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机械工业的发展体现在测量技术的现代化、互换性生产原则的贯彻能力等方面， 也就是我们所说的机械零件的几何量、公差配合、机械测量等， 这些都直接反映到产品质量以及企业的竞争能力。  机械测量在机械制造中具有重要的地位，是保证产品质量和生产效率的关键因素。测量技术的高低决定着机械制造行业的水平高低，测量技术的重要性可以从以下几个方面体现：
   在制造业中， 为保证产品质量， 确保零部件的互换性， 同时分析零件加工工艺， 采取预防性措施，防止废品的产生， 必须对毛坯及零部件的尺寸、 角度、 几何形状、 几何要素间的相对位置、 表面粗糙度以及其他技术条件进行测量和检验。  测量是指将被测量与作为测量单位的标准量进行比较， 从而确定被测量的实验过程。而检验则只需判断零件是否合格而不需要测出具体数值。检测是测量与检验的总称。 几何量测量主要是指各种机械零部件表面几何尺寸和形状的参数测量。几何量参数包括零部件具有的长度尺寸、角度参数、坐标（位置）尺寸、表面几何形状与位置参数、表面粗糙度等。几何量测量是保证机械产品质量和实现互换性生产的重要措施。  几何量测量对象是多种多样的， 不同测量对象有不同的被测量。如孔、轴的被测量主要是直径； 箱体零件的被测量有长、宽、高以及孔间距等； 复杂的零件有复合型的被测量， 如丝杠和滚刀的螺旋线误差等。但不管形体如何， 被测参数从本质上都可归结为长度量和角度量两种， 复杂量可看作是长度量和角度量的组合。  完整的测量过程应包含以下4 个要素： （1） 被测对象 从几何量的特性来分， 测量对象可分为长度、角度、形位误差和表面粗糙度等； 从被测零件的特点来分， 可分为方形零件、轴类零件、锥体零件、箱体零件、凸轮、花键、螺纹、齿轮和各种刀具等。 （2） 测量单位 长度单位有米（m）、毫米（mm）、微米（μm）； 角度单位有度（°）、分（′）、秒（″）、弧度（rad）和微弧度（μrad）。 （3） 测量方法 指完成测量任务所用的方法、量具或仪器以及测量条件的总和。基本的测量方法有： 直接测量和间接测量、绝对测量和相对测量、接触测量和非接触测量、单项测量和综合测量、手工测量和自动测量、工序测量和最终测量、主动测量和被动测量等。一般应根据被测对象要求以最经济的方式去选择相应的测量方法。 （4） 测量精度 测量精度指的是测量结果与被测量真值的一致程度。并不是精度越高越好， 而是根据被测量的精度要求选择最经济的方式。   计量单位我国采用以国际单位制为基础的法定计量单位。 1. 长度法定计量单位 机械制造业中常用毫米（mm）和微米（μm） ，毫米是机械测量中最常使用的单位。以毫米作单位，在机械图中可以只标注尺寸数字，而省略标注单位。 英制长度单位主要有英尺（ft）、英寸（in）等。 1 英尺（ft） =12 英寸（in） 1 英寸（in） =25. 4 毫米（mm） 2. 平面角的法定计量单位 在法定计量中， 平面角的基本单位为弧度（rad）。弧度是一圆内两条半径之间的平面角， 这两条半径在圆周上所截取的弧长与半径相等时为1 弧度（rad）。 在机械制造中， 常用度（°）作为平面角的计量单位。 1 度（°） = π/180（rad）  常用计量单位换算表 测量方法的分类1. 按是否直接测量被测参数分类 （1） 直接测量 被测的量可直接从量具或量仪的读数装置上读得。例如，用弦高法测量圆弧直径用游标卡尺、千分尺测量轴径或孔径， 用角度尺测量角度。 （2） 间接测量 被测的量是根据与它有一定关系的所测的量间接（如计算） 得到的。例如，通过测量弦长S、弦高H，求圆弧直径D。  为了减少测量误差， 一般都采用直接测量，当被测量不易直接测量时可采用间接测量。 2. 按示值是否为被测量的整个量值分类 （1） 绝对测量 能直接从量具或量仪上读出被测量的实际值。用绝对测量法时， 量具或量仪的测量范围必须超过被测量的尺寸。 （2） 相对测量（比较测量） 只能直接得到被测的量相对于标准量的偏差值。它的测量范围是很狭小的， 例如， 用量块为基准， 在光学计上测量长度尺寸。 