第五章表面粗糙度设计与检测01

1、1第第5 5章章 表面粗糙度设计与检测表面粗糙度设计与检测 第一节第一节 表面粗糙度的基本概念表面粗糙度的基本概念一、一、 表面粗糙度的定义表面粗糙度的定义 实际表面轮廓经实际表面轮廓经轮廓滤波器滤波后分为轮廓滤波器滤波后分为：2一般按一般按S分：分：S1mm 为表面粗糙度轮廓为表面粗糙度轮廓；1S10mm为表面为表面 波纹度轮廓；波纹度轮廓；S10mm为为 f形状形状.。表面粗糙度轮廓的产生：表面粗糙度轮廓的产生：(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

2、； 表面粗糙度表面粗糙度是指加工后零件表面的是指加工后零件表面的微小峰谷（微小峰谷（Z）高低程度和高低程度和间距（间距（S）状况。状况。 间距间距S高低高低Z31. 对摩擦和磨损的影响对摩擦和磨损的影响 2. 对配合性质的影响对配合性质的影响 3. 对抗疲劳强度的影响对抗疲劳强度的影响 4. 对抗腐蚀性的影响对抗腐蚀性的影响 另外，对密封性、另外，对密封性、接触刚度和零件的外接触刚度和零件的外观等都有很大影响。观等都有很大影响。二、表面粗糙度轮廓对零件使用性能的影响二、表面粗糙度轮廓对零件使用性能的影响 表面不是越光越好。表面不是越光越好。4第二节第二节 表面粗糙度轮廓的评定表面粗糙度轮廓的评

3、定 一、取样长度和评定长度一、取样长度和评定长度 1. 取样长度取样长度 lr 测取样长度测取样长度是指测量或评定表面粗糙度轮是指测量或评定表面粗糙度轮廓时规定的一段廓时规定的一段基准线长度。基准线长度。为什么要规定为什么要规定测取样长度测取样长度lr ？（1）为了）为了限制或减弱表面限制或减弱表面波纹度轮廓，波纹度轮廓，对表面粗糙度轮廓测量的影响。对表面粗糙度轮廓测量的影响。（2）排除排除形状误差等，形状误差等，52. 评定长度评定长度 ln一般一般 ln 5 lr ( (连续的连续的) ) ; 评定长度是指测量或评定表面粗糙度轮廓评定长度是指测量或评定表面粗糙度轮廓时规定的一段时规定的一段

4、最小的测量长度最小的测量长度。若被测表面比较均匀时，若被测表面比较均匀时，ln 5 lr 。为什么要规定为什么要规定一段最小的测量长度一段最小的测量长度ln ？ 因为表面的峰谷和间距的因为表面的峰谷和间距的不均匀性不均匀性，为了，为了可靠地可靠地反映表面粗糙度轮廓的特性。反映表面粗糙度轮廓的特性。6二、粗糙度轮廓二、粗糙度轮廓中线中线 中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线基准线。7 在在lr内，使轮廓上各点至该线的距离内，使轮廓上各点至该线的距离Zi平平方和为最小方和为最小。（1）轮廓最小二乘中线）轮廓最小二乘中线(m)lrdxxZ 0 2)(niiZ

5、12min ziXZ(x)xlr最小二最小二乘中线乘中线8（2）轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线在在 lr r 内，内，XZ(x)lrF1FiF2niiFFFF121.mjjSSSS121.S1S2Sj算术平均算术平均中线中线9三、粗糙度轮廓的评定参数三、粗糙度轮廓的评定参数 1.幅度参数（高度参数）幅度参数（高度参数） dxxZlrRarl 0 )(1（1）轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差 在在lr内，纵坐标值内，纵坐标值Z(x)的绝对值的算术的绝对值的算术平均值平均值( (见下图）见下图）。RaniiZnRa1 1 ZiZ(x)XlrRa算术平均算术平均偏差偏差Ra10（2）轮廓的最大

6、高度轮廓的最大高度 RzminVmaxPZZRz在在lr内内maxPZmaxvZZ(x)Xlr1PZ1vZ2vZRz最大高度最大高度Rz中线中线112. 间距参数间距参数 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度 Rsm:在在 lr 内，轮廓单元宽度内，轮廓单元宽度Xsi的平均值。的平均值。轮廓单元轮廓单元:一个轮廓峰和相邻轮廓谷的组合一个轮廓峰和相邻轮廓谷的组合(图图5.7)。轮廓单元宽度轮廓单元宽度:中线与一个轮廓单元中线与一个轮廓单元相交线段的长度相交线段的长度。miiXsmRsm11中线中线图5.7 轮廓宽度lr123. 混合参数（形状参数）混合参数（形状参数） 在给定的轮廓截面高度在给定

