第一節(jié)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)

第一節(jié)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一一．表面形貌誤差的概念與形成1．表面形貌誤差分類：

實(shí)際加工表面通常包含如下三種表面形貌誤差：表面粗糙度：波距λ小于1mm，大體呈周期性變化，屬于微觀幾何形狀誤差；表面波度：波距λp在1~10mm，呈周期性變化，屬于中間幾何形狀誤差；形狀誤差：波距大于10mm，無明顯周期性變化，屬于宏觀幾何狀誤差。2．表面粗糙度：是一種微觀幾何形狀誤差又稱微觀不平度。3．表面粗糙度的產(chǎn)生原因：在加工過程中，刀具和零件表面間產(chǎn)生磨擦、高頻振動(dòng)及切削時(shí)在工作表面上留下的微觀痕跡。第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一二．表面粗糙度的影響表面粗糙度對(duì)機(jī)器零件的使用性能有著重要的影響，主要表現(xiàn)在：

1．對(duì)摩擦和磨損的影響

2．對(duì)配合性的影響

3．對(duì)接觸剛度的影響

4．對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

5．對(duì)抗腐蝕性的影響

6．對(duì)結(jié)合密封性的影響此外表面粗糙度還影響檢驗(yàn)零件時(shí)的測(cè)量不確定度、零件外形的美觀等等。第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一三．表面形貌測(cè)量的特點(diǎn)與范圍特點(diǎn)：通常為量程小、測(cè)量分辨率高（nm）、表面粗糙度測(cè)量的范圍

現(xiàn)在表面分析技術(shù)已遠(yuǎn)走出機(jī)器零件，如:微電子工業(yè)：硅片、磁盤表面、光盤、光學(xué)元件、窗片材料科學(xué)：表面形貌分析、材料微裂紋生物工程：細(xì)胞生物、芯片、遺傳學(xué)科學(xué)研究：納米技術(shù)、物理、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)科學(xué)等

第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一§4－1

表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)

主要內(nèi)容：1、主要術(shù)語及定義取樣長度L評(píng)定長度L輪廓中線m2、6個(gè)評(píng)定參數(shù)3個(gè)基本、3個(gè)附加3、一般規(guī)定重點(diǎn)：3個(gè)基本評(píng)定參數(shù)第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一一．主要術(shù)語及定義1．實(shí)際輪廓：平面與實(shí)際表面相交所得的輪廓線。按照相截方向的不同，它又可分為橫向?qū)嶋H輪廓和縱向?qū)嶋H輪廓。在評(píng)定或測(cè)量表面粗糙度時(shí)，除非特別指明，通常均指橫向?qū)嶋H輪廓，即與加工紋理方向垂直的截面上的輪廓。橫向?qū)嶋H輪廓圖實(shí)際輪廓圖第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一2．取樣長度l：用于判別和測(cè)量表面粗糙度時(shí)所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長度。量取方向：它在輪廓總的走向上。目的：限制和削弱表面波度對(duì)表面粗糙度測(cè)量結(jié)果的影響。

(幾何濾波)選擇原則：

5≤l

p/3常用的取樣長度見表4-1。第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一3．評(píng)定長度L：

評(píng)定輪廓所必須的一段長度，它包括一個(gè)或數(shù)個(gè)取樣長度。目的：為充分合理地反映某一表面的粗糙度特征。（加工表面有著不同程度的不均勻性）。選擇原則：一般按五個(gè)取樣長度來確定。4．輪廓中線m：是評(píng)定表面粗糙度數(shù)值的基準(zhǔn)線。具有幾何輪廓形狀與被測(cè)表面幾何形狀一致，并將被測(cè)輪廓加以劃分的線。類型有：（1）最小二乘中線：使輪廓上各點(diǎn)的輪廓偏轉(zhuǎn)距y（在測(cè)量方向上輪廓上的點(diǎn)至基準(zhǔn)線的距離）的平方和為最小的基準(zhǔn)線。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一（２）算術(shù)平均中線：

在取樣長度范圍內(nèi)，劃分實(shí)際輪廓為上、下兩部分，且使上下兩部分面積相等的線。輪廓的算術(shù)平均中線第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一

二、評(píng)定參數(shù)及數(shù)值：對(duì)評(píng)定參數(shù)的基本要求：（1）正確、充分反映表面微觀幾何形狀特征；（2）具有定量的結(jié)果；（3）測(cè)量方便。國標(biāo)從水平和高度兩方向各規(guī)定了三個(gè)評(píng)定參數(shù)：三個(gè)基本參數(shù)（水平），三個(gè)附加的評(píng)定參數(shù)（高度）第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一圖4-3表面粗糙度的高度參數(shù)1、輪廓算術(shù)平均偏差Ra

在取樣長度L內(nèi)，輪廓偏轉(zhuǎn)距絕對(duì)值的算術(shù)平均值。用公式表示為：第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一