一般， 相对测量的精度比绝对测量高。 3. 按测量时测量头与被测表面是否接触分类 （1） 接触测量 在测量时， 测量器具的测量头直接与被测表面相接触， 并有机械作用的测量力， 例如， 用千分尺测量尺寸。 （2） 非接触测量 在测量中， 测量器具的测量头不与被测表面直接接触，而是通过其他的介质（如光、气等）与工件接触， 例如， 用光切显微镜测量表面粗糙度。 接触测量会引起被测表面和测量器具有关部分产生弹性变形， 因而影响测量精度， 非接触测量则无此影响。 4. 按一次测量参数的多少分类 （1） 单项测量 对被测零件的每个参数分别单独测量。 （2） 综合测量 测量反映零件有关参数的综合指标。 综合测量一般效率较高， 对保证零件的互换性更为可靠， 常用于完工零件的检验。单项测量能分别确定每一参数的误差， 一般用于工艺分析、工序检验及被指定参数的测量。 误差与公差1.误差加工误差加工零件的过程中， 由于各种因素的影响， 如机床精度的限制、刀具刃磨角度的误差、工艺系统刚性较差等， 零件的尺寸、形状、微观几何形状（表面粗糙度）以及相互位置等几何量很难达到理想状态， 总会存在或大或小的误差。 任何加工方法加工出的零件不可能绝对准确无误。即使一批加工出来的零件由于各种因素的影响， 也可能有差异。甚至在相同加工条件下同一批工件， 尺寸也各不相同。为了达到一定的精度要求， 误差必须控制在某特定范围内； 为了满足互换性要求， 使相同规格的零部件的几何参数接近一致， 必须控制加工误差。 加工误差的表现形式， 通常有以下几种： 上述几种误差同时存在， 其中尺寸误差是最基本的。零件的精度是指零件几何参数实际值与理想值的符合程度。实际几何参数数值与理想几何参数数值差别越小， 即误差越小， 则加工精度越高。因此， 零件加工精度的高低， 是用误差的大小来表示的。由此可见， “精度” 和“误差” 这两个概念在评定零件几何参数时， 只是着眼点不同， 实质上是一致的。 测量误差实际测得值与被测几何量真值之间的差值称为测量误差。测量误差用绝对误差或相对误差表示。 绝对误差 绝对误差δ 是指被测量的实际值与其真值之差， 即 式中 x———实际值（测得值）；x0———真值或约定真值。 相对误差 相对误差是指绝对误差的绝对值与被测量的真值之比， 由于被测几何量的真值无法得到， 因此在实际中常以被测几何量的测得值代替真值进行估算， 即 产生测量误差的因素主要有以下几个方面： （1） 测量器具的误差 测量器具的误差是指测量器具本身所具有的误差，包括测量器具的设计、制造和使用过程中的各项误差。 （2） 方法误差 方法误差是指测量方法的不完善（包括计算公式不准确，测量方法选择不当，工件安装、定位不准确等）引起的误差， 它会产生测量误差。例如， 在接触测量中， 由于测量头测量力的影响， 使被测零件和测量装置变形而产生测量误差。 （3） 环境误差 环境误差是指测量时环境条件不符合标准的测量条件所引起的误差， 它会产生测量误差。例如， 环境温度、湿度、气压、照明（引起视差）等不符合标准以及振动、电磁场等的影响都会产生测量误差， 其中尤以温度的影响最为突出。例如， 在测量长度时， 规定的环境标准温度为20℃， 但是在实际测量时被测零件和测量器具的温度对标准温度均会产生或大或小的偏差， 而被测零件和测量器具的材料不同时它们的线胀系数是不同的， 这将产生一定的测量误差。因此， 测量时应根据测量精度的要求， 合理控制环境温度， 以减小温度对测量精度的影响。 （4） 人员误差 人员误差是指测量人员人为的差错， 它会产生测量误差。例如， 测量人员使用测量器具不正确、测量瞄准不准确、读数或估读错误等， 都会产生测量误差。 测量误差的分类1. 系统误差 1） 定值系统误差。它是指在一定测量条件下多次测取同一量值时， 其绝对值和符号均保持不变的测量误差。如调整仪器所用的量块误差， 对各次测量结果的影响是相同的。这种误差可用修正法从测量结果中消除。 2） 变值系统误差。测量过程中误差的绝对值大小和符号按某一确定规律变化。例如， 指示表的表盘安装偏心所引起的示值误差是按正弦规律周期变化的，测量中可用抵消法消除。 2. 