毫米，最厚的为1000毫米。 块是长度测量系统中的标准仪器，用于检定低一等的量块、千分尺、卡尺、比较仪和一些光学测量仪等，也常和比较仪一起利用相对法测量工件尺寸。量块和量块附件在一起可以组成不同尺寸用以检验一些内、外尺寸，例如孔径、孔距等，配以划线爪还可进行钳工划线等工作。 7.2.2形位误差的测量工具测量形位误差的常用仪器有水平仪、平板、测量指示表及万能表架等，也可用工具显微镜、三坐标测量机、投影仪等测量仪器。1.水平仪 水平仪利用重力现象测量微小角度。除了用于测量机床或其它设备导轨的直

15、线度和工件平面的平面度外也常用在安装机床或其它设备时检验其水平和垂直位置的正确与否。水平仪主要分为水平泡式水平仪和电子水平仪两类。 水平泡式水平仪又分为钳工水平仪框式水平仪合像水平仪等，如图7.2.8。水平泡是一个内壁磨成一定曲率半径的玻璃管。管内装有粘滞系数较小的酒精、乙醚等液体，但留有一个气泡。它随玻璃管倾斜而移动，从玻璃管上的刻度可以读出倾斜的角度。钳工水平仪的底面是测量面，它仅能测量被测面相对于水平面的角度偏差。框式水平仪有两个相互垂直的测量面，因此可以在水平和垂直两个位置上测量。合像水平仪是利用光学双像重合的方法来提高读数精度。 图7.2.8 水平泡式水平仪 图7.2.9 电感式电子

16、水平仪工作原理电子水平仪如图7.2.9所示9 ，当测量面处于水平位置时磁芯处于绕阻的中间位置使电桥保持平衡。当测量面与水平面倾斜 角时，悬有磁芯的细丝由于重力作用仍保持与水平面垂直，磁芯不处于绕阻的中间位置，电桥失去平衡而输出电感量，由指示电表指示出倾斜角 的数值。并以数字显示或打印出误差值。2.指示表常用的指示表有钟表式百分表（分度值0.01mm）、钟表式千分表（分度值0.001 0.005mm）杠杆百分表（分度值0.01mm）和杠杆千分表（分度值0.002mm）等类型。 指示表是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用工具。它常用于零件形状和位置误差以及小位移的长度测量。改变测头形状并配以相应的

17、支架可制成百分表的变形品种,例如厚度百分表深度百分表和内径百分表等。使用打表测量，通常以平板表面模拟基准。在进行垂直度及斜度测量时，还常通过方箱或导柱将基准面进行转换，使被测面（线）转至与测量基准平行，用测平行度方法测量。测量时，应在整个测量面上打表，取打表读数的最大表动量为定向误差值。 7.2.3角度和锥度的测量用具在角度和锥度的测量中，属于直接测量的测量工具有角度样板、锥度量规、万能量角器、测角仪、光学分度头、投影仪等。用于间接测量的测量工具有正弦尺、钢球、圆柱、平板以及千分尺、指示表和万能工具显微镜等。万能工具显微镜，可用于测量精度要求较高的角度和锥度。1.角度样板和锥度量块1）角度样板

18、 角度样板常用于检验螺纹车刀、成型刀具及零件上斜面或倒角等，如图7.2.10。角度样板是用于检验外锥体，是根据被测角度的两个极限尺寸制成的，因此有通端和止端之分。检验工件角度时，若工件在通端样板中，光隙从角顶到角底逐渐增大；在止端样板中，光隙从角顶到角底逐渐减小，则表明角度在规定的两极限尺寸之间，被测角度合格。 图7.2.10角度样板示意图 图7.2.11 角度量块2）锥度量块 能在两个具有研合性的平面间形成准确角度的量规。利用角度量块附件把不同角度的量块组成需要的角度，常用于检定角度样板和万能角度尺等，也可用于直接测量精密模具零件的角度。图7.2.11为 两种角度量块。 2.正弦尺 正弦尺是

