公差配合与技术测量技术教案.docx

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公差配合与技术测量技术教案

《公差配合与技术测量技术》教案

课程性质和任务

性质：

是机械类各专业的一门专业基础课。

任务：

是使学生获得技术工所必须具备的公差和技术测量方面的基础知识与一定的实际工作技能，为专业工种应用公差标准和掌握检测技术打下基础。

课程教学目标

1．掌握公差配合、形位公差和表面粗糙度的标准及应用即看懂并学会有关公差与配合内容在图纸上的标注方法和查阅有关表格。

2．了解有关测量的基本知识，理解常用量具的读数原理，掌握常用量具的使用方法。

绪论

课时：

2课时

教学目的和要求：

本模块作为本课程的开篇,通过对互换性的讲解,引出了全课程的内容,因此教学中要充分利用趣味性来引导学生对本课程特点的理解,提高学生的学习积极性.为此提出如下要求：

1.了解互换性的含义；

2.懂得学习《公差配合与技术测量基础》的重要性。

教学重点及难点：

（１）掌握互换性的概念及其在机械制造业中的应用。

（２）掌握加工误差与公差之间的关系。

（３）理解标准化与计量、优先数的概念。

教学内容:

一、互换性的概述

1、互换性的含义

在机械工业中,互换性是指制成的同一规格的一批零件或部件,不需作任何挑选,调整或辅助加工（如钳工修配）,就能进行装配,并能满足机械产品的使用性能要求的一种特性。

例：

同型号的轴承、光管、螺钉等等。

互换性内容：

几何参数，力学性能，物理化学性能等方面。

2、作用

有利于组织专业化协作。

有利于用现代化工艺装配。

有利于采用流水线和自动线生产方式。

提高生产效率，降低成本，延长机器使用寿命。

3、分类

①完全互换性：

若零件在装配或更换时，不作任何选择，不需调整或修配，就能满足预定的使用要求，则成为完全互换性（当不限定互换范围时，称为完全互换法，也叫绝对互换法）。

②不完全互换性：

由于某种特殊原因只允许零件在一定范围内互换时，称为不完全互换法。

4、互换性条件

一批相同规格的零件具有互换性的条件为：

实际尺寸在允许的范围内；形状误差在允许的范围内；位置误差在允许的范围内；表面粗糙度达到规定的要求。

二、几何量的误差

1、几何误差：

零件在加工过程中由于某种因素的影响，而造成的误差称为几何误差。

2、公差：

几何误差及其控制范围，称为公差。

3、国家标准

尺寸的大小—公差与配合

形位公差：

宏观几何形状——形状公差

相互位置关系——位置公差

微观几何形状——表面粗糙

螺纹尺寸的大小——螺纹公差

公差标准和标准化

定义：

对零件的公差和相互配合所制定的标准称为公差标准

几何量的测量

对零件的测量是保证互换性生产的一个重要手段。

小结：

掌握互换性的概念及其意义、互换性的条件。

了解公差与配合标准与技术测量发展概况，了解优先数和优先数系,明确本课程的性质和特点。

作业：

P31.2.3.4.5.6题

第一章光滑圆柱结合的公差与配合

教学目的和要求：

本模块教学的根本目的在于使学生能看懂图纸上标注的公差配合要求，学会有关表格的查阅.

为此提出如下要求：

1．熟悉基本术语和定义，掌握有关尺寸偏差、尺寸公差的概念及其与极限尺寸的关系、配合的概念及其配合的种类、盈隙量的计算；

2.掌握尺寸公差带的组成要素（标准公差、其本偏差）和正确应用；

3.掌握极限与配合标准的基本规定；

4.学会公差配合在图纸上的标注方法和会查阅有关表格。

§1-1基本术语及定义

课时：

2课时

教学目的和要求：

掌握有关尺寸、公差的术语及定义，学会有关尺寸及偏差计算，能绘制尺寸公差带图。

教学重点及难点：

尺寸、公差、偏差概念，尺寸公差带图的作法

教学内容:

一、孔和轴

①孔——指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面（由二平行平面或切面形成的包容面）

②轴——指工件的圆柱形外表面，也包括非圆柱形外表面（由二平行面或切面形成的被包容面）

二、尺寸的术语和定义

1、尺寸

①定义用特定单位表示长度值的数字称为尺寸。

②内容尺寸指的是长度的值，由数字和特定单位两部分组成包括长度，宽度和中心距等。

2、基本尺寸（D,d）

①定义：

标准规定，设计时给定的尺寸称为基本尺寸。

孔的基本尺寸用“D”表示，轴的基本尺寸用“d”表示，后同。

②标准尺寸：

标准化了的尺寸称为标准尺寸。

适用于有互换性或系列化要求的主要尺寸。

图1-1车床主轴箱中间轴装配图和零件图

图1-1车床主轴箱中间轴装配图和零件图

a）装配图b）中间轴零件图c）齿轮衬套零件图

作用：

减少定值刀具，量具，型材和零件尺寸的规格,（图1-1）

3、实际尺寸（Da,da）

定义通过测量获得的尺寸。

由于存在测量误差，实际尺寸并非尺寸的真值。

图1-2实际尺寸

实际尺寸包括零件毛坯的实际尺寸，零件加工过程中工序间的实际尺寸和零件制成后的实际尺寸。

4、极限尺寸

①定义允许尺寸变化的两个界限值，统称为极限尺寸。

最大极限尺寸：

一个孔或轴允许的最大尺寸称为最大极限尺寸（Dmax,dmax）。

最小极限尺寸：

一个孔或轴允许的最小尺寸称为最小极限尺寸（Dmin,dmin）。

根据课本P7图1-3讲解

a）b）

图1-3所示：

D=φ30mmd=φ30mm

Dmax=φ30.021mmdmax=φ29.993mm

Dmin=φ30mmdmin=φ29.980mm

分析：

①基本尺寸和极限尺寸是设计时给定的。

②基本尺寸可以在极限尺寸确定的范围内，也可以在极限尺寸所确定的范围外。

即基本尺寸大于，等于，小于极限尺寸。

③尺寸合格条件

最小极限尺寸≤实际尺寸≤最大极限尺寸；

孔：

Dmin≤Da≤Dmax

轴:

dmin≤da≤dmax

作业P321、2、3、4题

[教学回顾]

1、尺寸、基本尺寸、实际尺寸、极限尺寸的定义及符号。

2、基本尺寸、实际尺寸、极限尺寸的关系。

[课题引入]

从基本尺寸、实际尺寸、极限尺寸的关系我们可以看出，当用极限尺寸减基本尺寸或者用实际尺寸减基本尺寸时，两者之间会等到一个差值，这个值我们把它叫做偏差值。

这就是我们这节课要讲述的内容：

[讲授新课]