随机误差 随机误差是指在一定测量条件下， 多次测取同一量值时， 绝对值和符号以不可预计的方式变化着的测量误差。随机误差主要是由测量过程中一些偶然性因素或不确定因素引起的。随机误差是由许多暂时未被掌握的规律， 或一时不便于控制的因素所造成的。但若进行多次重复测量时， 误差服从统计规律， 因此常用概率论和统计原理对它进行处理。在实际测量当中， 为了减小随机误差， 可以对同一个量多测量几次， 取其算术平均值作为测量结果。 3. 粗大误差 粗大误差是指超出在一定测量条件下预计的测量误差， 即对测量结果产生明显歪曲的测量误差。含有粗大误差的测得值称为异常值。 粗大误差的产生有主观和客观两方面的原因， 主观原因如测量人员疏忽造成的读数误差， 客观原因如外界突然振动引起的测量误差。由于粗大误差明显歪曲测量结果， 因此在处理测量数据时， 应根据判别粗大误差的准则设法将其剔除。 应当指出， 系统误差和随机误差的划分并不是绝对的， 它们在一定条件下是可以互相转化的。在测量中必须严肃认真、仔细操作、精心观察， 并在一系列的测量数据中， 将粗大误差剔除。误差分析时， 主要分析系统误差和随机误差。 随机误差不可能被修正或消除， 但可应用概率论与数理统计的方法估计出随机误差的大小和规律， 并设法减小其影响。 粗大误差的数值相当大， 在测量中应尽可能避免。如果粗大误差已经产生，则应根据判断粗大误差的准则予以剔除， 通常用拉依达准则（又称3σ 准则）来判断。 2.公差为了保证零件的互换性， 要用公差来控制误差。设计时要按标准规定公差，而加工时不可避免会产生误差， 因此， 要使零件具有互换性， 就应把完工的零件误差控制在规定的公差范围内。在满足功能要求的前提下， 公差值应尽量规定得大一些， 以便获得最佳的经济效益。 所以， 误差是加工过程中产生的， 公差是设计者给定的。当零件的误差在公差范围内， 它就是合格件； 当零件的误差超出了公差范围， 它就是不合格件。 3.有效数字及处理原则对测量结果的数字位数的取法是测量过程中经常遇到的问题。测量结果的有效位数不宜过多， 过多易使人误认为测量精度高； 也不宜过少， 太少易使精度受损失。为此要正确确定测量结果的有效数字位数。有效数字位数是根据测量误差的大小而定。 例如用分度值为1mm 的钢直尺测量一个物体的长度为123. 4mm， 其中123mm 是从钢直尺上直接读出来的， 是精确的； 而0. 4mm 是用眼睛估计出来的， 是不可靠的或存疑的。实测数据都应该这样表达出来， 即最后一个数字是存疑数字， 误差就发生在这位数字上。 当有效数字位数确定后， 最后一位有效数字的确定原则如下： 1） 末位有效数字后的第一位有效数字大于5， 则末位有效数字加1， 小于5舍去不计。 2） 末位有效数字后的第一位数字等于5 时， 则将末位有效数字凑成偶数（当末位有效数字为奇数时加1；末位有效数字为偶数时不变）。 例如， 若有效数字保留到小数点后第三位， 其有效数字如下： 3. 14159———有效数字3. 142 3） 在加减法运算中， 保留小数点后的位数应取各数中小数点后位数最少的， 例如： 60. 43 +12. 317 +5. 022 -77. 769≈77. 77 4） 在乘除运算中， 取有效位数最少的， 如： 2352 ×0. 211 =496. 272≈496 0. 0222 ×34. 5 ×2. 01 =1. 539459≈1. 54。 5） 在对数运算中， 对数的位数应与真数有效数字的位数相等。 6） 在乘方运算中， 乘方值的有效数字位数应与底数的有效数字位数相同。 7） 在开方运算中， 有效数字位数应与被开方数的有效数字位数相同。 8） 对某些数学常数如π、2等参与运算时， 按以上方法确定其有效数字位数。但为保证最终运算结果的精度， 对这些常数可适当多选1 ～2 位。 9） 对测量极限误差、标准偏差等表示测量精度的数值， 只取一位或两位有效数字， 且末位数应与它所对应的测量结果的末位数一致。例如， 34. 0234 ±0. 00021 应写成34. 0234 ±0. 0002。 |
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