19、锥度测量常用量具，如图7.2.11。利用正弦定义测量角度和锥度等的量规，也称正弦尺。它主要由一钢制长方体和固定在其两端的两个相同直径的钢圆柱体组成。两圆柱的轴心线距离L一般为100或 200。按sinH /L计算被测角度的公称角度，式中H 为量块组尺寸。根据测微仪在两端的示值之差可求得被测角度的误差。正弦规常用于测量小于45的角度。 图7.2.11 利用正弦尺测量圆锥量规 7.2.4表面粗糙度测量工具为了提高模具加工的成形质量和成形极限，需要对模具零件工作表面加工后的表面质量严格控制，特别是产品成型面要求可达Ra（0.20.8）m,而对于非成形面，如压边面、流道、安装面等也较高的表面粗糙度要求

20、。表面粗糙度的测量常用以下一些工具。1.表面粗糙度样块 表面粗糙度样块是用比较法检查零件表面粗糙度的一种测量工具，在生产中得到广泛的应用。机械加工后，车、铣、刨、镗工件的表面粗糙度可达Ra（0.86.3）m；经磨削后的表面粗糙度为Ra（0.10.8）m；研磨后工件的表面粗糙度可达Ra（0.0120.1）m。表面粗糙度样块一般用于粗糙度较大的工件表面的近似评定。用表面粗糙度样块确定零件表面粗糙度，是将被测零件表面与表面粗糙度样块进行比较，从而做出判断。应用时需注意：1）表面粗糙度样块的加工纹理方向及材料应可能与被测零件相同，否则易发生错误的判断。 2）比较法多为目测，常用于评定低和中等粗糙度值，

21、也可借助于放大镜Ra（0.41.6）m级用）、显微镜或专用的粗糙度比较显微镜进行比较（Ra0.4m以下）。用表面粗糙度样板比较法测量简便易行，是实际生产中的主要测量手段。缺点是精度较差，只能作定性分析比较，评定可靠性受检验人员经验影响。2. 双管显微镜（光切显微镜）（图7.2.12）双管显微镜是根据光切法原理测量表面粗糙度的仪器，一般按Rz（也可按Rmax）评定Rz（501.6）m级的表面粗糙度。测量范围决定于物镜的倍率，对大型模具零件与内表面的粗糙度，可采用印模法复制被测表面模型，再用双管显微镜进行测量。图7.2.12光切显微镜1-底座；2-工作台紧固螺丝；3、20-工作台纵横百分尺；4-工

22、作台；5-V形块；6-观察管；7-目镜测微计；8-紧固螺钉；9-物镜工作距离调节手轮；10-镜管支架；11-支臂；12-立柱；13-支臂锁紧手柄；14-支臂升、降螺母；15-照明管；16-物镜焦距调节环；17-光线投射位置调节螺钉；18、19-可换物镜（1）原理 利用光切法测表面粗糙度的原理如图7.2.13c)所示。光源1发出的光，通过狭缝形成一条扁平的带状光束，以45左右的角度投射到被测表面上，调整仪器可使此投射光束自被测表面反射后进入斜置45的观察光管，于是从目镜中可看到一条凹凸不平的亮带（A向视图中未打点的部分）。此亮带即工件表面上被照亮了的狭长部分的放大轮廓。测量出此亮带的高度H（图c

23、）即可求出被测表面上的实际不平度高度h。 1-双标线;2-刻度筒;3-可动分划板;4-固定分划板a)目镜千分尺 b 光切图 c光路图图7.2.13 光切原理图（2）使用方法步骤1）选取一对合适的物镜分别安装在两镜管的下端（对双管固定成一整体的仪器，则将物镜板插装在镜管体壳的下方）。2）接通光源。 3）把被测件放在工作台上，若被测件不位于物镜的正下方，则调整工作台，转动支臂11进行对准。4）调整手轮9，使显微镜徐缓下降，直至在被测表面上能看到扁平的绿色光带为止。光带方向要与表面的加工痕迹垂直。5）调整调节环16和调节螺钉17，使在目镜视场中央出现最窄最清晰的亮带。6）测量。转动目镜测微器，使目镜

