表面粗糙度培训教材(东京精密)

2010.032010.03表面粗糙度理论与标准的发展表面粗糙度理论与标准的发展表面粗糙度理论与标准的发展表面粗糙度理论与标准的发展1918年，飞机工业对零部件制造提出轻质量高强度要求，开始关注表面加工痕迹。20~30年代，各工业国家广泛使用“▽”来定性的衡量表面加工质量。40年代，美国Abbott提出波峰深度和支撑长度曲线评定法，从而奠定了定量评价的基础。而奠定了定量评价的基础。50~60年代，各个工业国家纷纷制定自己的评价标准，并研发相关仪器相关仪器粗糙度粗糙度评评价的意价的意义义粗糙粗糙评评价价义义密封性密封性耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性润润滑性滑性结结黏黏结结性性光学性能光学性能结结合面合面刚刚性性强强度与疲度与疲劳劳光光泽泽性性噪音与振噪音与振动动应用/参数–气密性•大粗糙度引起间隙■由粗糙度引起的泄露无法密封泄露量取决于Rp表面纹路的方向应该与流动方向垂直密封件或垫圈■表面纹路的方向应该与流动方向垂直.■需要控制粗糙度以保证气密性.密封件或垫圈工件表面断面曲线P断面曲线P波纹度曲线W间隙最大波峰高度Rp平均线8粗糙度曲线R平均线润滑&粗糙度•滑动轴承,滑轨&滚动轴承需要润滑■油膜：起到润滑作用■油膜的厚度&摩擦力取决于Rz■油膜的厚度&摩擦力取决于Rz&油层方向■油膜参数λSllhGoodlubricationOilfilm■油膜参数λ●确认润滑状态SmallroughnessGoodlubricationσλh=h:油膜厚度σ:复合粗糙度LargeroughnessWearordamage9油膜&粗糙度复合粗糙度2221RqRq+=σ滑动摩擦力&粗糙度•滑动表面接触在少数微小的点上■巨大的应力■支撑在接触点上■支撑在接触点上■滑行运动在两表面间产生摩擦力■滑行轨道的特性●提高硬度较少磨损●降低Rz以较少峰点间的应力集中度AppearanceareaA●降低Rz以较少峰点间的应力集中度areaA10实际接触区域ai如何测量粗糙度？如何测量粗糙度？如何测量粗糙度如何测量粗糙度1比较法将被测表面与标有一定评定参数值的表面粗糙度样板比较从判断被测表面的粗糙度。2光切法应用光切原理测量表面粗糙度的一种测量方法。按光切原理制成的仪器叫做光切显微镜这种方法用来测量R理制成的仪器叫做光切显微镜。这种方法用来测量Rz。3干涉法利用光波干涉原理测量表面粗糙度的种方法按干涉原利用光波干涉原理测量表面粗糙度的一种方法。按干涉原理制成的仪器叫做干涉显微镜，一般用来测量粗糙度值要求低的表面求低的表面4针描法接触式测量表面粗糙度的方法，最为常见。接触式测量表面粗糙度的方法，最为常见。SurfcomSurfcom--仪器结构仪器结构仪器结构仪器结构立柱Z轴驱动部与工件竖直宽度垂直工件实表面X轴测针放大器动部来回移动工件实表面测针放大器测针顶端形状测针顶端形状θ测针(Pickup)LVDT(模拟)测针压力:0.75mNrtipθ=60°(or90°)测针压力(测针顶端为0.2μm)工件夹具/定位基准rtip=2μm(or5,10μm)粗糙度的定粗糙度的定义义粗糙度——加工表面上具有的较小间距和微小峰谷粗糙度的定粗糙度的定义义粗糙度加工表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状误差粗糙度的定粗糙度的定义义粗糙度的定粗糙度的定义义任何个被加工的实际表面都不可能是理想化的表面任何一个被加工的实际表面都不可能是理想化的表面，而是呈现出不同节距的峰谷起伏状轮廓。