(第5章 表面粗糙度及其检测)机械精度设计与检测1

1、1一、一、表面结构的基本概念表面结构的基本概念 本章主要内容本章主要内容二、二、表面粗糙度的评定参数表面粗糙度的评定参数三、三、轮廓粗糙度的应用及图样标注轮廓粗糙度的应用及图样标注重点要求重点要求评定参数的含义，图样标注方法。评定参数的含义，图样标注方法。难点：难点：取样长度、评定长度和轮廓中线的概念及取样长度、评定长度和轮廓中线的概念及 粗糙度参数数值的选择。粗糙度参数数值的选择。2一、一、表面结构的特点表面结构的特点表面表面结构结构偶然性表面结构偶然性表面结构重复性表面结构重复性表面结构表面缺陷表面缺陷 表面形状误差表面形状误差 表面波纹度表面波纹度 表面粗糙度表面粗糙度 3二、表面粗糙度

2、的概念二、表面粗糙度的概念 表面粗糙度：表面粗糙度：指机械加工（或铸造、锻打）的零指机械加工（或铸造、锻打）的零件表面上，总会存在着具有的较小间距和峰谷的件表面上，总会存在着具有的较小间距和峰谷的微观微观几何形状误差几何形状误差。也称为微观不平度。也称为微观不平度。 表面粗糙度的产生：表面粗糙度的产生：(3) 以及机床等工装系统的振动等。以及机床等工装系统的振动等。(2) 切削过程中切屑分离时的塑性变形；切削过程中切屑分离时的塑性变形；(1) 切削后遗留切削后遗留 的刀痕；的刀痕；4 表面粗糙度表面粗糙度：零零件表面所具有的微件表面所具有的微观几何形状误差。观几何形状误差。10mm=11010

3、mm 属于形状误差属于形状误差=110 属于表面波度属于表面波度1mm 属于表面粗糙度属于表面粗糙度 表面形状误差、表面粗糙度、表面波纹度的区分表面形状误差、表面粗糙度、表面波纹度的区分5三、三、 表面结构对零件工作性能的影响表面结构对零件工作性能的影响 影响零件的影响零件的耐磨性耐磨性。 影响影响配合性质的稳定性配合性质的稳定性。 影响零件的影响零件的疲劳强度疲劳强度。 影响零件的影响零件的抗腐蚀性抗腐蚀性。 影响零件的影响零件的密封性密封性。 对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合电导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影强度等也有着

4、不同程度的影响。响。 65.1 5.1 概述概述四、四、 常见的表面缺陷常见的表面缺陷 1 1凹缺陷凹缺陷 破裂 毛孔 裂缝 擦痕 窝陷 砂眼 75.1 5.1 概述概述2 2凸缺陷凸缺陷 树瘤 疱疤 飞边 缝脊 夹杂物 氧化皮 85.1 5.1 概述概述环形坑 划痕 切削残余 腐蚀 裂纹 斑点3 3混合表面缺陷混合表面缺陷 4 4区域和外观缺陷区域和外观缺陷 95.1 5.1 概述概述五、五、 表面缺陷的参数表面缺陷的参数 表面缺陷可以用缺陷的表面缺陷可以用缺陷的表面表面缺陷长度（缺陷长度（simesime）、）、宽度（宽度（simwsimw）、深度（）、深度（simsdsimsd） 、高度

5、（、高度（simshsimsh）、）、面积（面积（simasima） 、缺陷总面积（、缺陷总面积（simtsimt）、单位面积缺）、单位面积缺陷数（陷数（simnsimn/a/a）等参数进行评定，并用允许最大极等参数进行评定，并用允许最大极限值在图样上表达设计限值在图样上表达设计要求。要求。表面缺陷的参数值尚无国家标准表面缺陷的参数值尚无国家标准。本节结束本节结束105.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定一、一、 表面粗糙度评定的术语与定义表面粗糙度评定的术语与定义 1 1实际表面实际表面 实际表面是物体与周围介质分离的表面。实际表面是物体与周围介质分离的表面。 2 2实际表面轮廓实际表

6、面轮廓 由理想平面与实际表面相交所得的轮廓。由理想平面与实际表面相交所得的轮廓。 原始轮廓波纹度轮廓粗糙度轮廓113取样长度取样长度 （ lr 、lw、lp）取样长度取样长度测量表面粗糙度时，规定的一段足够测量表面粗糙度时，规定的一段足够短的长度上，以限制或减弱波纹度对测量的影响。短的长度上，以限制或减弱波纹度对测量的影响。 至少包含至少包含5 5个微峰和个微峰和5 5个微谷个微谷取值系列取值系列：0.08、0.25、0.8、2.5、8 mm5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定124评定长度评定长度 （ ln ）评定长度评定长度最小的测量长度。最小的测量长度。连续的几个取样连续的几个取