24、中十字线的水平线平行于光带轮廓的中线（估计方向），然后转动目镜测微器上的刻度套筒，使十字线的水平线分别在亮带最清晰的一边（另一边欠清晰）的基本长度l范围内，找5个最高峰点和5个最低谷点并与之相切。读数时要注意视场内毫米刻度的变化情况。 7）计算 （7.2.1）式中N为物镜放大倍率。3电动轮廓仪 电动轮廓仪（又称表面粗糙度检查仪或侧面仪）是利用针描法来测量表面粗糙度。使用原理是将特殊的触针的针尖沿被测表面以等速读缓慢地滑行，工件表面的微观不平度使针尖上下移动，其移动量通过传感器等装置，并将信号加以放大和计算处理或记录下来。轮廓仪按其传感器的工作原理分为电感式及压电式。电感式轮廓仪测量精度高，带有

25、记录装置；压电式轮廓仪结构简单、紧凑、精度较低，一般做成直读式而不带记录装置。图7.2.14电动轮廓仪工作原理图图7.2.15是电感式轮廓仪实物图，一般是由传感器、驱动器、指示表、记录器、工作台等主要部件组成。 传感器端部装有金刚石触针，触针尖端曲率半径很小。测量时，将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，驱动箱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移动，这种机械的上下移动引起传感器内电量的变化，经电子装置将这一微弱电量的变化放大，并记录得到截面放大图。或者把信号通过适当的环节进行滤波和积分计算，由电表直接读出Ra值。仪器还配有各种附件，以适应平面、内外圆柱

26、面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。电动轮廓仪测量迅速方便，测值精度高。 图7.2.15电动轮廓仪的实物 7.3工具显微镜万能工具显微镜是长度计量部门最常见的光学仪器之一。可用于测量工件长度、角度、分度及形状和位置误差。测量可按直角坐标，也可按极坐标进行。可测量柱形、块形零件、螺纹、齿轮、锥体及曲线样板，也可测量切削刀具等。是制造业中不可缺少的计量仪器。 7.3.1万能工具显微镜的组成及原理1.万能工具显微镜的结构 a) 工具显微镜实物 b)局部放大图图7.3.1万能工具显微镜1-纵向微动手轮；2、14-纵向滑台；3-纵向读数显微镜；4-光圈调节环；5-横向读数显微镜；

27、6-立柱；7、18-主显微镜；8-立柱倾斜调节柄；9、16-横向滑台；10-顶尖座；11-工作台；12-底座；13-横向微动手轮；15、17-刻度线图7.3.1万能工具显微镜万能工具显微镜有多种附件，利用这些附件可以扩大其使用范围。最常用的附件有:螺纹目镜、双象目镜、灵敏杠杆、测量刀、光学分度台、光学分度头及调焦棒等。按工具显微镜的工作台的大小和可移动的距离、测量精度的高低以及测量范围的宽窄，一般分为小型，大型和万能型及重型。它们的测量精度和测量范围不同，但基本结构、测量方法大致相同，图7.3.1为万能工具显微镜实物。底座12上有互像垂直的纵、横向导轨。纵向滑台2、14；横向滑台9、16可彼此

28、独立地沿纵、横向粗动、微动和锁紧。纵向滑台2上装有纵向玻璃刻线尺和安放工件的玻璃工作台10，玻璃刻线尺的移动量，即被测工件移动量，可由固定在底座上的纵向读数显微镜3读出。横向滑台9、16上装有横向刻线尺和立柱6，立柱的悬臂上装有瞄准用的主显微镜7、18。主显微镜在横向的移动可通过横向刻线尺15、17及固定在底座上另一横向读数显微镜4读出。被测工件放在工作台上或装在两顶针之间，由玻璃工作台下面射出一平行光束照明。主显微镜可沿立柱升降以调整焦距，因而可由此显微镜看到被测工件的轮廓影像。根据测量螺纹或特殊工件的需要，可使工件倾斜一定的角度，使主显微镜的轴线与被测截面相垂直，便于精确观测，其倾斜角度可

29、以从刻度筒上读出。 图7.3.2 工具显微镜的光学系统 7.3.3接触瞄准系统1-光源； 2-滤色片；3-可变光阑；4-反射镜；5-聚光镜； 1-光源；2-带双刻线分划板；3-透镜； 6-工作台玻璃板；7-物镜组；8-正象棱镜；9- 保护玻璃； 4-反转镜；5-放大物镜； 10-刻度盘；11-米字线分划板；12-目镜组；13-测角读数显微镜 6-主显微镜米字线分划板主显微镜用于瞄准工件，其上部可装目镜头及投影器。目镜头的种类包括：测量角度、螺纹及坐标的测角目镜；测螺纹和测圆弧的轮廓目镜；测孔间距或对称图形的间距的双像目镜头等。投影器可将工件影像投影在影屏上，用相对法测量，或利用工作台的移动、转

