互换性与测量技术-14 表面粗糙度

1、 第第 五五 章章一、概述一、概述 机械加工或者其他方法获机械加工或者其他方法获得的零件表面，微观上总会存得的零件表面，微观上总会存在较小间距的峰谷痕迹，表面在较小间距的峰谷痕迹，表面粗糙度就是粗糙度就是表述这些微小峰谷表述这些微小峰谷高低程度和间距状况的微观几高低程度和间距状况的微观几何形状特性的指标。何形状特性的指标。图图 表面粗糙度示意图表面粗糙度示意图一、概述一、概述宏观几何形状宏观几何形状l表面波纹度表面波纹度l表面粗糙度表面粗糙度几何形状误差几何形状误差 1010mmmm1mm 1mm 1 10mm0mm 1 1mmmm表面粗糙度表面粗糙度：在零件加工表面存在的一种由较小间距：在零

2、件加工表面存在的一种由较小间距和微小峰谷形成的微观几何形状误差。和微小峰谷形成的微观几何形状误差。一、概述一、概述表面粗糙度直接影响产品的质量，对零件表面许多功表面粗糙度直接影响产品的质量，对零件表面许多功能都有影响。其主要表现能都有影响。其主要表现 ：1. 影响耐磨性影响耐磨性 2. 影响配合性质的稳定性影响配合性质的稳定性 3. 影响疲劳强度影响疲劳强度 4. 影响耐腐蚀性影响耐腐蚀性为保证零件的使用性能和互换性，在零件几何精度设为保证零件的使用性能和互换性，在零件几何精度设计时必须提出合理的表面粗糙度要求。计时必须提出合理的表面粗糙度要求。 2.2.表面粗糙度对互换性的影响表面粗糙度对互

3、换性的影响 二、表面粗糙度的评定二、表面粗糙度的评定 产品几何技术规范产品几何技术规范 表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 表面结构的术表面结构的术语、定义及参数语、定义及参数（GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000）表面粗糙度表面粗糙度 参数及其数值参数及其数值（GB/T1031-1995GB/T1031-1995）机械制图机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法表面粗糙度符号、代号及其注法（GB/T GB/T 131-1993131-1993） 表面粗糙度标准有表面粗糙度标准有: : 二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 1. 1.基本术语及定义（基本术语及定义（G

4、B/T 3505-2000GB/T 3505-2000） l 取样长度（取样长度（lrlr） 用于判别表面粗糙度的沿用于判别表面粗糙度的沿 X 轴方向上的长度，即具轴方向上的长度，即具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。有表面粗糙度特征的一段基准线长度。 X 轴的方向与轮廓总的走向一致，一般应包括轴的方向与轮廓总的走向一致，一般应包括5个以个以上的波峰和波谷上的波峰和波谷。 二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 1.1.基本术语及定义（基本术语及定义（GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000） l 评定长度（评定长度（ln） l 评定长度指评定表面粗糙度所必须的一段长

5、度。评定长度指评定表面粗糙度所必须的一段长度。 可包括一个或几个取样长度可包括一个或几个取样长度 。一般取。一般取ln=5lr。二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 1.1.基本术语及定义（基本术语及定义（GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000） l 轮廓中线轮廓中线 具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，是用具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，是用以评定表面粗糙度参数值的给定线。以评定表面粗糙度参数值的给定线。轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线轮廓中线轮廓中线二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 1. 1.基本术语及定义（

6、基本术语及定义（GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000） l 轮廓中线轮廓中线 l 1 1）轮廓的最小二乘中线）轮廓的最小二乘中线 在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标值在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标值Z（x)的平方和为最小的的平方和为最小的基准线。基准线。即二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 1. 1.基本术语及定义（基本术语及定义（GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000） 2 2）轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线 轮廓算术平均中线是指在取样长度内划分实际轮轮廓算术平均中线是指在取样长度内划分实际轮廓为上、下两部分，且使两部分面积相等的

7、基准线。廓为上、下两部分，且使两部分面积相等的基准线。 即二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 1.1.基本术语及定义（基本术语及定义（GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000） l 轮廓滤波器和传输带轮廓滤波器和传输带 在评定三类轮廓上的参数时，必须先将表面轮廓在在评定三类轮廓上的参数时，必须先将表面轮廓在特定仪器上进行滤波，以便分析获得所需波长范围的特定仪器上进行滤波，以便分析获得所需波长范围的轮廓。轮廓。 轮廓滤波器：轮廓滤波器：将轮廓分成长波和短波成分的仪器。将轮廓分成长波和短波成分的仪器。 s c f s c f 传输带：传输带：由两个不同截止波长的滤波器