7、样长度。目的是为了更可靠地反映表面粗糙度轮廓长度。目的是为了更可靠地反映表面粗糙度轮廓的特性的特性 。取值系列取值系列：0.4、1.25、4、12.5、40 mm5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定135 5评定粗糙度的基准线（中线）评定粗糙度的基准线（中线） 在处理粗糙度结果时，必须建立一个新的坐标，在处理粗糙度结果时，必须建立一个新的坐标，该坐标就是该坐标就是基准线。基准线。xzlrlr基准线应穿过轮廓，且与轮廓基准线应穿过轮廓，且与轮廓走向一致，因此也称为走向一致，因此也称为中线。中线。5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定14确定轮廓中线的方法有两种：确定轮廓中线的方法有

8、两种：（1 1）轮廓的算术平均中线）轮廓的算术平均中线 若若中线与轮廓所包围的面积上下相等中线与轮廓所包围的面积上下相等，则，则称为算术平均中线，它是唯一的。称为算术平均中线，它是唯一的。5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定15（2 2）轮廓最小二乘中线）轮廓最小二乘中线 满足满足 ，是唯一的一条线。是唯一的一条线。 min2iyx yiyi5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定 在取样长度在取样长度lr内，使轮廓线上各点的轮廓偏距内，使轮廓线上各点的轮廓偏距yi的平方和的平方和为最小的基准线，它是唯一的。为最小的基准线，它是唯一的。 161 1轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏

9、差 ra二、二、 表面粗糙度的评定参数表面粗糙度的评定参数 ra在取样长度在取样长度lr范围内，轮廓上各点至中线范围内，轮廓上各点至中线的纵坐标值的纵坐标值 z(x ) ) 的绝对值的算术平均值。的绝对值的算术平均值。 x zilrz(x )5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定17rz在一个取样长度在一个取样长度 lr范围内，被评定轮廓的最范围内，被评定轮廓的最大轮廓峰高大轮廓峰高 rp与最大轮廓谷深与最大轮廓谷深 rv之和的高度。之和的高度。 2 2轮廓的最大高度轮廓的最大高度 rzlrrzrprvzxrz = rp rv 在零件有疲劳要求在零件有疲劳要求时最好使用该参数时最好使用该

10、参数5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定183 3轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度r rsmsm 5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定4 4轮廓支承长度率轮廓支承长度率 rmr(c)19 设计中，最常用的参数是幅度参数设计中，最常用的参数是幅度参数 ra 或或 rz， 其他参数根据需要选择，使用较少。其他参数根据需要选择，使用较少。 5.2 5.2 表面粗糙度评定表面粗糙度评定本节结束本节结束表面粗糙度评定参数共表面粗糙度评定参数共 4个个：基本参数基本参数 2 个个 附加参数附加参数(辅助参数辅助参数) 2 个个ra 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差rz 轮廓最大高度轮廓

11、最大高度rsm 轮廓单元平均宽度轮廓单元平均宽度 rmr(c) 轮廓支承长度率轮廓支承长度率205.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用 本章介绍的表面轮廓国家标准有：本章介绍的表面轮廓国家标准有：gb/t 3505-2009gb/t 3505-2009，术语、定义及结构参数，术语、定义及结构参数 gb/t 1031-2009gb/t 1031-2009，参数及数值规定，参数及数值规定gb/t 131-2006gb/t 131-2006，符号、代号及标注法，符号、代号及标注法在此之前采用的为粗糙度旧国家标准在此之前采用的为粗糙度旧国家标准gb/t 3505-2000gb/t 350

12、5-2000gb/t 1031-1995gb/t 1031-1995gb/t 131-1993gb/t 131-199321一、一、 新旧标准的主要差别新旧标准的主要差别1 1内容上的差别内容上的差别 新标准包括对粗糙度轮廓（新标准包括对粗糙度轮廓（r r）、波纹度轮廓（）、波纹度轮廓（w w）、）、原始轮廓（原始轮廓（p p），旧标准仅为表面粗糙度的评定。），旧标准仅为表面粗糙度的评定。2 2主要评定参数的符号、定义的差别主要评定参数的符号、定义的差别（1）轮廓算术平均偏差ra：新老标准符号、定义相同；（2）轮廓最大高度rz ：定义相同；（3）轮廓单元的平均宽度rsm（4）轮廓支承长度率rm

13、r定义相同。 5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用22二、 表面粗糙度的图样标注1 1表面粗糙度的符号和代号表面粗糙度的符号和代号 基本符号基本符号：用任意用任意方法获得的表面方法获得的表面用去除材料的方法用去除材料的方法获得的表面获得的表面不去除材料的方法不去除材料的方法获得的表面获得的表面 5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用23 5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用gb/t131-2006取代取代gb/t131-19932425262 2粗糙度代号及数值的标注粗糙度代号及数值的标注 这里仅举例说明最常用的幅度参数标注这里仅举例说明最常用的幅

14、度参数标注（ 1）标注极限值中的一个数值且默认为上限值）标注极限值中的一个数值且默认为上限值（2）同时标注上、下限值）同时标注上、下限值5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用270.1精磨精磨0.25/ rsm0.050.85.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用28（1）应将代号标注在可见轮廓线、尺应将代号标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面端必须从材料外指向被注表面。3 3注意事项注意事项5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用29 （2 2）当选用）当选用ra