30、动及读数显微镜测工件的尺寸。 万能工具显微镜的纵向导轨中部工作滑台可分为平工作台或圆工作台。平工作台上有玻璃台板和T形槽，可用螺钉和压板夹紧工件；圆工作台用于分度测量或极坐标测量。（1）工具显微镜的瞄准机构工具显微镜的瞄准机构用于测量时瞄准工件。各种工具显微镜的瞄准机构常用的是显微目镜，万能工具显微镜还可采用光学接触器。工具显微镜的目镜由玻璃分划板、中央目镜、角度读数目镜、反射镜和手轮组成。从中央目镜可观察到分划板上的米字刻线和被测工件的轮廓影像；从角度读数目镜中，可观察到分划板上360的度值刻线和固定游标的分划板060的分值刻线。转动手轮，可使米字线和度值刻线的分划板转动，其转过的角度，可在

31、角度目镜中读出，其光学系统如图7.3.2。万能工具显微镜还配备有以接触方式瞄准工件的光学接触器。光学接触器可固定在主显微镜的3倍物镜上，接触器的触头与工件接触，照明光源照亮固定的、带有双刻线的分划板，双刻线影像经触头上方的反射镜、主显微镜的物镜放大成像在米字线分划板上，原理如图7.3.3所示。当测头的位置改变时，从目镜中可读出双刻线像的位移。光学接触器用于测量孔径、槽宽，以及端面长度、直线度、平行度等。光学接触器的测量范围为5200mm，可测孔的最大深度（孔径大于5mm时）约为15mm。（2）工具显微镜纵、横向读数装置 在工具显微镜上，工作台纵、横向移动距离的读数装置常用类似千分尺的测微螺旋机

32、构，分度值为0.01mm或0.005mm。万能工具显微镜则一般采用阿基米得螺旋显微镜，分度值为1m。目前，各种类型的工具显微镜的读数装置广泛采用微电脑数显仪。 图7.3.4 阿基米得螺旋线显微镜的读数 图7.3.5影像法的视场示意图阿基米得螺旋显微镜的读书方法：在显微镜读数镜头中可看到三种刻度：一种是毫米玻璃刻线尺上的刻度，其间距代表1mm；一种是目镜视野中间隔为0.1mm的刻度；一种是有十圈多一点的阿基米得螺旋刻度和螺旋线里面圆周上一摆格圆周刻度，每格圆周刻度代表阿基米得螺旋移动0.001mm。读数时，旋转螺旋分划板微调手柄，使毫米刻线位于阿基米得螺旋双刻线之间，如图7.3.4。 7.3.2

33、万能工具显微镜的基本测量方法 1）影像测量法 用主显微镜的米字线对被测工件的影像进行瞄准定位，并由纵横向读数装置读数，图7.3.5为影像法的视场示意图。2）轴切测量法 用主显微镜的米字线对与被测工件在水平轴截面内接触的测量刀上的刻线进行瞄准，并由纵、横向读数装置读数。3）光学接触法 用光学接触器的球形触头与被测工件相接触，而用主显微镜的米字刻线与触头位置有关的双刻线套合，并由纵、横向读数装置读数。4）直角坐标测量法 按纵、横两垂直方向测量被测工件的坐标值。5）极坐标测量法 旋转工作台合纵、横向的读数装置读出被测工件的极角和向量半径。 7.3.3万能工具显微镜在模具零件检验中的应用1.样板与模具

34、轮廓的测量 测量样板或对模具轮廓检验一般采用直角坐标测量法、极坐标测量法或采用光学接触法测量。测量时，被测零件平放在工作台台面上，工具显微镜的立柱不需要倾斜。测量模具轮廓时，万能工具显微镜的目镜焦距要调到模具刃口表面。不论样板或模具的形状多么复杂，其轮廓总是由圆弧与直线组成，测量时只要找出直线与圆弧的交点，其轮廓尺寸就不难检测了。图7.3.6a)为圆弧检测方法。测量前，先调整测角目镜，使米字线的水平线与圆弧顶点相切，记下横向读数。然后移动纵、横向滑台，用目镜米字线的60或120交角线与圆弧两边同时相切，并记下横向读数，两次读数之差为h，便可由下式算出圆弧半径。 （7.3.1）式中 为目镜米字线