8、分离获得的由两个不同截止波长的滤波器分离获得的轮廓波长范围。轮廓波长范围。二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 1.1.基本术语及定义（基本术语及定义（GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000） l 极限值判断规则极限值判断规则 16%16%规则：规则：被检表面测得的全部参数值中，超过极限值的个数被检表面测得的全部参数值中，超过极限值的个数不多于总个数的不多于总个数的16%16%时，该表面时合格的。时，该表面时合格的。 最大规则：最大规则：被检的整个表面上测得的参数值一个也不超过给定被检的整个表面上测得的参数值一个也不超过给定的极限值。的极限值。 16%规则是所有表

9、面结构要求标注的默认规则。即当参数规则是所有表面结构要求标注的默认规则。即当参数代号后未注代号后未注“max”字样时，均默认为应用字样时，均默认为应用16%规则（例如规则（例如Ra0.8）。反之，应用最大规则（例如）。反之，应用最大规则（例如Ramax0.8）。）。二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 2.2.评定参数（评定参数（GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000） 国家标准国家标准GB/T1031-1995GB/T1031-1995规定规定： 基本评定参数基本评定参数：高度参数（幅度参数）高度参数（幅度参数） 附加评定参数附加评定参数：间距和形状特性参数间距

10、和形状特性参数二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 l 高度参数（幅度参数）高度参数（幅度参数） 1 1）轮廓算术平均偏差（轮廓算术平均偏差（Ra） 即在一个取样长度即在一个取样长度lr 内，轮廓上各点至基准线的内，轮廓上各点至基准线的距离的绝对值的算术平均值。距离的绝对值的算术平均值。二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 l 高度参数高度参数 2 2）轮廓最大高度（轮廓最大高度（Rz） 即在一个取样长度即在一个取样长度lr 内，最大轮廓峰高内，最大轮廓峰高Zp 和最和最大轮廓谷深大轮廓谷深Zv之和的高度。之和的高度。RzZpZv二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的

11、评定参数 l 间距间距参数参数 1 1）轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度( (RSm) ) 在取样长度内，轮廓单元宽度在取样长度内，轮廓单元宽度Xs的平均值。的平均值。 轮廓峰和轮廓谷的轮廓峰和轮廓谷的组合组合单元单元 二、表面粗糙度的评定参数二、表面粗糙度的评定参数 l 形状特性形状特性参数参数 轮廓支承长度率（轮廓支承长度率（Rmr(c)） 在给定水平位置在给定水平位置c上上, ,轮廓的实体材料长度轮廓的实体材料长度Ml(c)与评与评定长度定长度ln的比率。的比率。 评定长度内，一平行于评定长度内，一平行于X X 轴的轴的直线从峰顶线向下移一水平截距直线从峰顶线向下移一水平截距c c时

12、，与轮廓相截所得各段截线时，与轮廓相截所得各段截线长度之和。长度之和。 给出Rmr(c)参数时，必须同时给出轮廓水平截距c值。 三、表面粗糙度的标注三、表面粗糙度的标注国家标准国家标准GB/T131-1993GB/T131-1993对表面粗糙度的符号、对表面粗糙度的符号、代号及其标注做了规定。代号及其标注做了规定。 1标注表面结构的图形符号2表面结构代号的注写内容3表面结构代号示例4表面结构要求在图样中的注法(1)标注的规定(2)标注的方法5表面结构要求在图样中的简化注法 若需要标注若需要标注RSmRSm、Rmr(c)Rmr(c)值时，将其符号注在长边的值时，将其符号注在长边的横线下面，数值写

13、在代号的后面。横线下面，数值写在代号的后面。 6. 间距、形状特征参数的标注间距、形状特征参数的标注 举举 例例 举举 例例四、四、表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用 1. 1. 表面粗糙度评定参数的选择表面粗糙度评定参数的选择 l 如无特殊要求，一般仅选用高度参数如无特殊要求，一般仅选用高度参数 1 1）在在Ra Ra = 0.025= 0.0256.36.3范围内，优先选用范围内，优先选用RaRa。表表面过于粗糙或太光滑时，多采用面过于粗糙或太光滑时，多采用 RzRz。2 2）当表面不允许出现较深加工痕迹，防止应力过于当表面不允许出现较深加工痕迹，防止应力过于集中，要求保证零件的抗疲劳强度和

14、密封性时，需集中，要求保证零件的抗疲劳强度和密封性时，需选选RzRz。 四、四、表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择 1. 1. 表面粗糙度评定参数的选择表面粗糙度评定参数的选择 l 附加参数一般不单独使用附加参数一般不单独使用。1 1）对有特殊要求的少数零件的重要表面（如要求喷涂对有特殊要求的少数零件的重要表面（如要求喷涂均匀、涂层有较好的附着性和光泽表面）需要控制均匀、涂层有较好的附着性和光泽表面）需要控制RsmRsm数值数值。2 2）对于有较高支撑刚度和耐磨性的表面，应规定对于有较高支撑刚度和耐磨性的表面，应规定Rmr(c)Rmr(c)参数。参数。四、四、表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择 2