15、ra ，“ra”ra”本身可以省略；本身可以省略；其余参数都应标出；其余参数都应标出；3.2 （3 3）上限值和最大值区别）上限值和最大值区别：上限值上限值： 允许有不超过允许有不超过16%的实的实 测值大于规定的上限值测值大于规定的上限值最大值最大值： 所有的实测值皆不能超所有的实测值皆不能超 过允许值过允许值3.2maxrz3.20.1精磨精磨0.25 / rsm0.050.83.25.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用30（4 4） 其余标注与全周标注其余标注与全周标注图上所有未标注的表面粗糙图上所有未标注的表面粗糙度度rara的允许值皆为的允许值皆为25m25m图上图上所

16、有所有 表面粗糙度表面粗糙度rara的允的允许值皆为许值皆为6.3m6.3m5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用31表面粗糙度的图样标注实例表面粗糙度的图样标注实例 32表面粗糙度的图样标注实例表面粗糙度的图样标注实例20062006标准标准33三、表面粗糙度精度设计三、表面粗糙度精度设计 零件图样上的每一个表面都必须规定表面粗零件图样上的每一个表面都必须规定表面粗糙度轮廓的技术要求，其主要内容有两项：糙度轮廓的技术要求，其主要内容有两项： （ 1 1 ）选择哪些评定参数；）选择哪些评定参数； （ 2 2 ）评定参数的允许值选多大。）评定参数的允许值选多大。 表面粗糙度轮廓的评

17、定参数及允许值的大小表面粗糙度轮廓的评定参数及允许值的大小应根据应根据零件的功能要求零件的功能要求和和经济性经济性来选择。来选择。5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用34 设计中，最常用设计中，最常用ra 或或 rz， 根据需要选择其它。根据需要选择其它。 5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用1 1评定参数的选择评定参数的选择 评定参数选用评定参数选用幅度参数幅度参数ra、 rz附加参数附加参数-有特殊要求选用有特殊要求选用rsm ， rmr(c)优先选优先选ra ：粗糙度参数值在粗糙度参数值在（0.025 6.3） m； 选选rz ：粗糙度参数值在粗糙度参数值

18、在(6.3 100) m ，(0.008 0.020 ) m；rsm 用于对涂漆性能、抗裂纹和抗腐蚀等有要求时；用于对涂漆性能、抗裂纹和抗腐蚀等有要求时；rmr(c)用于对耐磨性和接触刚度等有要求时，但同时要用于对耐磨性和接触刚度等有要求时，但同时要给出给出c值。值。 352 2粗糙度参数允许值的选择粗糙度参数允许值的选择 5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用 国标国标gb/t1031-2009gb/t1031-2009表面粗糙度参数及其数值表面粗糙度参数及其数值 满足功能要求的前提下满足功能要求的前提下值尽量大值尽量大（标准化）（标准化）参数值的选用参数值的选用考虑（类比法）

19、考虑（类比法）工作面比非工作面值小工作面比非工作面值小（同一个零件）；（同一个零件）；摩擦面比非摩擦面值小；摩擦面比非摩擦面值小；配合稳定、尺寸（配合稳定、尺寸（几何几何）公差）公差值小、密封性好等值小；值小、密封性好等值小；注意注意与尺寸公差与尺寸公差和和几何公差几何公差的协调的协调特殊应按标准规定确定粗糙度值特殊应按标准规定确定粗糙度值36选择粗糙度参数允许值时应注意以下几点选择粗糙度参数允许值时应注意以下几点： （）粗糙度参数允许值已经标准化，应选择规定的）粗糙度参数允许值已经标准化，应选择规定的参数值；参数值； 5.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用 （2 2）重要工作面

20、的允许值应该小。）重要工作面的允许值应该小。 如摩擦表面，运动速度高、单位面积压力大，如摩擦表面，运动速度高、单位面积压力大，要求配合性质稳定的表面等。要求配合性质稳定的表面等。 （3 3）粗糙度参数的允许值应与尺寸公差、形状公）粗糙度参数的允许值应与尺寸公差、形状公差协调。同时可参考应用实例。差协调。同时可参考应用实例。 （4 4）某些零件的粗糙度已有专业标准做了规定，应按该）某些零件的粗糙度已有专业标准做了规定，应按该标准的规定来确定其表面粗糙度轮廓参数允许值。标准的规定来确定其表面粗糙度轮廓参数允许值。 375.3 5.3 表面粗糙度及其应用表面粗糙度及其应用ra 的数值的数值0.120.203.2500.0250.406.30.0500.8012.50.1001.6025rz 的数值的数值0.0250.406.310010000.0500.8012.52000.1001.60254000.203.25080038四、四、表面粗糙度检测表面粗糙度检测1 1比较法比较法将被测表面与粗糙度样块比较，判断其合