35、交角，其值为60或120。K1计算系数。当=60时，K1=1；=120时，K1=6.463。h测量读数差值。当被测圆弧较大，视场中只能看到其中一部分时，可采用图7.3.6b)所示方法。测量时，使目镜米字线的水平线与圆弧顶点相切于D点，将横向滑台移动一个距离H（取整数最好），使水平线与圆弧相割。转动侧角目镜变换一个角度/2，微动纵向滑台，使米字线的中垂线与圆弧相切于E点，记下纵向读数。然后反向移动纵向滑台，反向旋转测角目镜变换角度，并使米字线中央垂线相切圆弧于F点，再记下纵向读数，两次纵向读数差为AB。可由下式算出圆弧半径。 R=K2AB-K1H （7.3.2）式中 K1、K2计算系数。K1取值

36、同前，当=60时，K2=0.866；=120时，K2=1.8971。图7.3.6圆弧的检测方法图7.25 外锥角的测量 2.锥角的测量 用万能工具显微镜测量锥角，一般可以利用仪器附件如分度台、分度头、测角目镜等进行直接测量，图7.3.7所示锥角的测量为间接测量方法。图7.3.7万能工具显微镜测量锥角a图所示为在万能工具显微镜上测量外锥角的方法。将被测工件安装在仪器两顶尖之间，用测量刀测出相距L的两端直径D与d，则工件圆锥角为： (7.3.3) 准确度要求较高的内锥体测量（7.3.7b图），可在万能工具显微镜上用光学灵敏杠杆测量。测量时，工件安置在仪器的玻璃工作台上，用光学灵敏杠杆先在接近内锥体

37、大端处测量，得到读数L1，然后在工件下垫上尺寸为H的量块组或已知尺寸的标准件，在接近内锥体小端处进行第二次测量，得到读数L2，则被测内锥体的锥角为： (7.3.4)3.多孔凹模位置度误差的测量图7.3.8为多孔凹模位置度误差的测量，图a是一个多孔凹模的设计图，图上对各孔有位置度的要求。采用工具显微镜测量该多孔凹模的方法可用直角坐标测量法，如图b所示。图7.3.8多孔凹模位置度误差的测量首先按基准A、B面找正凹模，使其与工具显微镜的纵、横坐标方向一致。然后测出x1、x2和y1、y2，则孔的圆心坐标x、y为： ， （7.3.5）将x、y与设计给定的尺寸比较，得到偏差值和。则该孔的位置度误差值为：(

38、7.3.6)其他各孔的位置度误差的测量方法与上述方法相同,可逐孔进行测量和计算。7.4三坐标测量机三坐标测量机（Checking and Measuring Machine）是一种以精密机械为基础，综合应用电子技术、计算机技术、光栅与激光干涉技术等先进技术的检测仪器，其精度高于一般的数控机床，被广泛应用在模具、汽车、航空、航天、机械等制造业，可对产品的几何尺寸和形位公差进行精确检测。工业发达国家，测量机已经非常普及，大约每七台数控机床要配备一台三坐标测量机。三坐标测量机的主要功能是：1）可实现空间坐标点的测量，可方便的测量各种零件的三维轮廓尺寸、位置精度等。测量精确可靠，万能性强。2）由于计算

39、机的引入，可方便的进行数字运算与程序控制，并具有很高的智能化程度。因此它不仅可方便地进行空间三维尺寸的测量，还可实现主动测量和自动检测。3）三坐标测量机除了具备常规的几何尺寸和形位公差检测功能外，在逆向工程技术和曲面坐标检测方面具有特殊的优势。三坐标测量机充分显示了在测量方面的万能性、测量对象的多样性。在模具制造业中应用广泛。 7.4.1三坐标测量机的分类及构成1三坐标测量机分类三坐标测量机按其工作方式可分为:点位测量方式和连续扫描测量方式。点位测量方式是由测量机采集零件表面上一系列有意义的空间点，通过数学处理，求出这些点所组成的特定几何元素的形状和位置。连续扫描测量方式是对曲线、曲面轮廓进行

