培训教材-表面粗糙度计量(doc 54页)

1、第一章 表面粗糙度的基本概念表面粗糙度所描述的是一种形状其复杂的三维空间曲面,它对机械和仪器的性能有重要的作用,特别是对高速、高压和重载荷条件下工作的机器和高精度运动的部件作用更大。对机械零件必须进行粗糙度测量。第一节 零件表面的几何形状误差人们通常把表面几何形状的偏差分解成为粗糙度(微观的)、波纹度(中间的)和形状误差(宏观的),分别进行评定与控制。图1-1-1为某一截面轮廓上几类几何状偏差及其又叠加在一起的示例。如图1-1-1所示,若单纯从几何形状去分析,其曲折不平的高度有时没有很大差别,主要区别在于不平度的间距不一样。各种大小不同的制作以及加工方法的差异,使三类几何形状偏差的间距值的变化

2、范围很宽,例如有的大型零件的表面波纹度和粗糙度的间距可能比小零件本身的长度还要大,因此难以提出确切的、统一的分 界值。所以要把综合为一体的表面几 图1-1-1 各类几何形状何形状偏差分成三类,是由于它们各自形成的原因以及对零件使用 偏差的示意图效用的影响都各有特点,因此从这个意义上把三者区别开来才具有实际作用,但这不能定量地用一个(间距)数值简单地将其分类。一、微观形状误差(表面粗糙度)表面粗糙度是由加工方法固有的内在作用所产生,是制件加工过程中由实际加工介质切削刀、磨料、喷等在完工表面上留下的微观不平度。例如,切削过程中的残留面积、切屑分裂时材料的 性变形、刀具对制作表面的磨擦造成的灼伤和刀

3、瘤等因素,在加工后表面上形成各种形式不平的微细加工痕迹。采用不同的工艺方法和条件便组成特定的表面微观几何结构。表面粗糙度以往曾称作表面光洁度,但这个名称有时容易和表面光泽反射能力等其他表面特性相混淆,因而目前国内外已普遍采用表面粗糙度这一名称。)。二、中间形状误差(表面波纹度)一般称为表面度,简称波度。它具有较明显的周期性的波距(见图4-1-1c中的)和波高,只是在高速切削(主要是磨削)条件下才有时呈现,是由加工系统(机床一工件一刀具)中的振动所造成的,常见于滚动轴承的套圈等零件。三、宏观形状误差简称形状误差。它产生的原因是加工机床和工夹具本身有形状和位置误差,还有加工中的力变形和热变形以及较

4、大的振动等。零件上的直线不直,平面不平,圆截面不圆,都属此类误差。 相互位置误差与宏观形状误差无论产生的原因还是对零件及机器的影响,都有许多相近之处,故合称为。形位误差。其精确度的国家标准,也是同一标准,即“形状和位置公差”。形位误差影响零件的配合性质和密封性,加剧磨损,降低连接强度和接触刚度,直接影响整机的工作精确度和寿命。 三种类型的表面几何形状偏差的一般数值范围,列于表1-1-1供参考,由表可见它们是相互交错重叠的,不可能用单一的数值将其区分开。表1-1-1 三类几何形状偏差的不平度间距和高度的一般范围表面几何形状偏差的类型代号不平度间距S不平度高度形状误差几毫米至几十米0.02至几毫米

5、表面波纹度0.5300mm0.1500表面粗糙度零点几微米至几毫米0.01至几百微米第二节 表面粗糙度的评定基准和参数我国的表面粗糙度国家标准规定的最基本的粗糙度参数有三个,附加参数有三个,都是在1983年颁布,并于1985年开始实施的。其中与测量最密切相关的是GBl031-83表面粗糙度参数及其数值,它取代了旧的国家标准,内容与国际标准ISO 468-82基本上相同。另外两个国家标准主要是规定许多术语定义和介绍代号,以及图纸标注方法。1995年制订了国家标准GBJ 1031-95代替了GBl031-83。下面仅就与测量有关的主要内容进行介绍。 一、评定基准表面粗糙度误差的随机性很强,一般是用

6、规定的评定参数来评定和控制。规定的评定参数要先确定评定基准。 图1-2-1 轮廓的二乘中线（一）中线制(制)中线制是以中线为基准线评定轮廓的计算制。中线有两种给出方式：1轮廓的最小二乘中线(简称中线) 具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线,在取样长度内使轮廓上各点的轮廓偏距的平方和为最小。参见图1-2-2。中线的形状应该与被测表面的几何轮廓形状一致,如直线、圆弧线、渐开线等。按照最小二乘法原理所求得的中线的方向和位置都是唯一的,只是在轮廓曲线记录图上计算求解中线的工作量较大。2轮廓的算术平均中线具有几何轮廓形状并在取样长度内与轮廓走向一致的基准线,在取样长度内由该线划分轮廓使上下两边的面积相等。