三、公差与偏差的术语及定义

尺寸偏差（简称偏差）

定义：

尺寸偏差是指某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差。

注：

由于尺寸有极限尺寸，实际尺寸之分，因此偏差可分为极限偏差和实际偏差。

⑴极限偏差

定义极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为极限偏差。

由于极限尺寸有最大极限尺寸和最小极限尺寸之分，极限偏差又可分为上偏差和下偏差（图1-4）。

①上偏差：

最大极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差，（ES,es），ES=Dmax－D

es=dmax－d（1-1a）

下偏差：

最小极限尺寸减其基本尺寸所得的代数差。

（EI,ei）。

EI=Dmin－D

ei=dmin－d（1-1b）

强调：

①偏差可以为正值、负值、零值。

②计算时应注意偏差的正，负符号，应一起代到计算式中运算

③偏差的五种类型：

a、上正下正；b、上负下负；c、上正下负；

d、上正下零；e、上零下负。

（2）实际偏差（Ea,ea）

定义：

实际尺寸减其基本尺寸所得的代数差称为实际偏差。

公式：

孔：

Ea=Da－D轴：

ea=da－d

零件合格条件：

孔：

EI≤Ea≤ES轴：

ei≤ea≤es

因此，合格零件的实际偏差应在上，下偏差之间。

（3）尺寸偏差计算举例

例1-1：

已知某孔基本尺寸为φ50mm，最大极限为φ50.048mm，最小极限尺寸为φ50.009mm（图1-5），试求上偏差、下偏差各为多少？

解：

ES=Dmax－D=50.048－50=＋0.048mm

EI=Dmin－D=50.009－50=+0.009mm

例1-2设计一轴，其直径的基本尺寸为φ60mm，最大极限尺寸为φ60.018mm，最小极限尺寸为φ59.988mm（图1-6），求轴的上偏差、下偏差。

解：

es=dmax－d=60.018－60=＋0.018mm

ei=dmin－d=59.988－60=-0.012mm

零线与尺寸公差带图

为了清晰地表达上述各量及相互关系，一般采用极限与配合公差带图，在图中将公差和极限偏差部分放大，如图1-9所示

公差带图解定义：

不必画出孔与轴的全形，只要扫着标准的规定将有关的部分放大画出来的图示方法称为尺寸公差带图解（图1-10所示）。

图1-9极限与配合示意图1-10公差带图解

（1）零线

①定义：

表示基本尺寸的一条直线称为零线。

（或在公差带图中，确一偏差的一条基准线称为零线）。

②零线画法

a:

通常将零线沿水平方向绘制，在其左端画出表示偏差大于的纵坐标轴并标上“0”和“+”“－”号，在其左下方画上单向箭头的尺寸线，并标上基本尺寸值。

b:

正偏差位与零线上方，负偏差位于零线下方，零偏差于零线重合。

（2）公差带

公差带定义：

在公差带图中，由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域称为尺寸公差带，简称公差带。

①一般在同一图中，孔和轴的公差带的剖面线的方向应该相反，且疏密程度不同。

②公差带包括了公差带大小与公差带位置两要素，大小由标准公差确定，位置由基本偏差确定。

③标准公差

标准极限与配合制中，所规定的任一公差。

见表1—3。

④基本偏差

在标准极限与配合制中，确定公差带相对零线位置的那个极限偏差。

标准规定：

一般以靠近零线的那个偏差作为基本偏差。

四、配合的术语及定义

1、配合

基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为轴合。

2、间隙与过盈

（1）间隙（X）

孔尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差，当此值为正值时称为间隙。

间隙数值应标“+”号。

（2）过盈（Y）

孔的尺寸减去轴的尺寸所得的代数差，当此值为负值时称为过盈。

过盈数值前面应标上“－”号

3、配合的类型

（1）间隙配合:

具有间隙（包括最小间隙等于零）的配合称为间隙配合。

孔的公差带在轴的公差带之上。

（2）过盈配合

具有过盈（包括最小过盈等于零）的配合称为过盈配合。

过盈配合时孔的公差带在轴的公差带之下。

（3）过渡配合

可能具有臆隙或过盈的配合称为过渡配合。

当孔的尺寸大于轴的尺寸时，具有间隙；小于轴的尺寸时，具有过盈。

过渡配合时孔的公差带和轴的公差带相互交叠。

（4）配合公差（Tf）

定义允许间隙或过盈的变动量称为配合公差

间隙配合公差等于最大间隙与最小间隙之代数差的绝对值。

Tf＝Xmax－Xmin＝Th＋Ts

过盈配合公差等于最小过盈与最大过盈三代数差的绝对值.

Tf＝Ymin－Ymax＝Th＋Ts

过渡配合公差等于最大间隙与最大过盈之代数差的绝对值。

小结：

熟练掌握孔和轴；有关尺寸的术语定义；有关尺寸偏差、公差的术语定义；有关配合的术语定义；熟练计算极限尺寸、极限偏差、尺寸公差、基本偏差。

作业：

P325、7、8、9、11题

1-2极限与配合标准的基本规定

课时：

2课时

教学目的和要求：

一、标准公差系列

1、标准公差?

2、公差等级

二、基本偏差代号

1、定义?

2代号?