7、的轮廓截面高度 C上，轮廓的实体材料上，轮廓的实体材料长度长度Ml(C)与与ln的比率。的比率。轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr(C) 轮廓截面轮廓截面高度高度C:C = Rz %nniilbcRmr/)(1nlCMl/ )(13表面粗糙度轮廓表面粗糙度轮廓评定评定参数共参数共 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14第三节第三节 表面粗糙度的技术要求表面粗糙度的技术要求a 第一个表面粗糙度轮

8、廓（单一）要求（第一个表面粗糙度轮廓（单一）要求（m）；）；b 第二个表面粗糙度轮廓要求第二个表面粗糙度轮廓要求 ；c 加工方法；加工方法；d 表面纹理和纹理方向；表面纹理和纹理方向；e 加工余量（加工余量（mm）。）。 粗糙度要求注写的位置粗糙度要求注写的位置一、一、 表面粗糙度技术要求的内容表面粗糙度技术要求的内容 15二、表面粗糙度评定参数的选择二、表面粗糙度评定参数的选择 1. 幅度参数（高度参数）幅度参数（高度参数）的选用的选用 一般情况下从一般情况下从 Ra 和和 Rz 中中任选任选一个。一个。 但但普遍采用普遍采用Ra，因为它反映表面粗糙度特因为它反映表面粗糙度特性的性的信息量大

9、信息量大和用轮廓仪和用轮廓仪测量容易测量容易。 Rz 用于极光滑表面和粗糙表面，一般用用于极光滑表面和粗糙表面，一般用双管显微镜测量。双管显微镜测量。 即基本参数的即基本参数的选用选用162. 间距参数和混合参数的间距参数和混合参数的选用选用 有特殊使用要求时有特殊使用要求时,才才附加附加选用选用 Rsm和和 Rmr(c)。 即附加参数的选用即附加参数的选用 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； 但同时要给出轮廓截面高度但同时要给出轮廓截面高度C值。值。 用于对耐磨性和接触刚度等有要求时，用于对耐磨性和接触刚度等有要求时，Rsm Rmr(c)17

10、三、三、 表面粗糙度参数允许值的选择表面粗糙度参数允许值的选择 1.1.标准值：表标准值：表5.35.5摘自摘自GB/T1031-2009表表5.3 Ra （基本系列）的数值（基本系列）的数值( m)0.120.203.2500.0250.406.30.0500.8012.50.1001.6025表表5.4 Rz（基本系列）的数值（基本系列）的数值( m)0.0250.406.310010000.0500.8012.52000.1001.60254000.203.250800180.0060.1001.600.01250. 203.20.0250.406.30.0500.8012.5表表 5.

11、5 Rsm（基本系列）的数值（基本系列）的数值 ( mm)1015202530405060708090表表 Rmr(c)(%) 的数值的数值 ( mm)轮廓截面高度轮廓截面高度c用微米或用微米或Rz的百分数表示。的百分数表示。192. 参数值的选用参数值的选用 参数值的选用主要根据功能要求，其次考虑参数值的选用主要根据功能要求，其次考虑经济性和工艺的可能性。经济性和工艺的可能性。 选用时应注意符合以下原则选用时应注意符合以下原则： （1）同一零件上，工作表面的）同一零件上，工作表面的Ra(或或Rz)值值小小于于非工作表面；非工作表面； （2）摩擦表面的）摩擦表面的Ra(或或Rz)值值小于小于非

12、摩擦表面；非摩擦表面； （4）配合性质要求高的配合表面、受重载荷作）配合性质要求高的配合表面、受重载荷作用的过盈配合表面用的过盈配合表面Ra(或或Rz)值要小；值要小； （3）过盈配合表面的过盈配合表面的Ra（或或Rz）值小于间隙值小于间隙配合的表面；配合的表面；20 （6）对于配合的孔轴为同一公差等级时，轴的）对于配合的孔轴为同一公差等级时，轴的Ra (或或Rz) 值要小于孔；值要小于孔； （7）对于同一公差等级的不同尺寸，小尺寸）对于同一公差等级的不同尺寸，小尺寸的的Ra(或或Rz)值要小于大尺寸。值要小于大尺寸。选用方法一般采用类比法选用方法一般采用类比法, , 参考表参考表5.65.8