40、连续测量，多为大、中型测量机。三坐标测量机按结构分类，有桥式测量机、龙门式测量机、水平臂（单臂或悬臂）、坐标镗床式式测量机和便携式测量机。测量方式大致可分为接触式（如机械式）与非接触式（如光学式）两种。按测量范围可分为大型、中型和小型。按测量精度可分为精密型（计量型），一般放在有恒温条件的计量室，用于精密测量，分辨能力为0.5m2m 。另一类为生产型，一般放在生产车间，用于生产过程检测，分辨能力5m或10m。2三坐标测量机的构成三坐标测量机的结构形式如图7.4.1所示，是由三个正交的直线运动轴构成的，这三个坐标轴的相互配置位置对测量机的精度以及对被测工件的适应性影响较大。三坐标测量机的基本构成

41、主要由测量机主体、测量系统、控制系统和数据处理系统组成。a、b）悬臂式；c、d）桥式；e、f ）龙门式；g）立柱式；h）坐标镗床式 图7.4.1 三坐标测量机的构成（1）三坐标测量机的主体图7.4.2为一小型三坐标测量机的结构示意图。测量机主体包括沿X轴移动的主滑架5，沿Y向移动的副滑架4，测头安装在沿z向移动轴3上，5是测量工作台。图7.4.3为一大型门式三坐标测量机示意图。 1）导轨 导轨是测量机的导向装置，直接影响测量机的精度，因而要求其具有较高的直线性精度。在三坐标测量机上使用的导轨有滑动导轨、滚动导轨和气浮导轨，但常用的为滑动导轨和气浮导轨，滚动导轨应用较少，因为滚动导轨的耐磨性较差

42、，刚度也较滑动导轨低。目前多数三坐标测量机已采用空气静压导轨（又称为气浮导轨、气垫导轨），它具有许多优点，如制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等。 图7.4.2 三坐标测量机 图7.4.3大型门式测量机结构示意图1-工作台；2-测头；3-z轴；4-副滑架；5-主滑架 1-导轨；2-横量；C-Z/W轴2）工作台 大多厂家已采用花岗岩、大理石、来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于加工。有些测量机还装有可升降（Z轴）、有旋转（W轴）的工作台，以扩大Z轴的测量范围和测量功能。移动桥式结构是目前应用最广泛的一种结构形式，其结构简单，敞开性好，工件安装在固定工

43、作台上，承载能力强，用于中等精度的测量。固定桥式结构，其桥框固定不动，其主要部件的运动稳定性好，运动误差小，适用于高精度测量，但工作台负载能力小。桥式结构主要用于高精度的中小机型。 龙门式结构，它与移动桥式结构的主要区别是它的移动部分只是横梁，移动部分质量小，整个结构刚性好，三个坐标测量范围较大时也可保证测量精度，适用于大机型。如图7.4.4所示用于汽车方面的大型测量机。悬臂式结构，结构简单，具有很好的敞开性，但当滑架在悬臂上作Y向运动时，会使悬臂的变形发生变化，故测量精度不高，一般用于测量精度要求不太高的小型测量机。 单柱移动式结构，也称为仪器台式结构，它是在工具显微镜的结构基础上发展起来的

44、。其优点是操作方便、测量精度高，但结构复杂，测量范围小，适用于高精度的小型数控机型。 标镗床式结构（单柱固定式结构），它是在坐标镗的基础上发展起来的。其结构牢靠、敞开性较好，但工件的重量对工作台运动有影响，两维平动工作台行程不可能太大，仅用于测量精度中等的中小型测量机。 （2）三坐标测量机的测量系统三坐标测量机的测量系统包括测头和标尺。1）标尺系统 是用来度量各轴的坐标数值的。目前三坐标测量机上使用的标尺大多的是光栅尺，有些测量机使用了同步感应器，为了达到更高的精度，有的测量机甚至使用了激光干涉仪。测头是三坐标测量机用来拾取信号的，因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率，没有先进的测头就无法