3基本偏差表

三、公差及配合代号

1、孔、轴公差带代号

2、配合公差代号

教学重点及难点：

了解标准公差系列、基本偏差系列及新标准，学会查表并计算极限偏差值。

教学内容:

一、标准公差

标准公差：

《极限与配合》标准已对公差值进行标准化，标准中所规定的任一公差称为标准公差。

标准公差的数值与两个因素有关：

标准公差等级和基本尺寸分段。

见表1-1

1、标准公差等级

（1）定义：

确定尺寸精确程度的等级称为公差等级。

（2）国标规定了标准公差20级。

各级代号由字母IT与阿拉伯数据字两部公组成。

IT——标准公差，阿拉伯数字——公差等级。

（3）标准规定：

同一公差等级对所有基本尺寸的一组公差被认为具有同等精确程度。

（4）等级系列为：

IT01，IT0，IT1……IT18，其中IT01最高，IT18精确度最低。

（5）标准公差的数值，一是公差等级有关，二与基本尺寸有关。

（6）公差等级高，零件的精度高，使用性能提高，但加工难度大，生产成本高；公差等级低，零件的精度低，使用性能降低，但加工难度减小，生产成本低。

因而要同时考虑零件的使用要求和加工的经济性能这两个因素，合理确定公差等级。

2、基本尺寸分段

（1）标准公差数值不仅与公差等级有关，还与基本尺寸有关。

（2）基本尺寸可分为主段落和中间段落。

（3）将至3150mm的基本尺寸分为21个主段落，将至500mm的常用尺寸段分为13个主段落。

（4）主段落用于标准公差中的基本尺寸分段，见表1-1。

中间段落用于基本偏差中的基本尺寸分段。

（5）同一公差等级的不同尺寸段，其标准公差值不相等，但其精确程度和加工难易程度应理解为相同。

反之，其公差值相等时，其加工程度不一定相同。

（6）考虑到基本尺寸的因素，不能以公差值的大小来判断零件精度的高低，而应以公差等级作为判断的依据。

二、基本偏差

1、基本偏差及其代号

定义：

用以确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差称为基本偏差。

基本偏差的代号用拉丁字母表示，大写代表孔的基本偏差，小写代表轴的基本偏差。

除去易于其它代号混的I,L,O,Q,W（I,l,o,q,w）5个字母外，再加上用CD,EF,FG,ZA,ZB,ZC,JS（cd,ef,fg,za,zb,zc,js）两个字母表示的7个代号，共有28个代号，即孔和轴各有28个基本偏差

2、基本偏差系列图及特征

从基本偏差系列图可以看出：

（1）孔与轴同字母的基本偏差基本相对零线呈对称分布。

轴：

a至h基本偏差为上偏差es，h的上偏差为零，其余均为负值，绝对值依次逐渐减小；j至zc基本偏差为下偏差ei，除j和k的部分外都为正值，其绝对值依次逐渐增大。

孔：

A至H基本偏差为下偏差Ei，J至ZC为上偏差ES。

（2）代号JS和js，在各公差等级中完全对称。

（3）代号K，k，N它们随公差等级不同而有两种基本偏差数据值；M有三种不同的情况（正值、负值、或零值）

（4）基本偏差系列图中，公差带的另一端取决于公差等级和这位基本偏差的组合。

三、公差带

1、公差带代号

孔、轴公差带代号用基本偏差代号与公差等级代号组成。

例如：

孔公差带代号

Φ40H6

公差等级数字（公差带大小要素）

孔基本偏差代号（公差带位置要素）

基本尺寸值（Φ表示直径）

轴公差带代号

Φ450za6

公差等级数字（公差带大小要素）

轴基本偏差代号（公差带位置要素）

2、公差带在图样上的标注

国标规定公差带在图样有三种标注方法：

Ⅰ：

Φ450H6

Ⅱ：

Φ450

Ⅲ：

Φ450H6（

）

3、公差带的系列

①孔公差带543种，轴公差带544种。

②国标规定了优先，常用和一般用途的轴公差带119种，孔的优先，常用和一般用途公差带105种（图1-22~1-23）

③轴常用的公差带59种，孔常用的公差带44种；孔、轴各有13种优先公差带。

四、孔、轴的基本偏差数值

1、基本偏差的数值

通用规则：

轴的基本偏差数值是直接利用公式计算而得。

孔的基本偏差数值一般情况下可以按公式直接计算而得，称为通用规则。

特殊规则：

有些代号孔的基本偏差数值在某些尺寸段和标准公差等级时，必须在公式计算的结果上附加一个△值，此称为特殊规则。

2、另一极限偏差数值的确定

对于孔：

EI=ES－IT，ES=EI+IT（1-16a）

对于轴：

ei=es－IT，es=ei+IT（1-16b）

例1已知Φ8e7，查标准公差和基本偏差并计算另一极限偏差。

解：

查表得：

es=-25um=-0.025mm

查表1-1得：

IT7=15um=0.015mm

ei=es-IT7=-0.025-0.015=-0.040mm

例2已知Φ10m6，查标准公差和基本偏差并计算另一极限偏差。

解：

查表1-1得:

