实验二 表面粗糙度测量

实验二用双管显微镜测量表面粗糙度
表面粗糙度的测量方法常用的有光切法、光波干涉法及触针法等。

工厂常用的还有用表面粗糙度样板直接和被测工件对照的比较法，以及利用塑性和可铸性材料将被测工件表面的加工痕迹复印下来，然后再测量复印的印模，从而确定被测工件的表面粗糙度级别的印模法。

一、实验目的
1．了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。

2．加深对粗糙度评定参数轮廓的最大高度R z 的理解。

二、实验内容
用双管显微镜测量表面粗糙度的R z 值。

三、计量器具及测量原理
双管显微镜用于测量Ｒz 值1–80μm 。

仪器的视场直径为0.3~2.5mm 。

微轮廓的最大高度R z 是在取样长度l 内，最大轮廓峰高y Pmax 和最大轮廓谷深y vmax 之和，如图2–1所示。

其计算公式为：
R z =y Pmax +y vmax
图2–1轮廓的最大高度Rz
双管显微镜的外形如图2–2所示，底座１、工作台６、立柱３、升降螺帽４、升降手柄５、可调视度目镜７、可调“＋”字线千分尺筒８、横向移动千分尺２、（一般仪器调好后，２是不允许动的）、被测量件９，紧固螺钉10。

仪器是根据光切原理进行表面粗糙度测量的。

光线经过光栏和物镜射向工件的被检验表面（入射角为45°），由于入射的扁平光束有一定的厚度，当被检验表面粗糙不平时，在目镜视场中观察到的轮廓影像是与被测表面成45°方向截面上的凸凹不平的弯曲状光带，并放大了M 倍。

因而微观不平度的实际高度h 与目镜中见到的影像h′之间的关系由下式表示：
M
h h °=
45cos '为了测量和计算方便，显微镜在结构上使目镜分划板十字线沿着目镜百分尺螺杆移动方向成45°的方向移动，移动量从目镜百分尺上读取，因此在目镜视场内光带峰谷之间的距
图2–2双管显微镜示意图
离h′与从目镜百分尺上读取的数值H 之间的关系为：
h′=H ·cos45°
所以M
H H h 21
M 45cos 2•
=°•=令
则E M
=21
H E h •=根据被测工件表面粗糙度的要求，按国家标准GB10131–83的规定选取物镜放大倍数与系数E 值。

参看表2—1。

表2–1四、测量步骤
1．根据被测工件表面粗糙度的要求，按表2–1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．通过变压器，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 型块上。

4．粗调节、细调节调整出影像，直到目镜中观察到绿色光带和表面轮廓不平度的影象。

（1）将工件置于工作台上，松开紧固螺10，转动横臂并回转升降螺帽４，使镜头对准被测表面上方，然后紧固螺钉10。

（2）调节升降手柄5，使带有双管的支架微微上、下移动，使目镜视场上同时出现切削痕纹与光带。

（3）转动工作台6（或横臂），使加工痕纹与投射在工作表面上的绿色光带彼此垂直，并交错调整上述升降手柄5与横向移动千分尺2，使目镜中光带最狭窄，轮廓影象最清晰并位于视场的中央。

5．测量工件表面粗糙度
调整目镜测微器，使目镜中的十字水平线平行于光带轮廓中线，并以此水平线作为测量的基准线，转动目镜测微器，在基本长度l 范围内，使该线分别与最大峰顶和最大谷底相切。

从目镜测微器上分别得到最大峰顶的读数为h 2和最大谷底读数为h 1，按下式计算得出轮廓的最大高度R z
R z =h 2－h 1
式中：h i ——单位为格数。

6．纵向移动工作台，在测量范围长度内，共测出n （n 一般取5）个取样长度的Rz 值，取它们的平均值作为被测表面的轮廓最大高度。

按下式计算：
物镜放大倍数
N 总放大倍数
视场直径（mm）物镜工作距离（mm）系数E mm/格测量范围Rz (μm)7X 60X 2.517.8 1.2810—8014X 120X 1.3 6.80.63 3.2—1030X 260X 0.6 1.60.20 1.6—6.360X
520X
0.3
0.65
0.16
0.8—3.2
图2–3目镜视场
n
R
R n
z
Z ∑=
1
(平均）7．按表面粗糙度国家标准确定工件表面粗糙度等级。

几种常用的机械加工方法的最小测量长度见表2－2。

表2－2
五、注意事项
1．小心调整仪器，防止镜头接触工件（使用60倍、30倍镜头时尤应注意）。

最好先使镜头下降到最低位置（比工件表面略高），然后自下而上调整镜头并进行观察。

2．测量圆柱体工件时，应使光带在最高素线上，才能获得清晰的条纹。

3．凡士林等油脂不可弄在镜头表面上，否则图像模糊不清。

六、思考题
1．什么是Rz 参数和Ra 参数，用双管显微镜能测量Ra 参数吗？2．为什么光带轮廓上、下边缘不能同时达到最清晰的程度？3．影响测量精度的因素有哪些？
表面轮廓的特点
基本长度l（mm）
测量长度L（mm）
比较规则和均匀（如车、铣） 2.5（1~3）l 不很规则和均匀（如精车、磨）0.8（2~6）l 很不规则和均匀（如精磨，研）
0.25
（6~17）l。