7、参见图1-2-2。 用算术平均法给出的这条上下 图1-2-2轮廓的算术平均中线两边面积相等的中心线不是唯一的。对明显的周期轮廓,中线走向比较确定,易于取得和最小二乘中线相近的结果。当轮廓曲线形状不规则和轮廓走向不清晰时,能绘出一簇不同的两边面积相等的中心线,其中只有一条与最小二乘中线相重合。规定算术平均中线是为了便于用图解法近似地确定最小二乘中线的位置。在实用中,若处理得当,对评定参数结果的影响很小。(二)包络线制(E制)用一个已定半径的球在被测表面上滚动,把这个滚球球心的运动轨迹向被测轮廓移动一个半径,便组成这条截面轮廓曲线的包络线,参见图1-2-3。以包络线为基准线,测量出包络线到实际轮廓

8、上各点的距离,计算得到各种参数,用这种方式来说事实上表面粗糙度称作包络线制。由于至今仍没有按包络线制实现直接测量的仪器,故包络线制长期未得到公认和应用。据分析,对于常用机加工方式所产生的表面,在限定条件下(主要是取样长度和滚球圆心半 径),用中线制或包络线制所测得的最大峰高只有很小的差 图1-2-3 包络线异。目前,绝大多数国家(包括我国)都是采用中线制评定表面粗糙度。(三)确定中线的方法按中线制计测表面粗糙度参数时,中线的确定可以归纳为两类情况：一类是在记录的轮廓图形上绘制中线；另一类是由测量中仪器的模拟电路或软件确定中线,并直接给出表面糊糙度参数。1在轮廓图上绘制中线如果所记录的轮廓图是未

9、经电气滤波的原始轮廓图形,则必须按规定在取样长度的范围内绘制中线；如果轮廓图是经过高通滤波器所获得的,是已经滤了波的粗糙度轮廓图形,则可在评定长度内确定中线。绘制的方法有两种：(1)目测方向法：对于测定,和参数,由于计算数值时并不需要预先确定中线相对于轮廓曲线的纵坐标位置,因而在选定的图形长度范围内只要目测中线的方向,使其平行于这一段轮廓的走向,以此作为横坐标轴,即可求得各参数值。(2)均分法：对于某些需要确定中线的位置才能进一步计算数值的参数,则需采取把连续轮廓离散化的形式进行计算。如图1-2-4所示,在选定的记录图形长度内,按下式确定点和的坐标： 式中：轮廓图中离散采样间隔的点数； 离散采

10、样间隔,； 轮廓图的水平放大率； 轮廓图中各离散采样点的纵坐标值。连接点和并延长获得的一条直线即为中线。2在测量仪器中确定中线对于 用电子模拟滤波器的表面粗糙度测量 仪,中线是由仪器中的RC滤波电路直接给出。 在带微机的测量仪器中,被测轮廓已由连续的轮廓信号转换为离散的数字信息。从而可按最小二乘原理,编制相应的程序来确定中线,参图1-2-4,即： 图 1-2-4 均分法绘制中线式中,取样长度的中心。系数及角由下面两公式确定： 式中：离散采样点上的轮廓纵坐标值；纵坐标个数；在选定的长度范围内的采样点数；采样间隔。 二、取样长度和评定长度(一)取样长度在评定表面粗糙度时,如果选择的取样长度不同(见

11、图1-2-5中的,和),就会 得到不同的高度数值(,和)。因此 图1-2-5 几何滤波作用的示例以中线制评定表面粗糙度各种参数的定义,都明确是在取样长度内计算的结果。而且标准中规定：当提出表面粗糙度要求时,必须同时给出粗糙度参数值和测定时的取样长度值两项基本要求。这种用几何学的方法达到滤除波纹度的手段,称作几何滤波,其作用见图1-2-5。在触针式表面轮廓仪中则采用电气滤波的方式来实现,电滤波器的截止频率是由截止波长(亦称切除长度)导出,它与取样长度采用相同的数值。由于实际加丁表面的不平度轮廓形状千变万化,其波距和粗距都有较宽的范围,用某个单一的取样长度值作为所有加工表面的粗糙度和波纹度的界限是

12、不可能的。一般应参照制件表面的加工方式和粗糙度参数值的大小,选择符合标准系列的适宜的取样长度值。为了控制粗糙度测量结果中波纹度附加进去的成分不超过一定限度,取样长度不能太长,由此确定了它的上限。试验表明,对大多数试样来说,取样长度为波距的1/3时,所造成的波纹度被计人粗糙度的数值一般不大于波高值的10。所以在一般情况下可选定取样长度的上限(最大值)不大于1/3的波距。另一方面,又要保证在取样长度内求得的表面粗糙度数值,能充分反映表面粗糙度的特征,取样长度也不能太短。分析表明：对于较规则的表面轮廓,取样长度若包含五个以上的粗糙度间距,所求得的粗糙度数值将稳定在±2以内；再由滤波器的传输

