第一節(jié)表面粗糙度的評定參數(shù)

第一節(jié)表面粗糙度的評定參數(shù)第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月一．表面形貌誤差的概念與形成1．表面形貌誤差分類：

實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．表面粗糙度的產生原因：在加工過程中，刀具和零件表面間產生磨擦、高頻振動及切削時在工作表面上留下的微觀痕跡。第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月二．表面粗糙度的影響表面粗糙度對機器零件的使用性能有著重要的影響，主要表現(xiàn)在：

1．對摩擦和磨損的影響

2．對配合性的影響

3．對接觸剛度的影響

4．對疲勞強度的影響

5．對抗腐蝕性的影響

6．對結合密封性的影響此外表面粗糙度還影響檢驗零件時的測量不確定度、零件外形的美觀等等。第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三．表面形貌測量的特點與范圍特點：通常為量程小、測量分辨率高（nm）、表面粗糙度測量的范圍

現(xiàn)在表面分析技術已遠走出機器零件，如:微電子工業(yè)：硅片、磁盤表面、光盤、光學元件、窗片材料科學：表面形貌分析、材料微裂紋生物工程：細胞生物、芯片、遺傳學科學研究：納米技術、物理、化學、生物等基礎科學等

第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§4－1

表面粗糙度的評定參數(shù)

主要內容：1、主要術語及定義取樣長度L評定長度L輪廓中線m2、6個評定參數(shù)3個基本、3個附加3、一般規(guī)定重點：3個基本評定參數(shù)第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月一．主要術語及定義1．實際輪廓：平面與實際表面相交所得的輪廓線。按照相截方向的不同，它又可分為橫向實際輪廓和縱向實際輪廓。在評定或測量表面粗糙度時，除非特別指明，通常均指橫向實際輪廓，即與加工紋理方向垂直的截面上的輪廓。橫向實際輪廓圖實際輪廓圖第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2．取樣長度l：用于判別和測量表面粗糙度時所規(guī)定的一段基準線長度。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表面粗糙度測量結果的影響。

(幾何濾波)選擇原則：

5≤l

p/3常用的取樣長度見表4-1。第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3．評定長度L：

評定輪廓所必須的一段長度，它包括一個或數(shù)個取樣長度。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：一般按五個取樣長度來確定。4．輪廓中線m：是評定表面粗糙度數(shù)值的基準線。具有幾何輪廓形狀與被測表面幾何形狀一致，并將被測輪廓加以劃分的線。類型有：（1）最小二乘中線：使輪廓上各點的輪廓偏轉距y（在測量方向上輪廓上的點至基準線的距離）的平方和為最小的基準線。第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月（２）算術平均中線：

在取樣長度范圍內，劃分實際輪廓為上、下兩部分，且使上下兩部分面積相等的線。輪廓的算術平均中線第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、評定參數(shù)及數(shù)值：對評定參數(shù)的基本要求：（1）正確、充分反映表面微觀幾何形狀特征；（2）具有定量的結果；（3）測量方便。國標從水平和高度兩方向各規(guī)定了三個評定參數(shù)：三個基本參數(shù)（水平），三個附加的評定參數(shù)（高度）第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-3表面粗糙度的高度參數(shù)1、輪廓算術平均偏差Ra

在取樣長度L內，輪廓偏轉距絕對值的算術平均值。用公式表示為：第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

=2．微觀不平度十點高度

在取樣長度內五個最大的輪廓峰高的平均值與五個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，也可從平行于輪廓中線m的任意一根線算起，計算被測輪廓的五個最高點（峰）到五個最低點（谷）之間的平均距離第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3．輪廓最大高度

在取樣長度內，輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離（圖4-3）。第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-4表面粗糙度的水平參數(shù)表面粗糙度的三個水平參數(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16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4．輪廓微觀不平度的平均間距Sm含有一個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在中線上的投影長度S（圖4-4），稱為輪廓單峰的間距。

S=

第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月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18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、一般規(guī)定1．為保證零件的表面質量，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，必須給出粗糙度參數(shù)值和測定時的取樣長度值兩項基本要求，必須時也可規(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．測量方向：表面粗糙度各參數(shù)的值是指在垂直于基準表面（具有幾何表面的形狀，它的方位和實際表面走向一致）的各截面上測得。對給定的表面，如截面方向與高度參數(shù)最大值的方向一致，則可不規(guī)定測量方向，否則應在圖樣上表示截面方向。4．表面缺陷：評定過程中，不應把表面缺陷（如溝槽、氣孔、劃傷等）包含進去。必要時，應單獨規(guī)定表面缺陷要求。5．測量部位：為了完整地反映零件表面的實際狀況，需要在其若干具有代表性的位置上進行測量，一般可采取在均勻分布的三個以上的位置上取其平均值作為最終結果。第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1．5表而粗糙度測量方法綜述及測量的基本原則