=2．微觀不平度十點(diǎn)高度

在取樣長度內(nèi)五個(gè)最大的輪廓峰高的平均值與五個(gè)最大的輪廓谷深的平均值之和，如圖4-3所示。用公式表示為：在取樣長度內(nèi)，也可從平行于輪廓中線m的任意一根線算起，計(jì)算被測(cè)輪廓的五個(gè)最高點(diǎn)（峰）到五個(gè)最低點(diǎn)（谷）之間的平均距離第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一3．輪廓最大高度

在取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離（圖4-3）。第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一圖4-4表面粗糙度的水平參數(shù)表面粗糙度的三個(gè)水平參數(shù)：輪廓微觀不平度的平均間距Sm輪廓單峰平均間距S輪廓支承長度率tp第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一4．輪廓微觀不平度的平均間距Sm含有一個(gè)輪廓峰和相鄰輪廓谷的一段中線長度Sm(圖4-4），稱為輪廓微觀不平度間距。5．輪廓單峰平均間距S兩相鄰輪廓單峰的最高點(diǎn)在中線上的投影長度S（圖4-4），稱為輪廓單峰的間距。

S=

第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一6．輪廓支承長度率tp一根平行于中線且與輪廓峰頂線相距為C的線與輪廓峰相截所得到的各段截線bi之和，稱為輪廓支承長度p

p＝輪廓支承長度率

輪廓支承長度與取樣長度之比，就是輪廓支承長度率。

tp=(p/L)×100℅

第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一

三、一般規(guī)定1．為保證零件的表面質(zhì)量，可按功能需要規(guī)定表面粗糙度。2．在規(guī)定表面粗糙度要求時(shí)，必須給出粗糙度參數(shù)值和測(cè)定時(shí)的取樣長度值兩項(xiàng)基本要求，必須時(shí)也可規(guī)定表面紋理、加工方法順序和不同區(qū)域的粗糙度等附加要求。3．測(cè)量方向：表面粗糙度各參數(shù)的值是指在垂直于基準(zhǔn)表面（具有幾何表面的形狀，它的方位和實(shí)際表面走向一致）的各截面上測(cè)得。對(duì)給定的表面，如截面方向與高度參數(shù)最大值的方向一致，則可不規(guī)定測(cè)量方向，否則應(yīng)在圖樣上表示截面方向。4．表面缺陷：評(píng)定過程中，不應(yīng)把表面缺陷（如溝槽、氣孔、劃傷等）包含進(jìn)去。必要時(shí)，應(yīng)單獨(dú)規(guī)定表面缺陷要求。5．測(cè)量部位：為了完整地反映零件表面的實(shí)際狀況，需要在其若干具有代表性的位置上進(jìn)行測(cè)量，一般可采取在均勻分布的三個(gè)以上的位置上取其平均值作為最終結(jié)果。第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一1．5表而粗糙度測(cè)量方法綜述及測(cè)量的基本原則

15．1測(cè)量方法綜述對(duì)加工表面質(zhì)量的評(píng)定，除了用視覺和觸覺進(jìn)行定性地比較檢驗(yàn)的方法以外，并逐步實(shí)現(xiàn)了用數(shù)值確定表面粗糙度參數(shù)值的定量測(cè)量。從本世紀(jì)30年代陸續(xù)提出了測(cè)量粗糙度的方法原理和儀器以來，已發(fā)展了一系列利用光學(xué)、機(jī)械、電氣原理的表面粗糙度專用測(cè)量儀器，其基本結(jié)構(gòu)模式如圖9—7所示。粗糙度測(cè)量方法主要是以不同類型的傳感器所反映的測(cè)量原理來分類的。表9—l4列出了各類轉(zhuǎn)換形式的傳感器。運(yùn)算裝置包括信號(hào)放大器、濾波器和各種型式的計(jì)算處理(如信號(hào)變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、時(shí)控、數(shù)字計(jì)算等)裝置。輸出設(shè)備包括指針式電量表、記錄器、光電輸出器、電傳打字機(jī)、磁帶輸出器、Tv顯示屏、繪圖儀等。其中，傳感器是基本組成部分，在取得表面測(cè)量信號(hào)以后，亦可用人工進(jìn)行計(jì)算處理給出結(jié)果。第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一1．L2表面粗糙度測(cè)量的基本原則

(1)測(cè)量方向按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)所定義的各種粗糙度評(píng)定參數(shù)，是基于輪廓法確定數(shù)值，是在被測(cè)表面的法向截面上的實(shí)際輪廓上進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果。由于垂直于被測(cè)表面的法向截面存在各種不同的測(cè)量方向．所以規(guī)定在垂直于加工紋理力向的d向截面(參R圖g”8)測(cè)得的結(jié)果，稱作橫向輪廊的表面粗糙度數(shù)值(d)；在平行于加工紋理方向的5向截面上所作的測(cè)量，稱為縱向輪廓的粗糙度數(shù)值(6)。試驗(yàn)表明，大多數(shù)的切削加工表面，在橫向輪廓上測(cè)得的粗糙度數(shù)值比較大，只是有的該銑加工和個(gè)別端銑加工表面，在縱向輪廓上會(huì)有較大的數(shù)值。如果在被測(cè)表面上難以確定加工紋理方向，以及某些加工紋理紊亂或不存在固定方向的表面，應(yīng)分別在多個(gè)方向上測(cè)量，以獲取最大參故值為結(jié)果．或取其峰谷高度的最大值，計(jì)算一個(gè)區(qū)域的測(cè)量結(jié)果。