13、特性来看,当截止波长至少大于五倍粗距时,引起的信号衰减才会小于2；对于参数来说,取样长度内至少应含有五个峰和谷。因此,要选定取样长度的下限(最小值)应不小于五倍粗距。国家标准GBT 103l一95中给出了国际上通用的取样长度系列值(即,和)。取样长度的数值应从这个系列中选取。在国家标准中还给出对应于和参数值范围所推荐的取样长度选用值,如表1-2-1和表1-2-2所示。如按表中选用推荐的取样长度值,则在图样上或技术文件中可以省略取样长度的标注。1-2-1 的取样长度和评定长度的选用值 (0.0080.02)>(0.020.1)>(0.12.0)>(2.010.0)>(10

14、.080.0)0.080.250.82.58.00.41.254.012.540.0表1-2-2 的取样长度评定长度选用值 (0.0250.10)>(0.100.5)>(0.5010.0)>(10.050.0)>(50320)0.080.250.82.58.00.41.254.012.540.0（二）评定长度在某表面的一个取样长度区段内测得的表面粗糙度参数值,可能和相邻的另一段取样长度内所测结果相近；而另一表面上相邻两段取样长度内的测量结果也许相差较大,这说明各种加工表面的粗糙度均匀性不一样。显然,如果表面粗糙度均匀性比较好,在一个取样长度内测量,便能获得可信赖的结果；

15、假若表面的均匀性较差,则必须在较长的包含几个取样长度段的范围内测量,然后取其平均值,才能代表这一表面的粗糙度特性。因此要选定一个合适的最小表面段长度评定长度,使能获得可信的测量结果,这可通过概率统计的方法进行分析。国家标准GBT1031-95推荐一般可选用五倍的取样长度,如表1-2-1和表1-2-2所示。 这和触针式轮廓仪的国家标准中规定的测量行程长度一致。通过对加工纹理比较规则和不规则的表面分析的结果,按取样长度分类,建议按 表1-2-3选取评定长度。表1-2-3 评定长度的选取范围 加工表面类型取样长度评定长度车、铣、刨等较规则表面精车、磨、精刨等加工表面研磨、精磨等不规则表面2.50.8

16、0.251326617对加工表面的粗糙度均匀性较好的表面,或者对粗糙度测量准确度要求不高时,评定长度可选用所列范围的较小值。对于粗糙度均匀性甚差的表面,或者当测量准确度要求较高时,评定长度可采用所列范围的较大值。当利用光学仪器测量或用轮廓图计算表面粗糙度参数值时,参照以上原则,通常可选取较小的评定长度。三、评定表面粗糙度的参数目前通用的定量评价表面粗糙度的参数,是在一个截面轮廓上用中线为基准线进行计算的。对于这一平面坐标的轮廓图形,可以量取纵坐标得到微观不平度的高度参数,由横坐标可以测得微观不平度的间距参数,以及反映轮廓形状特征的参数。由于加工表面轮廓形状十分复杂,在不同场合下使用的制件对表面

17、特征的控制要求具有多重性,同时还由于测量仪器的发展,特别是计算机的应用,使以往模拟电路难以处理的参数被重新考虑,因此可应用的表征参数和统计函数的数量显著地增加了。(一)有关的基本术语为了阐述各种粗糙度评定参数,将有关的基本术语列于表1-2-4。表1-2-4 表面粗糙度评定的基本术语序号术 语表征符号定 义示 意 图1取样长度用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度,规定和选择这段长度是为了限制和减弱表面波度对表面粗糙度测量结果的影响,取样长度在轮廓总的走向上量取。 2评定长度或为可靠地确定表面粗糙度特性所必须的一段长度,在这个长度上确定该表面轮廓的粗糙度数值,评定长度可包含一个或几个取样长度

18、。3轮廓偏距在测量方向上,轮廓上的点至基准线(中线)之间的距离,轮廓偏距应在测量轮廓方向上量取,如示意图所示,对实际轮廓来说,中线和评定长度内轮廓总的走向之间的夹角。是很小的,因此垂直于中线测得的轮廓偏距与垂直于轮廓总的走向所测得的轮廓偏距之差可忽略不计。故对实际表面来说,可认为轮廓偏距是垂直于中线的。4轮廓峰轮廓与中线相交,连接两相邻交点向外(从材料到周围介质)的轮廓部分。序号术 语表征符号定 义示 意 图5轮廓谷轮廓与中线相交,连接两相邻交点向内(从周围介质到材料)的轮廓部分。6轮廓微观不平度的间距含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度。7轮廓峰顶线在取样长度内平行于中线并通过轮廓最高点

19、的线。8轮廓谷底线在取样长度内平行于中线并通过轮廓最低点的线9轮廓的单谷两相邻轮廓最低点之间的轮廓部分。10轮廓的单谷两相邻轮廓最高点之间的轮廓部分。11轮廓的单峰间距两相邻单峰的最高点之间的距离投影在中线上的长度。12轮廓水平截距轮廓峰顶线和平行它并与轮廓相交的截线之间的距离,它可用微米或轮廓最大高度的百分数表示。 (二)各种参数的定义1与微观不平度高度特性有关的表面粗糙度参数微观不平度的高度参数一直是世界各国广泛应用的评定表面粗糙度的主要参数。常见的高度参数的定义列于表1-2-5。表1-2-5 微观不平度的高度参数序号术语表征符号定 义示 意 图1轮廓最大峰高在取样长度内从轮廓峰顶线至中线