IT6=0.009mm

查表得：

ei=+6um=+0.006mm

es=ei+IT=0.006+0.009=+0.015mm

3、极限偏差表

1、孔、轴的极限偏差表

轴的极限偏差表（附表一），用来查轴的极限偏差；另一个是孔的极限偏差表（附表二），用来查孔的极限偏差。

2、查表的步骤和方法

⑴根据基本偏差的代号是大写还是小写，确定是查孔还是轴的极限偏差表。

⑵在极限偏差中首先找到基本偏差代号，再从基本偏差代号下找到公差等级数字所在的列。

⑶找到基本尺寸段所在的行，则横和列的相交处，就是所要查的极限偏差数值。

3、举例

例1、查表确定20c12的极限偏差表

解：

查表1-1得：

IT12=210um=0.21mm

查表得：

es=-110um=-0.11mm

故ei=es-IT=-0.11-0.21=-0.32mm

例2、55H1的极限偏差

解：

查表1-1得：

IT1=2um=0.002mm

查表得：

EI=0mm

故ES=EI+IT1=0.002+0=+0.002mm

例3、查表确定100M8的极限偏差

解：

查表1-1得：

IT8=54um=0.054mm

五、配合

1、配合制

定义：

配合制是指同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度。

种类：

基孔制和基轴制。

（1）基孔制配合

定义：

基本偏差为一定的孔的公差带与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度称为基孔制。

基准孔——基孔制配合中选作基准的孔称为基准孔，基本偏差为下偏差，其数值为零，代号为“H”，上偏差为正值，即其公差带在零线上侧，且上偏差用两条虚线段画出，以表示其公差带的变动范围。