15、.2.表面粗糙度评定参数值的选择表面粗糙度评定参数值的选择 表面粗糙度评定参数值的选择，不但与零件的使表面粗糙度评定参数值的选择，不但与零件的使用性能有关，还与零件的制造及经济性有关。用性能有关，还与零件的制造及经济性有关。选用的原则：选用的原则：在满足零件表面功能的前提下，评在满足零件表面功能的前提下，评定参数的允许值尽可能大定参数的允许值尽可能大，以减小加工难度，降低生，以减小加工难度，降低生产成本。产成本。 四、四、表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择 2.2.表面粗糙度评定参数值的选择表面粗糙度评定参数值的选择 l 选择方法选择方法 l1) 1) 计算法计算法 l2 2）试验法）试验法l3

16、 3）类比法）类比法 四、四、表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择 3 3）类比法）类比法（1 1）在同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度值小。）在同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度值小。（2 2）摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩）摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的表面粗糙度值小。擦表面的表面粗糙度值小。（3 3）运动速度高、单位面积压力大、受交变载荷的零）运动速度高、单位面积压力大、受交变载荷的零件表面，以及最易产生应力集中的部位（如沟槽、园角、件表面，以及最易产生应力集中的部位（如沟槽、园角、台肩等），表面粗糙度值均应小些。台肩等），表面粗糙度值均应小些。（4 4）

17、配合要求高的表面，表面粗糙度值应小些。）配合要求高的表面，表面粗糙度值应小些。 四、四、表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择 （5 5）对防腐性能、密封性能要求高的表面，表面）对防腐性能、密封性能要求高的表面，表面粗糙度值应小些。粗糙度值应小些。（6 6）配合零件表面的粗糙度与尺寸公差、形位公）配合零件表面的粗糙度与尺寸公差、形位公差应协调。差应协调。 尺寸、形位公差值越小，表面粗糙度值越小；尺寸、形位公差值越小，表面粗糙度值越小； 尺寸公差等级相同，轴比孔的表面粗糙度值要小；尺寸公差等级相同，轴比孔的表面粗糙度值要小； 对于同一公差等级的不同尺寸的孔或轴，小尺寸的孔轴对于同一公差等级的不同尺寸的

18、孔或轴，小尺寸的孔轴比大尺寸的孔轴表面粗糙度值要小。比大尺寸的孔轴表面粗糙度值要小。四、四、表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择 配合零件表面的粗糙度与尺寸公差、形位公差配合零件表面的粗糙度与尺寸公差、形位公差应协调。一般应符合：应协调。一般应符合： 尺寸公差尺寸公差 形位公差形位公差 表面粗糙度表面粗糙度。 设表面形状公差值为设表面形状公差值为T，尺寸公差值为，尺寸公差值为IT，它们之间可参，它们之间可参照以下对应关系：照以下对应关系： 若若T0.61T，则，则Ra0.05IT，Rz0.21T； 若若T0.41T，则，则Ra 0.025IT,Rz 0.1T; 若若T0.25IT，则，则Ra 0.

19、012IT,Rz 0.05IT； 若若T0.25IT，则，则Ra 0.15T，Rz 0.6T (一一)比较法比较法 比较法就是将被测零件表面与表面粗糙度样板比较法就是将被测零件表面与表面粗糙度样板 ，通过视，通过视觉、触感或其它方法进行比较后，对被检表面的粗糙度作出觉、触感或其它方法进行比较后，对被检表面的粗糙度作出评定的方法。评定的方法。常用于生产现场常用于生产现场 .五、五、 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量 1.测量表面粗糙度的测量方法测量表面粗糙度的测量方法 (二二)光切法光切法 光切法就是利用光切法就是利用“光切原理光切原理”来测量零来测量零件表面的粗糙度件表面的粗糙度. .五、五、

20、 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量 1.测量表面粗糙度的测量方法测量表面粗糙度的测量方法实实 验验 目目 的的仪仪 器器 说说 明明实实 验验 步步 骤骤光切法测量表面粗糙度实验光切法测量表面粗糙度实验实实 验验 报报 告告实实 验验 目目 的的1 1 熟悉光切显微镜测量表面粗糙度的方法熟悉光切显微镜测量表面粗糙度的方法2 2 加深对微观不平度十点高度加深对微观不平度十点高度RzRz的理解的理解3 3 正确判断工件表面粗糙度的合格性正确判断工件表面粗糙度的合格性仪仪 器器 说说 明明 光切显微镜外形结构光切显微镜外形结构1-1-底座；底座；2-2-立柱；立柱；3-3-横臂；横臂；4-4-粗调螺