20、的距离。见表1-1-5序号7图2轮廓最大谷深在取样长度内从轮廓谷底线至中线的距离。3轮廓最大峰高在取样长度内轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离评定长度内轮廓峰谷间的最大高度。见表1-1-5序号7图4微观不平度十点高度在取样长度内五个最大的轮廓高的平均值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和日本国标中定义为在取样长度内第三个最高的峰顶至第三个最深的谷底之间的距离。5微观不平度十点高度五个连续取样长度中的的平均值,在德国标准中用来等效于6轮廓算术平均偏差在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值 或近似为7轮廓均方根偏差在取样长度内轮廓偏距的均方根值或近似为2与微观不平度间距特性有关的表面粗糙度参数 微观不平

21、度的间距参数反映了表面加工纹路的细密度。在评定微观不平度高度数值的同时附加这种参数,便组成对表面轮廓的二维控制,能更好地反映表面的特性。有关间距参数的定义列于表1-2-6。表1-2-6 微观不平度的间距参数名 称表征符号定 义 和 图 示轮廓微观不平度的平均间距在取样长度内轮廓微观不平度间距的平均值轮廓的单峰平均间距在取样长度内轮廓的单峰间距的平均值轮廓峰的密度单位长度内的轮廓峰数,在取样长度内的计算式为轮廓的均匀方根波长乘以轮廓均方根偏差与轮廓均方根斜率之比 轮廓的平均波长乘以算术平均偏差与算术平均斜率之比 轮廓长度比轮廓展开长度与取样长度之比 注；1)是在评定长度内所计算的轮廓峰的个数。2

22、)和,是考虑了所有单峰和单谷的相对幅度和各自空间频率的间距尺度。计算式中的和的定义见表1-2-7序号1,2。 3与微观不平度形状特性有关的表面粗糙度参数 综合反映微观不平度轮廓形状参数的定义列于表1-2-7。 表1-2-7 微观不平度的轮廓形状参数序号名称及表征符号定 义示 意 图1轮廓的均方根斜率在取样长度内轮廓纵坐标变化率的均方根值或近似为2轮廓的算术平均斜率在取样长度内轮廓纵坐标变化率绝对值的算术平均值近似为3轮廓支承长度在取样长度内,一平行中线的线与轮廓相截所得到的各段截线长度之和4轮廓支承长度率轮廓支承长度与取样长度之比值是对应于各个水平截距而给出的5幅度分布是轮廓微观不平度高度的分

23、布函数。幅度分布曲线用下述方法得到：将轮廓在取样长度内分为等间距的个纵坐标。在轮廓峰顶线至谷底线的区域内,作若十条平行于中线的等间距线。两相邻平行线在轮廓线上截取的区域内可计得含有个纵坐标,以值对该组平行线的中间轮廓偏距值作坐标点,由各组平行线计取的坐标点连线即为幅度分布曲线6轮廓的偏斜度是幅度分布不对称性的量度。在取样长度内以个轮廓偏距三次方的平均值来确定,由下式给出第三节 表面粗糙度的测量方法和测量注意事项一、测量方法 表面粗糙度的测量方法有很多,主要的方法如表1-3-1所示。 表1-3-1 表面粗糙度的测量方法及可测范围测量方法可测量范围测量部位值相当旧国际“级”直接目测比较法触觉比较法

24、放大镜比较法显微镜比较法光切法(光切显微镜)光干涉法(干涉显微镜)针描法(轮廓仪)印模法全息干涉法激光光斑法光纤法632.5100.632.50.32100.1160.160.080.0150.02>0.040.160.010.60.02<0.2525010403.2101.6400.5630.80.40.03200.1>0.20.80.056.30.05<1.25外表面内、外表面外表面外表面外表面外表面内、外表面内表面平面外表面内表面对加工表面质量的评定,除了用视觉和触觉进行定性地比较检验的方法以外,并逐步实现了用数值确定表面粗糙度参数值的定量测量。从本世纪30年代陆

25、续提出了测量粗糙度的方法原理和仪器以来,已发展了一系列利用光学、机械、电气原理的表面粗糙度专用测量仪器,电动量仪的基本结构模式如图1-3-1所示。图1-3-1 电动量仪的基本结构模式在实际工作中,对加工表面粗糙度的评定,可归纳为四种方式。(一)在选定的截面轮廓上直接测量表面微观不平度数值(粗糙度参数值)用这种方式能够按照粗糙度的评定标准中给出的参数定义直接测得具体数值,所以被普遍应用。实现截面轮廓的仪器类型很多,目前使用较广的主要有两大类。一类为触针式仪器,用尖锐的触针划过表面,把探测的表面轮廓形状放大描绘出来,或经过计算处理装置直接给出粗糙度参数值。触针在被测表面上描迹所感受到的轮廓信息,现