这种实际轮廓对理想表面的偏差可按其峰谷起伏的高低幅度及节距大对理想表面的偏差可按其峰谷起伏的高低幅度及节距大小分为：表面粗糙度（微观不平度）、波纹度和几何形状误差WavinessSpacingSurface状误差表面波长MiHihtWevinessHeightLay波长高度评价宽度RoughnessSpacingMaximumHeightofRoughness粗糙度高度最大值RoughnessSpacingSectionProfilecurve/Totalprofile表面结构粗糙度长度轮廓曲线断面轮轮廓、粗糙度廓、粗糙度和波和波纹纹度度轮轮廓、粗糙度廓、粗糙度和波和波纹纹度度测量剖面曲线形状偏差曲线(粗糙度曲线的平均线)剖面曲线Pλ滤波器(粗糙度曲线的平均线)P-参数λs滤波器测针歪斜杂音滤波波纹曲线Wλf滤波器粗糙度曲线Rλc滤波器100%测针歪斜、杂音滤波波纹曲线WW-参数粗糙度曲线RR-参数粗糙度曲线波纹度曲线幅传达率50%振幅滤波器(波长)波长λλfλcλs0测测量曲量曲线线测测线线测测量曲量曲线线的的种类种类轮轮廓曲廓曲线线PP曲曲线线（原始（原始轮轮廓）廓）轮轮廓曲廓曲线线：：PP曲曲线线（原始（原始轮轮廓）廓）是粗糙度是粗糙度测测量量仪仪的触的触针针在工件表面的一定在工件表面的一定长长度内的度内的扫扫描描轨轨迹（垂直与迹（垂直与加工加工纹纹路的切断曲路的切断曲线线）所得到的）所得到的结结果它是不做果它是不做滤滤波波处处理的理的测测量切断量切断加工加工纹纹路的切断曲路的切断曲线线）所得到的）所得到的结结果。它是不做果。它是不做滤滤波波处处理的理的测测量切断量切断面曲面曲线线。。测测量曲量曲线线测测线线测测量曲量曲线线的的种类种类粗糙度曲粗糙度曲线线RR曲曲线线粗糙度曲粗糙度曲线线：：RR曲曲线线是是对轮对轮廓曲廓曲线实线实施施滤滤波波处处理。把波理。把波长较长长较长的成份的成份滤滤掉之后所得到的曲掉之后所得到的曲线线使用的使用的滤滤波器是高通波器是高通滤滤波器波器线线。使用的。使用的滤滤波器是高通波器是高通滤滤波器。波器。粗糙度–术语剖面曲线P平均线粗糙度术语顶峰粗糙度曲线R平均线顶峰平均线谷底取样长度lrCtffλlrlrlrlr评价长度ln=n×lr（n:标准5）前预备长度后预备长度=Cutoffλｃlrlrlrlr轨迹长度Lt=Lp+Ln+Lp前预备长度lp(λｃ/2)后预备长度lp(λｃ/2)术语术语术术主要主要术语说术语说明明取取样长样长度度ll用于用于评评定表面粗糙度特征所定表面粗糙度特征所规规定的段基准定的段基准线线的的长长度度取取样长样长度度ll：：用于用于评评定表面粗糙度特征所定表面粗糙度特征所规规定的一段基准定的一段基准线线的的长长度。度。取取样长样长度的大小的度的大小的规规定和定和选选取是取是为为了限制和减弱工件表面波了限制和减弱工件表面波纹纹及及轮轮廓廓度度对对表面粗糙度表面粗糙度测测量量结结果的影响。既不能果的影响。既不能过过大，与不能大，与不能过过小。一般小。一般应应度度对对表面粗糙度表面粗糙度测测量量结结果的影响。既不能果的影响。既不能过过大，与不能大，与不能过过小。般小。般应应保保证证在取在取样长样长度上有五个以上的表面微度上有五个以上的表面微观观起伏的峰谷。国起伏的峰谷。国际标际标准准规规定定了五个了五个标标准的取准的取样长样长度度值值，它，它们们是是0.08;0.25;0.8;2.50.08;0.25;0.8;2.5；；8mm8mm。。通常表面越粗糙取通常表面越粗糙取样长样长度度值值ll应应越大越大通常表面越粗糙，取通常表面越粗糙，取样长样长度度值值ll应应越大。越大。测量速度的选取测量速度的选取测量速度截止波长0003-001500080025008025080.003-0.0150.008，0.025，0.08，0.25，0.80.03-0.060.025，0.08，0.25，0.8，2.50.15-0.60.08，0.25，0.8，2.5，81.50.25，0.8，2.5，8，2530.8，2.5，8.，25术语术语术术主要主要术语说术语说明明评评价价长长度度ll由由连续连续个取个取样长样长度度ll所构成所构成评评价价长长度度lnln：：由由连续连续nn个取个取样长样长度度ll所构成。所构成。由于工件表面存在微由于工件表面存在微观观的起伏不平不均匀性，因此只在一个取的起伏不平不均匀性，因此只在一个取样长样长度度内来内来测测量和量和评评定表面粗糙度，其代表性往往不充分。