45、充分发挥测量机的功能。2）测头 测头的类型按测量方法可分接触式和非接触式两类。在接触式测量头中又分机械式测头和电气式测头。此外，生产型测量机还配有专用测头式切削工具，如专用铣削头和气动钻头等。机械接触式测头为具有各种形状(如锥形、球形)的刚性测头、带千分表的测头以及划针式工具。机械接触式测头主要用于手动测量，由于手动测量的测量力不易控制，测量力的变化会降低瞄准精度，因此，只适用于一般精度的测量。电气接触式测头的触端与被测件接触后可作偏移，传感器输出模拟位移量信号。这种测头既可以用于瞄准(过零发信)，也可以用于测微测给定坐标值的偏差)。电气接触式测头主要分为电触式开关测头和三向测微电感测头，其中

46、电触式开关测头较广泛。非接触式测头，主要由光学系统构成，如投影屏式显徽镜、电视扫描头。适用于软、薄、脆的工件测量。为了提高测量效率以及探测各种零件的不同部位，常需为测头配置一些附件，如测端、探针、连接器、测头回转附件等，图7.4.5是常见的测量接触头。 图7.4.4 TARUS大型测量机 图7.4.5测量接触头（3）三坐标测量机控制系统和数据处理系统1）控制系统 控制系统是三坐标测量机的关键组成部分之一。其主要功能是：读取空间坐标值，控制测量瞄准系统对测头信号进行实时响应与处理，控制机械系统实现测量所必需的运动，实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性等。三坐标测量机分为手动型、

47、机动型和CNC型。早期的坐标测量机以手动型和机动型为主，其测量是由操作者直接手动或通过操纵杆完成各个点的采样，然后在计算机中进行数据处理。随着计算机技术、数控技术的发展，CNC型控制系统变得日益普及，它是通过程序来控制坐标测量机自动进给和进行数据采样，同时在计算机中完成数据处理。图7.4.6为系统控制原理图。数控系统控制器功率驱动器电机机械传动伺服系统测量与反馈图7.4.6系统控制原理图2）数据处理系统 数据处理系统包括计算机、专用的软件系统、专用程序或程序包。计算机是三坐标测量机的控制中心，用于控制全部测量操作、数据处理和输入输出。在用于检测时通过该系统，操作者可以在该系统内手动编制检测程序

48、（对话式窗口编程）、自动编制程序（通过引入CAD模型自动生成检测程序）、自学习编程（机器记下所有指令代码，在多批次重复检测时，不需再编程）、脱机编程（在该系统外部编制好程序通过公用结口引入）。在进行检测时可以根据定义对检测的尺寸、形位误差进行处理，有的还可以对结果加以判断和调整。在用于测量时，该系统可以进行大量的数据处理并通过内部的几何元素定义生成相应的几何体，然后通过公共接口传出该系统以作他用。7.4.2三坐标测量机的测量应用目前机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等都广泛使用三坐标测量机，三坐标测量机已成为现代工业检测和质量控制不可缺少的测量设备。 1.可用于加工的轻型三

49、坐标测量机三坐标测量机除用于零件的测量外，还可用于如划线、打冲眼、钻孔、微量铣削及末道工序精加工等轻型加工，在模具制造中可用于模具的安装、装配。如图7.4.7立柱式三坐标划线机也是三坐标测量机的一种，主要用于金属加工中的精密划线和外形轮廓的检测，特别适用于大型工件制造、模具制造、汽车和造船制造业及铸件加工等。它属于生产适用型三坐标机，可承受检测环境较恶劣的划线和计量测试技术工作。因此，在模具制造中，特别是大型覆盖件冷冲模具制造中，得到广泛应用。 图7.4.7立柱式三坐标划线机 图7.4.8零件三维找正的实例1-基座；2-立柱；3-水平臂；4-支承箱；5-测头；6-工作台立柱式三坐标划线机，由机

50、械主体部分和数字显微处理系统组成。其机械主体部分主要包括立柱2、基座1、水平臂3、支承箱4、测头5及一侧带导槽的工作台6等。仪器基座1可在工作台导槽中移动或定位锁紧，水平臂可在支承箱中作水平移动。在划线或检测时，工件一次定位即能完成三个面的划线或检测，效率高，相对精度高，反映问题迅速。数显微处理系统由光栅编码器、无滑滞滚动的角度-长度转换装置和微电脑数显电气等组成。仪器的量程范围大，可作相对或绝对坐标数据显示、公英制转换和数据打印。该类检测设备由于精度较低，一般不作数据采集用，不用于终加工工序或产品的检测、测量。2.多种几何量的测量测量前必须建立坐标系，并根据被测件的形状特点选择测头并进行测头