26、时一般采用电感式、压电式或光电式等转换形式将其变为电信号。信号的运算处理方法现已从简单的积分电路、平均指示表等模拟电路发展为应用微处理机(或集成芯片)、数码显示和电传打印等现代的数字电路和终端设备,因而有了更广阔的应用前景。机械接触式的触针亦开始为非接触的光学探针所取代。另一类是以显微干涉法、光切法为代表的光学仪器。这类仪器属于不接触测量方式,并且有结构简单、经济、使用维护方便等特点,对于超精加工表面和某些特殊材料、小尺寸表面的测量,能弥补触针式仪器的不足。(二)在一个局部表面上综合评价微观不平度特征目前这类测量方式,一般是利用经过前一方法测得截面轮廓粗糙度结果的成组样块,对该类综合评定仪器进

27、行定标或找出相应的对应关系以后再使用。实现此种测量方式的仪器,多为气动法、电容法、光反射法等。当被测表面的形状、大小和工艺方法等已基本确定后,设计好合适的测量头和信号接收元件,可以获得较好的效果。这种方式适于在大批量生产中运用,并可应用到生产现场在线检测中。近期正在研究发展中的各种光散射法、光斑对比度法,也是测量一个局部面积的信息,经过处理后,有的通过样板给仪器定标,也可采用在设定的条件下导出的关系式给出统计特征参量,以确定被测表面粗糙度的综合状况和相应的粗糙度参量。(三)比较检测方式用已知表面粗糙度参数值的比较样块(或标准试件)和待检表面进行比较,靠目测或借助放大镜观察或用手指甲感触判别。这

28、种方法不能得出具体参数值,但简单易行,仍为生产现场广泛采用的检测方法。（四)间接测量方式印模法对于大型工件、凹槽、内表面或特殊型面等零件,在一般仪器难于测量的情况下,常利用可以把表面轮廓形状复印下来的某些印模材料,制作一个表面轮廓的负模,然后通过对负模的测量,间接获得加工表面的粗糙度结果。二、测量注意事项(一)测量方向评定表面粗糙度的二维参数值,是在垂直于被测表面的法向截面上给出的。如图纸或技术文件上已注明测量方向,则应按所指定的方向进行测量；如没有注明,应在能给出最大的粗糙度高度参数值的方向上测量。表面在加工后留下的痕迹多具有方向性,测量时,应在垂直于加工痕迹的方向上进行(如图1-3-2中的

29、向),因为该方向一般就是能给出最大的粗糙度高度参数值的方向。在图1-3-2中,如按方向(斜向)测量,虽然微观不平的高度参数与方向相差不大,但在同样的取样长度内,被测轮廓峰与 峰之间的距离有明显的变化,有时可能因峰、谷数目在 取样长度内过 图1-3-2 测量方向图少而不便测量。如按图中方向测量,则微观不平的高度参数将很小,甚至测不出来。如被测表面的加工痕迹方向不明显(如研磨表面)或没有一定的方向(如某些非切削加工表面),则应选择几个不同的方向测量,取测得的最大参数值作为测量结果。(二)测量部位由于表面加工后的微观起伏不平具有随机性,不同部位测得的粗糙度参数值往往不相同,有时差别还很大。因此,对较

30、重要的表面,应在不同的部位多处测量,取平均值作为测量结果。必要时,可将不同部位测得的结果都记录下来,以便参考。(三)表面缺陷表面粗糙度不包括表面缺陷,如气孔、砂眼、划痕、擦伤等,因此在测量时应予排除。对于表面缺陷,必要时应另外提出要求。第四节 表面粗糙度参数值的量值传递为了保证表面粗糙度主要参数值在全国范围内的量值统一,国家技术监督局颁布了表面粗糙度计量器具检定系统(JJG 201889)。检定系统如图1-4-1所示。 图1-4-1 表面粗糙度计量器具检定系统框图检定系统规定了表面粗糙度,参数为0.180和参数为0.110范围内的国家计量基准所包含的全套主要计量器具和主要计量学参数,还规定了从

31、国家计量基准器具通过标准计量器具向工作计量器具进行量值传递的程序,并指明了误差值和基本检定方法。国家基准用了复现和保存粗糙度参数在上述范围内的长度单位,它由下列全套计量器具组成：(1)专用单色光源的干涉显微镜基准装置。(2)触针式表面粗糙度测量系统,包括专用微机系统、连接硬件和成套软件。(3)1级表面粗糙度基准样板和基准阶梯量块组。计量标准器具主要采用粗糙度标准样板。标准样板有两大类：一类为单刻线样板(包括组成阶梯高度的阶梯式实物标准),单刻线的刻线深度(或阶梯高度)为0.180范围内,用做传递和值的标准器具；另一类为多刻线样板(包括其他类似形式的用于校验触针式仪器的校验样板)其值在0.110