21、母；粗调螺母；5-5-锁紧旋手；锁紧旋手；6-6-微调手轮微调手轮7-7-壳体；壳体；8-8-手柄；手柄；9-9-工作台；工作台；10-10-可换物镜组；可换物镜组；11-11-目镜；目镜；12-12-燕尾；燕尾；13-13-目镜千分尺目镜千分尺仪仪 器器 说说 明明 光切显微镜是一种测量表面粗糙度的仪器，它可以测光切显微镜是一种测量表面粗糙度的仪器，它可以测出表面粗糙度中的出表面粗糙度中的Rz和和S等参数。等参数。 光切显微镜有四对不同倍数：光切显微镜有四对不同倍数：7X,14X,30X,60X)的物的物镜。镜。 测量时，须先估测工件表面粗糙度测量时，须先估测工件表面粗糙度Rz数值的范围，然

22、数值的范围，然后按下表选择相应的物镜放大倍数。后按下表选择相应的物镜放大倍数。 物镜放大物镜放大倍数倍数视场直径视场直径(mm) (mm) 物镜工作物镜工作距离距离换算系换算系数数E E测量范测量范围围RzRz相当于旧相当于旧国标国标7X7X 2.5 2.5 17.8 17.81.281.28 10-8010-80 3- 5 3- 5 14X 14X 1.3 1.3 6.8 6.80.630.63 3.2-103.2-10 5- 7 5- 7 30X 30X 0.6 0.6 1.6 1.60.290.291.6-6.31.6-6.3 7- 8 7- 8 60X 60X 0.3 0.3 0.65

23、 0.65 0.16 0.16 0.8-3.20.8-3.2 8- 9 8- 9物镜放大倍物镜放大倍数数1 1 擦净被测工件并置于工作台上，使工件的纹理方向（加工痕迹）擦净被测工件并置于工作台上，使工件的纹理方向（加工痕迹）和工作台纵向移动方向垂直。和工作台纵向移动方向垂直。2 2 放松支臂紧固螺钉，旋转螺母，使支臂慢慢降下，直至外观可放松支臂紧固螺钉，旋转螺母，使支臂慢慢降下，直至外观可以看到工件表面上出现绿色光带后，锁紧螺丝。以看到工件表面上出现绿色光带后，锁紧螺丝。3 3 调节支架微动升降手轮，从外观可以看到工件表面出现细窄较调节支架微动升降手轮，从外观可以看到工件表面出现细窄较亮的绿色

24、光带，此时视场看到亮带最窄最清晰。亮的绿色光带，此时视场看到亮带最窄最清晰。Wang chenggang实实 验验 步步 骤骤观察方向观察方向光束投射方向光束投射方向图示图示 图图3-23 光切法测量原理光切法测量原理4 4 松开紧定螺钉，转动目镜千分尺，使目镜中的十字线的任一松开紧定螺钉，转动目镜千分尺，使目镜中的十字线的任一条线平行于光带某一清晰的边界，此条线即定为近似平行于轮条线平行于光带某一清晰的边界，此条线即定为近似平行于轮廓中线并作为测量基准线。用该线分别切于弯曲亮带中的五个廓中线并作为测量基准线。用该线分别切于弯曲亮带中的五个最高峰和五个最低谷，从目镜千分尺的鼓轮上分别读出相应的

25、最高峰和五个最低谷，从目镜千分尺的鼓轮上分别读出相应的数值。数值。 峰顶值峰顶值：a a2 , a , a4 , a , a6 , a , a8 , a , a10 ; ; 谷底值谷底值：a a1 ,a ,a3 ,a ,a5,a,a7 ,a ,a9( (单位单位: :毫米毫米) )， 根据计算公式根据计算公式 计算出计算出Rz Rz 值值; ; 公式：公式：Rz=1/5 y y=1/5(a2 +a4 +a10 ) ( a 1 +a3 +.a9 )Ei=15pii=1vi5（三）（三） 干涉法干涉法 干涉法是利用光波干涉原理测量表面粗糙度的一种方干涉法是利用光波干涉原理测量表面粗糙度的一种方法。法。图图3-26 干涉法测量原理干涉法测量原理干涉显微镜实物干涉显微镜实物（四）（四） 针描法针描法 针描法又称触针法，是一种接触测量表面粗糙度针描法又称触针法，是一种接触测量表面粗糙度的方法。电动轮廓仪（又称表面粗糙度检查仪）就是的方法。电动轮廓仪（又称表面粗糙度检查仪）就是利用针描法来测量表面粗