所以定表面粗糙度，其代表性往往不充分。所以规规定在定在测测量量内来内来测测量和量和评评定表面粗糙度，其代表性往往不充分。所以定表面粗糙度，其代表性往往不充分。所以规规定在定在测测量量时时，要，要连续连续拾取多个取拾取多个取样长样长度，在度，在每每个取个取样长样长度上得出一个度上得出一个评评定数定数值值，，再取平均再取平均值值作作为评为评价价结结果。果。国国际标际标准准规规定，一个定，一个评评价价长长度度应应含有五个取含有五个取样长样长度（通常度（通常ln=ln=55××ll）。但）。但对对均匀性好的表面可少于五个，反之可多于五个。均匀性好的表面可少于五个，反之可多于五个。术语术语术术主要主要术语说术语说明明平均中平均中线线粗糙度粗糙度评评定定时规时规定的条用于定的条用于计计算表面粗糙度参数算表面粗糙度参数值值的的平均中平均中线线：：粗糙度粗糙度评评定定时规时规定的一条用于定的一条用于计计算表面粗糙度参数算表面粗糙度参数值值的的基准基准线线。。（最小二乗直線）（最小二乗直線）（（11）最小二乘中）最小二乘中线线（（22）算）算术术平均中平均中线线（（22）算）算术术平均中平均中线线（（33）最小二乘中）最小二乘中线线与算与算术术平均中平均中线线差差别别极小极小术语术语术术（（11）最小二乘中）最小二乘中线线（（22）算）算术术平均中平均中线线（（11）最小二乘中）最小二乘中线线（（22）算）算术术平均中平均中线线在取在取样长样长度内，使粗糙度曲度内，使粗糙度曲线线上上在取在取样长样长度内，划分粗糙度曲度内，划分粗糙度曲线线，，在取在取样长样长度内，使粗糙度曲度内，使粗糙度曲线线上上各点到各点到该该中中线线的距离的平方和最的距离的平方和最小小在取在取样长样长度内，划分粗糙度曲度内，划分粗糙度曲线线，，使上下面使上下面积积相等的基准相等的基准线线粗糙度的参数粗糙度的参数ISO4287:’97/JISB0601:’01粗糙数粗糙数ISO4287:97/JISB0601:01主要参数主要参数说说明明高度参数高度参数高度参数高度参数（（11））RaRa：：轮轮廓的算廓的算术术平均偏差。平均偏差。1取样长度中Z(x)绝对值的平均1LRa,Pa,Wa=──∫|Z(x)|dxL0RaRa1LRa=──∫|Z(x)|dxL0SamplinglengthLSamplingLengthL粗糙度的参数粗糙度的参数ISO4287:’97/JISB0601:’01粗糙数粗糙数ISO4287:97/JISB0601:01主要参数主要参数说说明明高度参数高度参数高度参数高度参数（（22））RzRz：：最大高度粗糙度最大高度粗糙度。。RpRpRz取样长度中轮廓曲线峰高Zp的最大值&轮廓曲线谷深Zv的最大值Rv&轮廓曲线谷深Zv的最大值SamplinglengthLSamplinglengthL粗糙度参数粗糙度参数粗糙度数粗糙度数主要参数主要参数说说明明形状参数形状参数100mtp(c)=───∑bi(%)lni1形状参数形状参数（（11））ttpp：：轮轮廓支承廓支承长长度率度率lni=1bib1c在评价长度范围内，将平行于在评价长度范围内，将平行于c在评价长度范围内，将平行于在评价长度范围内，将平行于平均线的截线放置于测量曲线平均线的截线放置于测量曲线上，超过此线（上方）的凸出上，超过此线（上方）的凸出部分的底边边长（平行线与测部分的底边边长（平行线与测部分的底边边长（平行线与测部分的底边边长（平行线与测量曲线的交点间的长度）的总量曲线的交点间的长度）的总和与评价长度之比，（和与评价长度之比，（%%表示）表示）称之为切断位置的称之为切断位置的tt值值评价长度ln称之为切断位置的称之为切断位置的ttpp值。值。粗糙度的参数粗糙度的参数粗糙数粗糙数主要参数主要参数说说明明间间距参数距参数∑=ninSnS11间间距参数距参数（（11））SS：：轮轮廓廓单单峰平均峰平均间间距距(JISB0601:’8