32、范围内,用做传递值的标准器具,多刻线标准样板还按准确度和使用对象分一等和二等两个等级,二等多刻线标准样板用于校验精确度较低的触针式仪器。二等样板按一定方法(见图1-4-1)用一等样板来检定,也可用国家基准直接检定。干涉显微镜、光切显微镜和精确度较高的轮廓仪既可用做工作计量器具,也可用做计量标准器具,用以检定比较样块或标准样件。图1-4-1中栏和下栏里两处标号l,2,3的仪器,其主要参数完全对应相同,标号1-1,1-2,1-3的轮廓仪准确度不同。检定工作计量器具所用的计量标准器具测量的不确定度与工作计量器具允许误差之比应不大于1:1.5。 图1-4-2 单刻线样板 第一章 比较法评定表面粗糙度

33、比较法测量表面粗糙度是用粗糙度样板与被测零件加工表面进行比较来评定表面粗糙度的一种方法。尽管这种方法测量准确度不高,但其操作简单,使用方便,被广泛应用于加工现场。第一节 比较样块粗糙度比较样块是用比较法评定表面粗糙度的一种工作量具。比较样块有具体的表面粗糙度参数值与值,样块和被评定的工件表面应具有相同的材料、相同的加丁方法、相同或相近的表面物理特征(如表面加工纹理、色泽、形状等)。 图2-1-1为车削加工的比较样块,可与轴表面进行比较。样块(共四块)是圆柱形或半圆柱形的车加工金属制件。有条件的工厂,可以自己按国家标准的要求加工制作粗糙度比较样块。也可从批量加工的工件中,挑 图2-1-1 比较样

34、块选粗糙度参数或实际值等于或接近图纸上标注的公称值的工件,作为比较样块,去检查同批工件。 我国参照ISO国际标准制订了表面粗糙度比较样块的国家标准,标准共有六个,以适应不同的加工表面的比较评定： GB 6060185铸造表面； GB 6060,285磨、车、镗、铣、插及刨加工表面； GB 6060386电火花加工表面； GB 6060488抛光加工表面； GB 6060588抛(喷)丸、喷砂加工表面； GBT1449593木制件表面。 比较样块的检定可按表面粗糙度比较样块检定规程(JJG 1022003)来进行,检定项目和表面粗糙度参数值见规程。检定室温一般要求为(20±5)。 样块

35、工作面的粗糙度用参数值评定,值要准确测定,所用轮廓法触针式表面粗糙度测量仪(轮廓仪)要求系统误差小于等于i5,随机误差小于等于1。测量时的取样长度可按表2-1-1选取,评定长度一般取5倍的取样长度。 表2-1-1 取样长度的选取 粗糙度参数公称值制 造 方 法磨车、镗铣插、刨0.0250.25_0.050.25_0.10.25_0.20.25_0.40.80.80.8_0.80.80.80.80.81.60.80.82 50.83.22.52.52.52.56.3_2.58.02.512.5_2.58.08.025_8.0注：1样块表面微观不平度主要间距应不大于给定的取样长度。2对于周期轮廓的

36、加工表面,其取样长度应取距规定值最近的较大的整周期数的长度。 测量时,应在样块均匀分布的10个位置上各测一个值,其平均值对公称值的偏离量不得超过一17+12(具体数值见表2-1-2),否则为不合格。 表2-1-2 R平均值允许范围(-17一十12) 公称值平均值允许范围公称值平均值允许范围2520.828.00.40.330.4512.510.414.00.20.1660.2246.35.27.10.10.0830.1123.22.663.580.050.0420.0561.61.331.790.0250.0210.0280.80.660.90 工作面的标准偏差是指所测得的值偏离平均值的标准偏

37、差,计算所得的标准偏差不应超过表2-1-3的规定。表2-1-3 标准偏差允许值 加工方式 标准偏差允许值(有效值百分率) ()磨、铣9车、镗、插、刨4表中给出的标准偏差 ()是评定长度内包含五个取样长度时的标准偏差(),如评定长度内含有个()取样长度,则标准偏差() 按下式计算 测量结果的标准偏差()按下式计算 % (2-2-1)或 % (2-2-2) 式中：样块表面实测所得值的平均值,； 样块表面实测位置(测点)的数目。 按式(2-1-1)或式(2-1-2)计算得到值,如只是略微超过表2-1-3中的规定值 (或计算所得的),允许增加1015个新的测量位置,经测量后再行计算(将新的测量数据与原

38、有测量数据一并计算,即,或25),如仍超过规定,则为不合格。第二节 视觉比较法评定表面粗糙度最简单的视觉比较法。就是将比较样块和被检工件表面并放在一 起,在相同的照明条件下,用人眼直接观察评定。这种方法的评定范围 大约是值为3.260(相当旧国标的)。图 2-2-1 实体图1,3千分筒；2-短接管；4镜筒；5物镜组6放大接管对值为0.41.6的表面,可用5倍或10倍的放大镜进行目测评估。对于值为0.10.4的表面,需用比较显微镜作目测评估。值小于0.1,不宜用比较样块检验。图2-2-1所示为实体显微镜,它结构简单轻便,比较时把实体显微镜先后放置在比较样块和被检表面上,调整千分筒1和3,使影象清