15．1測量方法綜述對加工表面質量的評定，除了用視覺和觸覺進行定性地比較檢驗的方法以外，并逐步實現(xiàn)了用數(shù)值確定表面粗糙度參數(shù)值的定量測量。從本世紀30年代陸續(xù)提出了測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、機械、電氣原理的表面粗糙度專用測量儀器，其基本結構模式如圖9—7所示。粗糙度測量方法主要是以不同類型的傳感器所反映的測量原理來分類的。表9—l4列出了各類轉換形式的傳感器。運算裝置包括信號放大器、濾波器和各種型式的計算處理(如信號變換、模數(shù)轉換、時控、數(shù)字計算等)裝置。輸出設備包括指針式電量表、記錄器、光電輸出器、電傳打字機、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，在取得表面測量信號以后，亦可用人工進行計算處理給出結果。第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1．L2表面粗糙度測量的基本原則

(1)測量方向按現(xiàn)行標準所定義的各種粗糙度評定參數(shù)，是基于輪廓法確定數(shù)值，是在被測表面的法向截面上的實際輪廓上進行測量的結果。由于垂直于被測表面的法向截面存在各種不同的測量方向．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)測得的結果，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向截面上所作的測量，稱為縱向輪廓的粗糙度數(shù)值(6)。試驗表明，大多數(shù)的切削加工表面，在橫向輪廓上測得的粗糙度數(shù)值比較大，只是有的該銑加工和個別端銑加工表面，在縱向輪廓上會有較大的數(shù)值。如果在被測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，應分別在多個方向上測量，以獲取最大參故值為結果．或取其峰谷高度的最大值，計算一個區(qū)域的測量結果。

(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。在表面祖糙度的評定中不應把表面缺陷包含進去，因此在測量時．原則上應將其影響排除在外，尤其是對于比—股加工痕跡(微觀不平度)的深度或寬度大得多的缺陷要特別注意。如果零件表面不允許有某種缺陷或對它要加以控制，應另作規(guī)定。

3)測量部位為了完整地反映零件表面的實際狀況，需要在其若干具有代表性的位置上進行測量，一般可采取在均勻分布的三個以上的位置上取其平均值作為最終結果。如果幾個位置上的粗糙度數(shù)值相差甚大，例如大于一個系列值(公比為2)．則應再多測幾個部位，判斷其均勻性情況，此時最好將各部位的測量結果分別注出，或結出乎均值結果并附加說明第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2．1．2測量基準線傳感器中觸針的運行軌跡必須沿著與被測表面基本平行的基準線移動．才能獲得其實的被測輪廓形狀。觸針式儀器建立測量基準線的方式有獨立基準和相對基準兩類：

(I)獨立其難獨立的測量基準．是使傳感器按直線或一定的弧形線運動。圖9—23為較易調整的直線或弧形線測量裝置的示意圖。在傳感器殼體中觸針3的上方有——半球形觸頭2，它和基準面1相接觸，基準面采用光學玻璃制成的平面或圓弧面，并相對被測表面或工作臺面定位，從而使傳感器運行的軌跡依賴于這個參考基準面，根據(jù)被測表面的外形作直線或某一曲率的圓弧線運動。這時觸針所描繪的將是包括粗糙度、波紋度相形狀誤差在內的實際表面輪廓圖形。這種方法對拖動傳感器運行的驅動機構(導軌)沒有嚴格要求。另一種形式為利用精密導軌結構，如直線性很好的軸帶動傳感器作直線運動，形成獨立的測量基準線。采用獨立基淮需要配備復雜的附屬裝置(或具有精密導軌的驅動裝置)，在使用時還需要精細調整，因此其應用受到一定限制。

(2)相對基準相對基準是利用與傳感器殼體安裝成一體的導頭(支承滑塊)作相對測量基準。如圖9—13(a)所示，傳感器殼體通過鉸鏈和驅動器相連接，在觸針3附近的圓弧形導頭1裝在傳感器殼休上．測量時傳感器通過導頭支承在被測表面5上，由此形成的測量基準線為圓弧形導頭曲率中心的移動軌跡，所測得的輪廓信息是觸針相對于導頭(基準線)的垂直位移量，第26頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月使用圓弧形導頭時．若輪廓哆相當密集，導頭的半徑k峰距大很多，則導頭的移動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動，如圖L14(b)．＜c)所示，此時圓弧形導頭顯然E個適用。由于e6針和導頭不可能在表面的同一點上接觸(不能同袖)，因此綜合其結果*除了幅度變化LJ外，還取決于兩者相對運動的相位變化。導頭相對于觸針的位置，無論是在一條測量線上還足在側邊，都會產生相位的影響。同相位時，觸針相對于導頭的位移量減小(加固