51、的定义和校验，并对被测件的安装位置进行找正。（1）坐标系的概念1）机床坐标系也称作绝对坐标系。机床坐标系是测量机出厂时设定，它的原点一般是在、（、）标尺的初始端。一般在测量机初始启动时，都要“回零”，就是初始化回原点。如果不能正常回零，测量机软件或硬件上存在某种错误。一般在较低端的测量机（如较一般的划线机）上会用到机床坐标系，它需要操作者将工件的某轴线摆放到机床坐标系的相应轴线平行，然后建立相对坐标系再测量。2）工件坐标系测量时一般都用工件坐标系，该坐标系是操作者在制件检测前生成的坐标系。对于某些大型测量机，在需要承载能力较大的情况下，床身和工作台分开安装，也就是说工作台的变形、破坏不会影响到

52、测量机本身的精度，此时必须用到工件坐标系。工件测量坐标系设定后，即可调用测量指令进行测量。（2）角度的校验和触头的定义 在触头更换后，系统启动需要把触头的定义输入到指定的地方，由于一般系统采用的自动补偿接触检测、测量，也就是说实际上检测、测量的是接触头的球心，得到的结果是系统自动“加了一个半径”。触头或加长杆更换后或在初次进行零件检测、测量时必须要对侧头的各个摆角进行校验，否者会在不同的角度测量（检测）同一点值时出现偏差，这个偏差跟加长杆、探针长度、接触头的大小都有关系。一般大部分测量机厂家都是用标准球（也叫基准球）进行校验。（3）工件找正零件的找正是指在测量机上用数学方法为工件的测量建立新的

53、坐标基准。测量时，工件任意地放在工作台上，其基准线或基准面与测量机的坐标轴（x、y、z轴的移动方向）不需要精确找正，为了消除这种基准不重合对测量精度的影响，用计算机对其进行坐标转换，根据新基准计算校正测量结果。零件找正的主要步骤有：确定初始参考坐标系。运行找正程序。选定第一坐标轴。调用相应子程序进行测量并存储结果。选第二坐标轴。调用相应子程序进行测量并存储结果。对于三维找正中的第三轴，系统自动根据右手坐标准则确定。（4）触头选用对于测量工件的材质、测量零件的形状、测量部位在测量前都是触头选择的因素。如图7.4.9所示，）图是柱形接触头，一般用于测量零件的轮廓边界，）图是盘形测端一般用于测量宽的

54、沟槽有闭角的区域，）图是球头接触头，它在生产实际中使用最多，孔、面、壁的检测、测量都可以使用。）柱形测头）盘形测头）球头测头图7.4.9测量不同的形状选用的触头（5）.触头运动方式触头在测量时，在运动方向的选择上必须要在理论上保证测量数据的可靠性及准确度。如图7.4.10，在测量一简单的型面时，从的进给方向和从的进给方向测量的结果是不同的。这是由于软件对球头半径补偿所致，当判断出运动方向为向进给时，球头半径补偿在向，同理如判断为向进给时，补偿方向在向。二者的差值由此产生。图为合理的不同进给方向。 a） b） 图7.4.10测量进给方向示意图表7.4.1为三坐标测量机测量被测工件的形状、位置、中心和尺寸等方面的常用示例。表7.4.1三坐标测量机的应用举例3.实物程序编制对于在数控机床上加工的形状复杂的零件，当其形状难于建立数学模型使程序编制困难时，常常可以借助于测量机。通过对木质、塑料、粘土或石膏制的模型或实物的测量，得到加工面几何形状的各项参数，经过实物程序软件系统的处理，输出所需结果。例如高速数字化扫描机实际上是一台连续扫描测量方式坐标测量机，主要用于对模具未知曲面进行扫描测量，可将测得的数据存入计算机，根据模具制造需要，实现1）对扫描模型进行阴、阳模转换，生成需要的CNC加工程序。2）借助绘图设备和绘图软件得到复杂零件的设计图样即生成各种CAD数据。