39、晰,用人眼观察被物镜组5(在镜筒4内)放大了的表面影象进行比较评估。这种显微镜还备有放大接管6,用以提高放大倍率,扩大对比范围。图2-2-3 光路图图2-2-2 光路图 1表面粗糙度比较样块2,9物镜；3,8棱镜1被检表面；2,7物镜；3光源；4聚光镜 4目镜；5测微镜；6象面；7分光棱镜；5分光镜；6目镜；8比较样块 10被测表面比较显微镜的类型有多种,可评定的值为0.110 ()。图2-2-2是一种典型的比较显微镜的光学系统图。光源3发出的光经聚光镜4后形成平行光,再由分光镜5分光,一路光经物镜2到达被检表面1,另一路光经同样的物镜7到达比较样块的表面8。焦距调好后,即可从目镜6中看到两个

40、表面的放大象,从而可评估被检表面的粗糙度是否合格。, 图2-2-4是另一种形式的比较显微镜的光路原理图。光线从比较样块1和被检表面10向上反射,分别通过两个相同的物镜2和9、棱镜3和8,再经分光棱镜7反射,使象面6与棱镜7的棱线重合。从目镜4中观察,视场中一半是比较样块表面的放大象,另一半是被检表面的放大象,对比非常方便。仪器有25和50倍两种放大倍率,使用时,不同倍率的物镜可通过转换器很方便地更换。放置比较样块和被测件的两个工作台可以同时升降,并可作横向和纵向的微调。第三章 光切显微镜测量表面粗糙度一、测量前的调整测量前,先要调整仪器,使被测表面的微观不平在目镜视场里成清晰象,以便进行测量。

41、(一)选择可换物镜仪器有四对不同倍率的物镜,标称倍率分别为7,14,30和60,可按被测表面的粗糙度参数值的范围来选用。选择时,要先预计被测表面的粗糙度参数值,也可参考被测件图纸上的标注值。如条件允许,可用标准样板与被测件比较一下。若用低倍物镜测值过小的精细表面,则因放大倍数不够,使所得影象几乎成一条直线而没有明显的峰和谷,从而无法测量读数；若用高倍物镜测值太大的粗糙表面,则因物镜成象的深度不够,不能同时得到被测轮廓峰和谷的清晰影象,测量将有较大失真。如出现上述情况,说明物镜选择不当,应换选倍率较大或较小的物镜。 双管式光切显微镜的成对换物镜是分开的,使用时要分别装在两个光管的下方。整体式光切

42、显微镜的成对物镜已安装在物镜板上成为一整体,换装时向下按手柄,即可安装或卸下物镜板,装好后松开手柄,物镜板将被放松时的弹簧力夹紧。物镜板是以其上的燕尾槽插装的,插装时要插入到与前方的定位块靠紧,否则位置不当。还有的光切显微镜,几种不同放大倍率的可换物镜都装在仪器的下方,使用更换时只需转过一个位置即可,不需要装卸。 (二)安放被测工件一般平面形工件,就放在平面工作台上,圆柱形工件要用V形块,对尺寸较大的被测件,可将仪器横臂转到背面测量。工件的被测表面应与平面工作台台面平行。对圆柱形工件,要求最高位置的素线平行于工作台面。对圆锥形工件的最高位置素线,应设法垫平其斜度,否则会给测量带来误差。安放被测

43、件后,先调焦得出目镜视场的清晰影象,再前后左右移动千作台(即移动工件),若影象的清晰程度没有变化,则说明被测表面与丁作台面的平行度合乎要求,否则要继续垫平被测表面。另外,被测表面的加丁纹路应与投射在其上的狭缝影象(绿色细亮条)垂直,这一点很重要,但调整很容易。(三)调焦调焦时应先调目镜。调节目镜头上方的滚花环,以适应测量者的视度,直到从目镜视场中看到清晰的分划板刻线为止。然后再调物镜。调整立柱上的螺母使镜架下降到物镜头与被测表面约10mm左右时,即锁紧螺钉,但用力不要过大。再缓慢转动微调手轮,使镜架继续徐缓下降,当下降到物镜头-与被测表面之间的距离接近工作距离时,目镜视场内将出现光亮。再配合调

44、整仪器照明光管上的微调环和微动螺钉,使视场中的亮带变窄并逐渐清晰,反复调整手轮、微调环和螺钉,直到亮带(狭缝及表面轮廓象)最清晰为止。亮带清晰是以一个边缘为准,因为由于仪器成象的原因,要使上下两个边缘都最清晰很困难,对高倍率物镜更是如此。调焦过程中要特别注意,镜架下降时,千万不要让物镜顶端触碰被测工件表面而导致损坏,造成严重事故。特别是对高倍率物镜,标称倍率为60的物镜,其工作距离只有0.04mm。在微调手轮使镜架下降接近被测表面时,不能仅用眼睛注视目镜视场(看是否出现亮带和亮带是否清晰),同时也要密切观察物镜头是否靠触被测件。整体式光切显微镜调焦比双管式光切显微镜简单,它只要调整镜架升降,而