根据图1-24分析：

①当轴的基本偏差为上偏差且≤0时，为间隙配合。

②当轴的基本偏差为下偏差>0时：

孔与轴的公差带相交叠，为过渡配合；

孔与轴的公差带错开时，为过盈配合。

③轴的另一极限偏用一条虚线画出。

（2）基轴制配合

定义：

基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度，称为基轴制。

基准轴——基轴制配合中选作基准的轴称为基准轴。

基本偏差为上偏差，其数值为零，下偏差为负值，即基准轴的公差带在零线的下侧，且下偏差用两条虚线段画出。

根据图1-25分析：

①当轴的基本偏差为下偏差时，为间隙配合。

②当孔的基本偏差为上偏差<0时：

孔与轴的公差带交叠，过渡配合；

孔与轴的公差错开时，过盈配合。

（3）混合配合

国标规定如有特殊需要允许将任一孔，轴的公差带组成配合，如G8/n7,F7/m6等。

2、配合代号

国标对配合的代号规定为：

用孔、轴公差带代号的组成表示，写成分数形式，分子表示孔的公差带代号，，分母表示轴的公差带代号。

例如：

Φ50F8/h6,G6/H6,10H7/n6等等。

3、常用和优先配合

≤500mm范围内，对基孔制规定了59种常用的配合和13种优先的配合；对基轴制规定了47种常用的配合和13种优先的配合。

根据课本教材表1—3和表1—4分析

①基孔制就是基准孔H与所有轴组成配合的一种制度；基轴制就是基准轴h与所有孔组成配合的一种制度。

Ⅰ、在配合代号中，凡分子为H的，配合的基准制为基孔制。

Ⅱ、在配合代号中，凡分母为h的，配合的基准制为基轴制。

②配合性质的区分

基孔制配合性质的区分：

Ⅰ、H与a~h组成的配合皆是间隙配合。

Ⅱ、H与j、js、k、m的配合皆是过渡配合。

Ⅲ、H与r~zc的配合皆是过盈配合。

Ⅳ、H与n、p的配合性质需据具体情况确定。

基轴制配合性质的区分：

Ⅰ、h与A~H组成的配合皆是间隙配合。

Ⅱ、h与J、JS、K、M的配合皆是过渡配合。

Ⅲ、h与P~ZC的配合皆是过盈配合。

Ⅳ、h与N的配合性质需据具体情况确定。

六、一般公差——线性尺寸的未注公差

1、线性尺寸的一般公差的概念在图样上不单独注出公差，而是在图样上，技术文件或技术标准中作出总的说明。

GB/804—79规定未注公差的公差等级为IT12至IT18，基本偏差一般孔用H；轴用h；长度用+IT/2（即JS或js）。

2、线性尺寸的一般公差标准

⑴适用范围

线性尺寸的一般公差标准既适用于金属切削加工的尺寸，也适用于一般冲压加工的尺寸，非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸也可参照采用。

GB/1804-1992规定的极限偏差适用于非配合尺寸。

⑵公差等级与数值

有四个等级：

f（精密级）,m（中等级）,c（粗糙级）,v（最粗级）。

七、温度条件

1、基准温度20℃。

2、要求：

⑴测量检验的结果都应以工件和测量器具的温度在20℃时为准。

⑵对一般尺寸精度不高的零件的测量检验，可不考虑温度的影响。

小结：

掌握标准公差的制订原则，理解轴的基本偏差的制定和孔的基本偏差换算规则。

理解一般、常用和优先使用的公差带与配合的标准化。

新国标规定一般、常用和优先使用的公差带与配合意义，为选择公差带与配合作必要的准备。

作业：

P3215、16、19题

ξ1-3公差带与配合的选用

课时：

2课时

教学目的和要求：

一、配合制的选择

二、公差等级的选用

三、配合种类的选择

四、配合精度设计实例

教学重点及难点：

了解标准公差系列、基本偏差系列及新标准，学会查表并计算极限偏差值。

教学内容:

公差带与配合的选择就是配合制、公差等级和配合种类的选择。

一、配合制的选用

1、一般情况下，应优先选用基孔制。

⑴目的：

可大大减少定尺寸刀具和量具的品种规格，有利于刀具和量具的生产及储备，从而降低生产成本。

⑵只有在具有明显的经济效果的情况下，才采用基轴制。

如用冷拔钢作轴，不必对轴加工，或在同一基本尺寸的周上装配几个不同配合的零件（图1-26）。

图1-26混合配合应用示例

2、与标准件配合时，配合制的选择通常依标准件而定。

例如：

滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，而滚动轴承外圈与孔的配合采用基轴制。

3、为了满足配合的特殊要求，允许采用混合配合。

即：

在一般情况下优先采用基孔制，其次采用基轴制，如有特殊需要，允许采用混合配合（图1-27）。

图1-27混合配合应用示例

二、公差等级的选用

1、选用公差等级的原则是：

以满足使用要求的前提下，尽可能选用较低的公差等级，以便很好地解决机器零件的使用要求与制造工艺及成本之间的矛盾。

2、表1-12公差等级的主要应用实例。

IT3~IT5（孔为IT6）：

配合公差很小，对加工要求很高，应用较少。

IT6（孔为IT7）：

配合公差较小，一般精密加工能够实现，在精密机械中应用广泛。

3、表1-13各种加工方法与公差等级的关系（要求学生熟记）.

三、配合的选用

1、方法：

计算法、类比法和试验法。

2、选用步骤

⑴首先根据使用要求，确定配合的类别，即确定是间隙，过盈，还是过渡配合。

⑵确定类别后，再进一步类比确定选用哪一种配合。

⑶工作条件是选择配合的重要依据，当待选部位与典型实例在工件上有所不同时，应对配合的松紧作适当的调整，最后确定选用哪种配合。

小结：

掌握基准制的选用、公差等级的选用和配合的选用的原则、方法。

熟练掌握基孔制与基轴制的选用、公差等级的选用及配合选用的方法。

当给定配合的间隙或过盈范围，要求能熟练地确定孔、轴公差带与配合代号。

作业：

P3323、24、25题

第二章技术测量的基本知识及常用计量器具

教学目的和要求：

让学生了解常用量具的