(2)表面缺陷在表面上偶然出現(xiàn)的微觀不平度，如劃痕、碰傷，以及并非由于加工造成的材料缺陷，如氣孔．裂紋、砂眼均屬于表面缺陷。在表面祖糙度的評(píng)定中不應(yīng)把表面缺陷包含進(jìn)去，因此在測(cè)量時(shí)．原則上應(yīng)將其影響排除在外，尤其是對(duì)于比—股加工痕跡(微觀不平度)的深度或?qū)挾却蟮枚嗟娜毕菀貏e注意。如果零件表面不允許有某種缺陷或?qū)λ右钥刂?，?yīng)另作規(guī)定。

3)測(cè)量部位為了完整地反映零件表面的實(shí)際狀況，需要在其若干具有代表性的位置上進(jìn)行測(cè)量，一般可采取在均勻分布的三個(gè)以上的位置上取其平均值作為最終結(jié)果。如果幾個(gè)位置上的粗糙度數(shù)值相差甚大，例如大于一個(gè)系列值(公比為2)．則應(yīng)再多測(cè)幾個(gè)部位，判斷其均勻性情況，此時(shí)最好將各部位的測(cè)量結(jié)果分別注出，或結(jié)出乎均值結(jié)果并附加說明第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一2．1．2測(cè)量基準(zhǔn)線傳感器中觸針的運(yùn)行軌跡必須沿著與被測(cè)表面基本平行的基準(zhǔn)線移動(dòng)．才能獲得其實(shí)的被測(cè)輪廓形狀。觸針式儀器建立測(cè)量基準(zhǔn)線的方式有獨(dú)立基準(zhǔn)和相對(duì)基準(zhǔn)兩類：

(I)獨(dú)立其難獨(dú)立的測(cè)量基準(zhǔn)．是使傳感器按直線或一定的弧形線運(yùn)動(dòng)。圖9—23為較易調(diào)整的直線或弧形線測(cè)量裝置的示意圖。在傳感器殼體中觸針3的上方有——半球形觸頭2，它和基準(zhǔn)面1相接觸，基準(zhǔn)面采用光學(xué)玻璃制成的平面或圓弧面，并相對(duì)被測(cè)表面或工作臺(tái)面定位，從而使傳感器運(yùn)行的軌跡依賴于這個(gè)參考基準(zhǔn)面，根據(jù)被測(cè)表面的外形作直線或某一曲率的圓弧線運(yùn)動(dòng)。這時(shí)觸針?biāo)枥L的將是包括粗糙度、波紋度相形狀誤差在內(nèi)的實(shí)際表面輪廓圖形。這種方法對(duì)拖動(dòng)傳感器運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(導(dǎo)軌)沒有嚴(yán)格要求。另一種形式為利用精密導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，如直線性很好的軸帶動(dòng)傳感器作直線運(yùn)動(dòng)，形成獨(dú)立的測(cè)量基準(zhǔn)線。采用獨(dú)立基淮需要配備復(fù)雜的附屬裝置(或具有精密導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)裝置)，在使用時(shí)還需要精細(xì)調(diào)整，因此其應(yīng)用受到一定限制。

(2)相對(duì)基準(zhǔn)相對(duì)基準(zhǔn)是利用與傳感器殼體安裝成一體的導(dǎo)頭(支承滑塊)作相對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)。如圖9—13(a)所示，傳感器殼體通過鉸鏈和驅(qū)動(dòng)器相連接，在觸針3附近的圓弧形導(dǎo)頭1裝在傳感器殼休上．測(cè)量時(shí)傳感器通過導(dǎo)頭支承在被測(cè)表面5上，由此形成的測(cè)量基準(zhǔn)線為圓弧形導(dǎo)頭曲率中心的移動(dòng)軌跡，所測(cè)得的輪廓信息是觸針相對(duì)于導(dǎo)頭(基準(zhǔn)線)的垂直位移量，第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一第二十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一使用圓弧形導(dǎo)頭時(shí)．若輪廓哆相當(dāng)密集，導(dǎo)頭的半徑k峰距大很多，則導(dǎo)頭的移動(dòng)軟跡將近似成一直線，尋頭上下位移量非常小加固9—14(a)所示。但若輪廓哆距增大PS頭的垂盲位移變化亦將隨著增大，直到它完全和觸針同步地作上下運(yùn)動(dòng)，如圖L14(b)．＜c)所示，此時(shí)圓弧形導(dǎo)頭顯然E個(gè)適用。由于e6針和導(dǎo)頭不可能在表面的同一點(diǎn)上接觸(不能同袖)，因此綜合其結(jié)果*除了幅度變化LJ外，還取決于兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相位變化。導(dǎo)頭相對(duì)于觸針的位置，無論是在一條測(cè)量線上還足在側(cè)邊，都會(huì)產(chǎn)生相位的影響。同相位時(shí)，觸針相對(duì)于導(dǎo)頭的位移量減小(加