13、。 （5） 在确定在确定Ra(或或Rz)值值时，应注意时，应注意与尺寸公差与尺寸公差（T）和几何公差和几何公差（t）的协调：的协调： t 0.6T 时时， Ra 0.05T ， Rz 0.3T t 0.4T 时时， Ra 0.025T ， Rz0.15Tt 0.25T 时时， Ra 0.012T ， Rz0.07T215-82223第四节第四节 表面粗糙度技术要求在零件图上标注的方法表面粗糙度技术要求在零件图上标注的方法 图样上所标注符号、代号，是该表面完工后的要求。图样上所标注符号、代号，是该表面完工后的要求。表面粗糙度的标注按表面粗糙度的标注按GB/T1312006的规定。的规定。一、一、

14、 表面粗糙度的符号表面粗糙度的符号 见表见表5-9所示所示24二、二、 表面粗糙度代号的标注方法表面粗糙度代号的标注方法1. 表面结构的标注表面结构的标注 表面粗糙度表面粗糙度要求标注的内容：要求标注的内容：表面粗糙度单一要求表面粗糙度单一要求(Ra ,Rz)取样长度取样长度传输带传输带加工工艺加工工艺加工余量等。加工余量等。补充要求补充要求25 2.表面粗糙度代号表面粗糙度代号 表面粗糙度轮廓技术要求在图形中标注的内容注写的表面粗糙度轮廓技术要求在图形中标注的内容注写的位置，见图位置，见图5.9所示。所示。a 第一个表面粗糙度轮廓（单一）要求（第一个表面粗糙度轮廓（单一）要求（m）；）；b

15、第二个表面粗糙度轮廓要求第二个表面粗糙度轮廓要求 ；c 加工方法；加工方法；d 表面纹理和纹理方向；表面纹理和纹理方向；e 加工余量（加工余量（mm）。）。图图5.9 粗糙度要求注写的位置粗糙度要求注写的位置262. 表面粗糙度要求在图形中注法表面粗糙度要求在图形中注法，见图见图5.11 和表和表5.10所示。所示。图5.11 表面粗糙度的单一要求标注示例 位置位置a处处注写表面粗糙的单一要求，该要求不能省略。注写表面粗糙的单一要求，该要求不能省略。 上限或下限的标注：表示双向极限时应标注上限符号上限或下限的标注：表示双向极限时应标注上限符号“U”和下限符号和下限符号“ L”。 如果同一参数具

16、有双向极限要求，在不引起歧义时，可省略如果同一参数具有双向极限要求，在不引起歧义时，可省略“U”和和“ L” 的的标注。若为单向下限值，则必需加注标注。若为单向下限值，则必需加注“ L” 。27图5.11 表面粗糙度的单一要求标注示例 传输带和取样长度传输带和取样长度的标注：传输带是的标注：传输带是指两个滤波器的截指两个滤波器的截止波长值之止波长值之 间的波间的波长范围。长范围。长波滤波长波滤波器的截止波长值就器的截止波长值就是取样长度是取样长度lr。传输带的标注时，短波在前，长波在后，并用连字号传输带的标注时，短波在前，长波在后，并用连字号“”隔开。隔开。 在某些情况下，传输带的标注中，只标

17、一个滤波器，也应保留连在某些情况下，传输带的标注中，只标一个滤波器，也应保留连字号字号“” ，来区别是短波还是长波。，来区别是短波还是长波。 参数代号的标注：参数代号标注在传输带或取样长度后，它们之间参数代号的标注：参数代号标注在传输带或取样长度后，它们之间用用“/”隔开。隔开。 评定长度的标注：如果默认的评定长度评定长度的标注：如果默认的评定长度( 5lr )时，可省略标注。如果时，可省略标注。如果不等于不等于5lr时时,则应注出取样长度的个数。则应注出取样长度的个数。28 极限值判断规则和极限值的标注：极限值判断规则的标注如图中所极限值判断规则和极限值的标注：极限值判断规则的标注如图中所示