45、不需用微调环和微动螺钉(也没有)去调节照明光管的轴向位置和倾角。如下降镜架达不到调焦目的,即视场中的影象不够清晰或亮带位置不在视场中央,可微转平行玻璃板微调小手轮,但在升降镜架可达到调焦要求时,最好不要调节小手轮。调焦时,如亮带的亮度不一致,可转动照明灯泡,或使灯泡沿照明镜管上下移动,直到整条亮带的亮度一致。二、测量表面粗糙度调焦完成后,即可进行测量。(一)测量微观不平度十点高度值光切显微镜测量表面粗糙度的主要参数就是,可测的值范围在0.880之间。具体的测量步骤如下：1.确定取样长度和评定长度 由表1-2-2可知,用标称倍率为60倍和30倍的物镜,取样长度应取0.8mm,14倍物镜取0.8m

46、m或2.5mm,7倍物镜取25mm或8mm。在正常加十条件下,千件表面的实际或值,多是略小于图纸上的标注值,因此也可参考图纸标注值选取样长度。实用时,对取样长度并不是严格地去测量有多长,而是预计一个适当的长度,一般情况下,如果视场直径能包含或接近包含一个取样长度,那就在一个视场范围内选择五个最高的轮廓峰和五个最低的轮廓谷来测量。但选用高倍物镜,主要是选60倍的物镜时,取样长度明显大于视场直径,这样测量就不能在一次观测中完成,而需要沿测量的亮带方向移动工件(也可移动工作台),在两个视场中连续测五个最高的峰顶和五个最低的谷底。这样操作当然要麻烦些。评定长度一般是连续取五个取样长度,如前所述,也可视

47、被测表面情况取多于或少于五个取样长度。具体测量是在每一取样长度内测算得出一个值,再取平均值作为该评定长内的值。2测量 在视场中被测轮廓影象上确定五个最大的轮廓峰高和五个最大的轮廓谷深作为测量读数点,峰高和谷深应在垂直于轮廓中线的方向上来测量。要注意五个最大的峰高和五个最大的谷深应在中线上方及下方分别确定,而不一定是五个起伏高差。测量时,目镜视场中十字线的水平线方向应与轮廓中线平行,轮廓中线的方向可取轮廓亮带的方向。调整时,先转动目镜头,使视场中十字线的水平线与亮线方向平行(位置无严格要求),调好后锁紧目镜头。再旋转读数鼓轮,使十字线水平线依次与被测轮廓上的五个最大峰高相切,记下五个峰高读数值和

48、,再将十字线依次与五个最大谷深相切,记下五个谷深读数值和。测量时用水平对线方式。按照参数的定义,可求得值为：式中,按求得的定度值。如视场中亮带的两个轮廓边缘只有一个最清晰,则应测量最清晰的那个边缘(上边缘或下边缘)。在连续个(一般为五个)取样长度(即一个评定长度)上各测得一的值,取平均作为结果。如被测表面的粗糙度很不均匀,应在多个(个)不同部位各取一个评定长度进行测量。再取平均值作为最后结果。如各部位的测量结果相差很大,可再多测几个部位,取平均值作为最后结果,必要时,还可注明不同部位测得的值。生产中,为了保证产品质量,经常采用的最大值作为评定依据,而不取平均值。在连续取多个取样长度时,要移动被

49、测件。另外,当用高倍物镜,其物方视场直径小于取样长度时,如前所述,也要移动被测件,在两个连续的视场里进行测量。这时应注意工件被测轮廓的移动方向要和亮带平行,具体做法是在工作台面上或被测表面上选一标记或作一标记,移动工作台,使该标记移到视场中的一端,并使目镜中的十字线与标记相切,记下测微鼓轮读数。再移动工作台,使标记移到视场中的另一端,再次使十字线与标记相切,记下第二次读数。若两次读数之差不超过测微鼓轮上的五个小格,即可认为已满足平行度要求。如超过五个小格,则应转动工作台(连同被测件)重新调整,直到满足要求为止。(二)测量轮廓算术平均偏差值光切显微镜也可测的值,但操作很麻烦,只是在没有轮廓仪而又

50、非测值不可时偶尔用到。生产单位如没有轮廓仪,可在征得设计者的同意后,将图纸上标注的值,按旧标准的“级”,改为对应的值来测量。1建立测量坐标 首先调整工作台和被测件,使 工作台的运动方向与被测轮廓总的走向(即与加工痕迹垂直的亮带方向)一致,作为横坐标。再转动目镜头,使十字线交叉点的运动方向与亮带垂直,如图 3-2-1所示。 2测量 在所选定的取样长度内,参考表3-2-1,确 图3-2-1 视场图定等测量间距的测量点数。 表3-2-1 测值时测点的选取取样长度 测量间距 测量点数0.250.82.58.00.010.020.050.2025405040转动目镜头上的测微鼓轮,按垂直对线法,使目镜十字线的交点与被测轮廓影象上的某一点对准记下读数, 将工作台移动一距离(用微动螺钉),再沿垂直方向移动 十字线交点,使与被测轮廓上的第二点对准,记下读数, 依次测出在整个取样长度上个测点