【知识目标】

1.了解表面粗糙度的概念及定义方式。

2.掌握表面粗糙度的测量方法。

【技能目标】

1.掌握光切显微镜测量工件表面粗糙度的方法。

2.掌握微观不平十点高度差的计算方法。

5.4.1　实验设备

①光切双管显微镜。

②表面粗糙度样块。

5.4.2　实验内容

①用光切显微镜测量样块表面轮廓峰值。

②计算并评定样块微观不平十点高度差Rz 是否合格。

5.4.3　实验原理

如图5.14 所示,微观不平度十点高度Rz 是在取样长度l 内,从平行于轮廓中线m 的任意一条线算起,到被测轮廓的5 个最高点(峰)和5 个最低点(谷)之间的平均距离,即

图5.14　十点不平高度的定义

光切双管显微镜能测量Rz 为1~80 μm 的表面粗糙度。

光切法显微镜如图5.15 所示。它由底座、工作台、观察光管、投影光管、支臂及立柱等组成。

图5.15　光切双管显微镜

1—底座;2—工作台;3—观察光管;4—目镜测微器;5—螺钉;6—调节手轮;7—支臂;8—立柱;9—锁紧螺钉;10—支臂调节螺母;11—投影光管

光切法显微镜利用光切原理来测量表面粗糙度,如图5.16 所示。被测表面为P1,P2 阶梯表面,当一平行光束从45°方向投射到测量表面上时,就被折成S1 和S2 两段。从垂直于光束的方向上就可在显微镜内看到S1 和S2 两段光带的放大的像S′1 和S′2。同样,S1 和S2 之间的距离h 也被放大为像S′1 和S′2 之间的距离h′1。通过测量和计算,可求得被测表面的不平度高度h。

如图5.17 所示为光切法显微镜的光学系统图。它由光源发出的光,经聚光镜、狭缝、物镜,以45°方向投射到被测工件表面上。调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观察光管内,经物镜成像在目镜分划板上,通过目镜可观察到凹凸不平的光带(见图5.18(b))。光带边缘即工件表面上被照亮了的h1 的放大轮廓像h′1,测量光带边缘的宽度h′1,可求出被测表面的不平度高度h 为

式中　N——物镜放大倍率。(www.daowen.com)

图5.16　光切原理

图5.17　光切双管显微镜光学系统图

1—光源;2—聚光镜;3—狭缝;4,5—物镜;6—目镜分划板;7—目镜

图5.18　测微目镜中十字线的移动

为了测量和计算方便,测微目镜中十字线的移动方向(见图5.18(a))和被测量光带边缘宽度成45°斜角(见图5.18(b)),故目镜测微器刻度套筒上的读数值与不平高度的关系为

所以

式中　C——测微器刻度套筒的分度值或称换算关系,C=1/(2N)。

5.4.4　实验步骤

①根据被测工件表面粗糙度的要求,按表5.2 选择合适的物镜组,分别安装在投射光管和观察光管的下端。

②接通电源。

③擦净被测工件,把它安放在工作台上,并使被测表面的切削痕迹的方向与光带垂直。当测量圆柱形工件时,应将工件置于V 形块上。

表5.2　物镜放大倍数与测量范围

④粗调节。如图5.15 所示,用手托住支臂,松开锁紧螺钉,缓慢旋转支臂调节螺母,使支臂上下移动,直到目镜中观察到绿色光带的影像,如图5.18(b)所示。然后将螺钉紧固。要注意防止物镜与工件表面相碰,以免损坏物镜组。

⑤细调节。缓慢而往复转动调节手轮,使目镜中光带最狭窄,绿色光带影像最清晰并位于视场的中央。

⑥松开螺钉,转动目镜测微器,使目镜中十字线的一根线与光带轮廓中心线大致平行(此线代替平行于轮廓中线的直线),然后将螺钉紧固。

⑦根据被测表面粗糙度的数值,按国家标准GB/T 1031—2009 的规定选取取样长度和评定长度。

⑧旋转目镜测微器的刻度套筒,使目镜中十字线的水平线与光带轮廓一边的峰(或谷)相切,如图5.18(b)所示的实线,并从测微器读出被测表面的峰(或谷)的数值。以此类推,在取样长度范围内分别测出5 个最高点(峰)和5 个最低点(谷)的数值,然后计算出Rz 的数值。

⑨纵向移动工作台,按测量步骤⑧在评定长度范围内,测出每个取样长度上的Rz 值,取它们的平均值作为被测表面微观不平度十点高度。

5.4.5　思考题

①测量时,为什么只能测量光带的同一边缘,而不能在两个边缘上测量?

②测量表面粗糙度还有哪些方法?