18、上限为示上限为“16规则规则”，下限为，下限为“最大规则最大规则” 。为了避免误解，在参。为了避免误解，在参数代号和极限值之间插入数代号和极限值之间插入一个空格。一个空格。表面粗糙度的单一要求标注示例29303132付：付： 综合标注示例综合标注示例 （1） 下图为减速器输出轴的零件图，其上标注了尺寸及其公差带代号、几何公差和下图为减速器输出轴的零件图，其上标注了尺寸及其公差带代号、几何公差和表面粗糙度轮廓要求。表面粗糙度轮廓要求。33（2） 下图为减速器齿轮的零件图，其上标注了尺寸及其公差带代号、几何公差和下图为减速器齿轮的零件图，其上标注了尺寸及其公差带代号、几何公差和表面粗糙度轮廓要求。

19、表面粗糙度轮廓要求。34第五节第五节 表面粗糙度的检测表面粗糙度的检测 对于表面粗糙度，如未指定测量截面的方向时，一般来说也就是对于表面粗糙度，如未指定测量截面的方向时，一般来说也就是在垂直于表面加工纹理方向上测量。在垂直于表面加工纹理方向上测量。 表面粗糙度的检测方法主要有：比较法、光切法、针描法、干涉法表面粗糙度的检测方法主要有：比较法、光切法、针描法、干涉法、激光反射法、激光全息法、印模法和三维几何表面测量法等。、激光反射法、激光全息法、印模法和三维几何表面测量法等。1比较法比较法 比较法是将被测表面与已知其评定参数值的粗糙度样板相比较比较法是将被测表面与已知其评定参数值的粗糙度样板相比

20、较 .2 2光切法光切法：光切法是利用光切法是利用“光切原理光切原理”测量表面粗糙度的方法。（测量表面粗糙度的方法。（图图） 353针描法：针描法：针描法是利用触针在被测表面划过，垂直方向的位移针描法是利用触针在被测表面划过，垂直方向的位移 ，通过传感器转换成电量，在显示，通过传感器转换成电量，在显示 器上示出被测表面粗糙度的评定参器上示出被测表面粗糙度的评定参 数值数值 。（。（图图）4干涉法：干涉法：干涉法是利用光波干涉干涉法是利用光波干涉原理测量表面粗糙度的方法。原理测量表面粗糙度的方法。 （图图） 5激光反射法激光反射法6激光全息法激光全息法7印模法印模法 印模法是用塑性材料将被测表面

21、复制下来，然后再对印模法是用塑性材料将被测表面复制下来，然后再对印印 模进行测量。模进行测量。 36返回37返回38返回39本章重点本章重点:1.表面粗糙度定义及其对机械零件使用性能的影响；表面粗糙度定义及其对机械零件使用性能的影响；2.传输带、传输带、取样长度、评定长度和最小二乘中线的概取样长度、评定长度和最小二乘中线的概 念；念；3.表面粗糙度评定参数的名称、代号及其在图样上的表面粗糙度评定参数的名称、代号及其在图样上的 标注方法，必须要掌握基本参数的名称、代号和标标注方法，必须要掌握基本参数的名称、代号和标 注方法；注方法；4.表面粗糙度的选用，表面粗糙度与尺寸公差和形状表面粗糙度的选用

22、，表面粗糙度与尺寸公差和形状 公差之间的关系；公差之间的关系；5.掌握掌握Ra和和Rz的测量方法。的测量方法。40 1. 为什么要规定取样长度为什么要规定取样长度 lr？ 2. 表面粗糙度的评定参数有几个？表面粗糙度的评定参数有几个？ 3.表面粗糙度标注的图形符号有几种及其含义表面粗糙度标注的图形符号有几种及其含义 是什么？是什么？ 课堂练习课堂练习评定长度评定长度 ln 和中线？和中线？其名称和代号是什么？其名称和代号是什么？41 4. 试将下列要求标在图上：试将下列要求标在图上：(1) 大端圆柱面：尺寸要求为大端圆柱面：尺寸要求为5 h7 mm ，并采用包容要求并采用包容要求，表面粗糙度值表面粗糙度值a的上限值为的上限值为0.8；（2）小端圆柱面轴线对大端圆柱面轴线的同轴小端圆柱面轴线对大端圆柱面轴线的同轴 度公差为度公差为30；(3) 小端圆柱面：尺寸为小端圆柱面：尺寸为250.007mm，圆度公差为圆度公差为0.01mm，Rz的的 最大值为最大值为1.6m，其余表面其余表面a 的上限的上限值均为值均为6.3。42