表面粗糙度检测技术优化策略分析

任务描述与要求

当某个零件图纸中有表面粗糙度符号出现时，加工人员会按照其进行加工，但加工后如何验证其是否合格，即达到下面符号的要求？

任务分析

由任务可知，要想解决此任务，需要掌握表面粗糙度的检测方法。

任务知识准备

一、表面粗糙度的选用

评定参数的选择应考虑零件使用功能的要求、检测的方便性及仪器设备条件等因素。

国家标准规定，轮廓的幅度参数Ra 或Rz 是必须标注的参数，其他参数是附加参数。对于一般的零件表面，通常选用幅度参数Ra 或Rz 即可满足零件表面的功能要求。轮廓的算术平均偏差Ra 既能反映表面的微观高度特征，又能反映形状特征，且用电动轮廓仪测量表面粗糙度（轮廓法）直接得到的参数就是Ra，因此在两个高度参数中应优先选用Ra。轮廓的最大高度Rz 只反映表面的局部特征，评价表面粗糙度不如Ra 全面，但对某些不允许存在较深的加工痕迹的表面和小零件表面，Rz 就比较适用。

二、表面粗糙度参数值的选用

表面粗糙度参数值的选用直接关系到零件的性能、质量、使用寿命、制造工艺和制造成本，在满足功能要求的前提下，要兼顾经济性和加工的可能性。所有参数的数值一般应从国标规定的系列值中选取（表5 - 2～表5 - 5）。具体选择时应注意以下几点。

（1） 在满足使用功能的前提下，尽量选用大的参数值，以降低加工成本。

（2） 同一零件上，工作表面比非工作表面的粗糙度参数值小。

（3） 摩擦表面的粗糙度参数值应比非摩擦表面的粗糙度参数值小。

（4） 滚动摩擦表面的粗糙度参数值比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小。

（5） 承受交变载荷的零件表面以及易产生应力集中的部位，应选用较小的粗糙度参数值。

（6） 接触刚度要求较高的表面、运动精度要求较高的表面、易受腐蚀的零件表面，应选用较小的粗糙度参数值。

（7） 要求配合性质稳定、可靠时，粗糙度参数值应小些。小间隙配合表面、受重载作用的过盈配合表面，其粗糙度参数值要小。

SDC - 16C 双头数控车加工　

镜面级加工

（8） 尺寸公差、几何公差要求高的表面，粗糙度参数值应小。

（9） 凡有关标准已对表面粗糙度要求做出规定者（如轴承、量规、齿轮等），应按标准规定选取表面粗糙度参数值。

表5 - 8 给出了对应于表面粗糙度参数Ra 值的一般加工方法及应用示例。

表5-8　表面粗糙度参数值的应用

三、表面粗糙度的检测

常用的表面粗糙度的检测方法主要有比较法、光切法、干涉法和针描法。

1. 比较法 (www.xing528.com)

比较法是将被测表面与表面粗糙度比较样块进行比较，凭视觉或触觉判断表面粗糙度是否符合要求的一种检验方法。比较时，所用比较样块的形状、加工方法、加工纹理、色泽和材料应与被测表面一致，这样才能保证检验结果的可靠性。

比较法简便易行，适宜于车间检验，但其检验的准确性在很大程度上取决于检验人员的经验，故常用于比较粗糙的表面粗糙度的检验。

2. 光切法

光切法使用光切显微镜（或双管显微镜）测量表面粗糙度参数值，如图5 - 30 所示。图5 - 31所示为光切显微镜的工作原理示意图。光源1 发出的光经过狭缝3 后变成一狭窄光带照射在被测轮廓上，在目镜7 中可观察到被放大的轮廓影像，通过仪器的测微装置可测得轮廓的高度、间距，从而得到被测表面轮廓的粗糙度参数值。

图5-30　光切显微镜　

图5-31　光切显微镜的工作原理示意图　

1—光源；2—聚光镜；3—狭缝；4—被测表面；5—物镜；6—分划板；7—目镜

光切法只能用来测量新标准中定义的参数Rz和Rsm，且只适用于测量加工纹理清晰的车、铣、刨削表面的表面粗糙度。

3. 干涉法

干涉法使用干涉显微镜（见图5 - 32）测量表面粗糙度参数值。图5 - 33 所示为干涉显微镜的工作原理示意图。光源1 发出的光被分光板7 分成两路，一路向上被被测表面反射回来，另一路向左被反射回来，两路光汇合后形成一组与被测轮廓相对应的干涉条纹，可在目镜14中观察到。干涉条纹的弯曲程度反映了被测轮廓峰、谷的高低，测出干涉条纹的弯曲量及间距，根据光的波长即可得到被测表面轮廓的粗糙度参数Rz 的值。

图5-32　干涉显微镜　

图5-33　干涉显微镜的工作原理示意图　

1—光源；2—聚光镜；3，11，15—反射镜；4—孔径光阑；5—视场光阑；6—照明物镜；7—分光板； 8，10—物镜；9—补偿板；12—转向棱镜；13—分划板；14—目镜；16—摄影物镜

4. 针描法

针描法使用电动轮廓仪（见图5 - 34）测量表面粗糙度参数值。图5 - 35 所示为电动轮廓仪的工作原理示意图。测量时，曲率半径很小（通常为2 μm、5 μm、10 μm）的金刚石触针在被测表面上轻轻划过，被测表面轮廓的微观起伏使触针上下位移，再通过杠杆将位移传给传感器。传感器将位移转换成电信号，经放大、相敏检波和滤波等后续处理后，得到与被测表面轮廓相对应的电信号。该信号经A/D 转换后送入计算机，经计算机处理后显示出被测表面轮廓曲线及表面粗糙度参数值。电动轮廓仪也可通过记录仪直接记录、显示被测轮廓曲线。

电动轮廓仪可以根据国际标准及新国家标准的有关规定，按轮廓法测量所有原始轮廓、粗糙度轮廓及波纹度轮廓参数。测量表面粗糙度时，可以测量Ra、Rz、Rsm和Rmr（c）等参数，其中Ra 的测量值通常为0.025～6.3 μm。

SDR990 粗糙度仪 深槽传感器

图5-34　电动轮廓仪　

图5-35　电动轮廓仪的工作原理示意图　

1—触针；2—支点；3—电感线圈；4—磁芯；　5—杠杆；6—被测表面

大型工件的表面粗糙度测量可使用便携式表面粗糙度检查仪，这种仪器可放置在工件上进行测量，工作原理与上述相似。

任务实施

此任务可以通过样块比较法来进行实际检测，判断零件是否合格，此法所采用的比较样块除研磨样块采用GCr15 材料外，其余样块采用45 优质碳素结构钢制成。