表面粗糙度及检测概要复习课程

1、表面粗糙度及检测概要一、表面粗糙度一、表面粗糙度（一）表面粗糙度：是指加工表面所具有的较小间距（一）表面粗糙度：是指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷的一种微观几何形状误差。是反映零件和微小峰谷的一种微观几何形状误差。是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标，它主要由表面微观几何形状误差的一个重要指标，它主要由加工过程中刀具间的摩擦、切屑分出时工件表层金加工过程中刀具间的摩擦、切屑分出时工件表层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等因素造属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等因素造成。成。 （二）表面粗糙度对零件使用性能的影响表面粗糙度对零件使用性能的影响表面粗糙度对机械零件的耐磨性、耐

2、腐蚀性、配合性表面粗糙度对机械零件的耐磨性、耐腐蚀性、配合性质、疲劳强度及结合面密封性等都有很大的影响。质、疲劳强度及结合面密封性等都有很大的影响。 1.对耐磨性的影响对耐磨性的影响零件表面越粗糙，摩擦系数越大，两配合表面间的实际有效接零件表面越粗糙，摩擦系数越大，两配合表面间的实际有效接触面积越小，单位面积压力越大，越易磨损。但是，表面过触面积越小，单位面积压力越大，越易磨损。但是，表面过于光滑，不利于润滑油的贮存，易使工作面间形成半干摩擦于光滑，不利于润滑油的贮存，易使工作面间形成半干摩擦甚至干摩擦，反而比粗糙表面更易磨损。甚至干摩擦，反而比粗糙表面更易磨损。 2.对耐腐蚀性的影响对耐腐蚀

3、性的影响表面越粗糙，则积聚在零件表面上的腐蚀性气体或液体就越多，表面越粗糙，则积聚在零件表面上的腐蚀性气体或液体就越多，这些腐蚀性介质很容易通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，这些腐蚀性介质很容易通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面锈蚀。造成表面锈蚀。 3.对配合性质的影响对配合性质的影响表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，表面越表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，表面越粗糙，就越易磨损，从而会使工作过程中的配合间隙迅速增粗糙，就越易磨损，从而会使工作过程中的配合间隙迅速增大，过早地失去配合精度；对于过盈配合，由于在压入装配大，过早地失去配合精度；对于过盈配合，由于

4、在压入装配时，把粗糙表面的凸峰挤平，减小了实际过盈量，从而降低时，把粗糙表面的凸峰挤平，减小了实际过盈量，从而降低了连接的可靠性，同样不能保证正常的工作。了连接的可靠性，同样不能保证正常的工作。 4.对疲劳强度的影响对疲劳强度的影响表面粗糙的钢质零件，在交变负载作用下，对表面粗糙的钢质零件，在交变负载作用下，对应力集中很敏感，影响零件的疲劳强度。应力集中很敏感，影响零件的疲劳强度。5.对结合面密封性的影响对结合面密封性的影响粗糙的表面结合时，两表面只在局部点上接触，粗糙的表面结合时，两表面只在局部点上接触，中间有缝隙，影响密封性。中间有缝隙，影响密封性。由此可见，在设计零件时，确定表面粗糙度的

5、由此可见，在设计零件时，确定表面粗糙度的要求是公差配合设计中不可缺少的一个方面。要求是公差配合设计中不可缺少的一个方面。（三）表面粗糙度的术语（三）表面粗糙度的术语1、表面轮廓：平面与实际表面相交的轮廓。、表面轮廓：平面与实际表面相交的轮廓。2、s轮廓滤波器：它是滤掉比粗糙度波长更短的波的滤波器。轮廓滤波器：它是滤掉比粗糙度波长更短的波的滤波器。3、c轮廓滤波器：它是确定粗糙度与波纹度成分之间相交界轮廓滤波器：它是确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。限的滤波器。4、原始轮廓：它是在应用短波长滤波器、原始轮廓：它是在应用短波长滤波器s之后的总的轮廓。之后的总的轮廓。5、粗糙度轮廓：它是对

6、原始轮廓采用、粗糙度轮廓：它是对原始轮廓采用c滤波器抑制长波成分滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。以后形成的轮廓。6、粗糙度轮廓中线：用标称形式的线穿过粗糙度轮廓，按最、粗糙度轮廓中线：用标称形式的线穿过粗糙度轮廓，按最小二乘法拟合所确定的中线。小二乘法拟合所确定的中线。7、取样长度、取样长度lr：用于判别被评定轮廓的不规则特征的：用于判别被评定轮廓的不规则特征的X轴方向轴方向上的长度。评定粗糙度的取样长度上的长度。评定粗糙度的取样长度lr在数值上与在数值上与c轮廓滤波轮廓滤波器的截止波长相等。器的截止波长相等。 8、评定长度评定长度ln：是用于评定被评定轮廓的：是用于评定被评定轮廓的X轴方向

7、上的长度，轴方向上的长度，包含一个或几个取样长度，一般取包含一个或几个取样长度，一般取5个取样长度。个取样长度。 （四）粗糙度的评定参数（四）粗糙度的评定参数1、轮廓的算术平均偏差、轮廓的算术平均偏差Ra：是指在一个取样长度内：是指在一个取样长度内，轮廓纵坐标值，轮廓纵坐标值Z(x) 绝对值的算术平均值。绝对值的算术平均值。01( ) dlrRaZ xxlr2、轮廓的最大高度、轮廓的最大高度Rz：是指在一个取样长度是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和。内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和。3、轮廓单元的平均宽度、轮廓单元的平均宽度RSm：是指在一个取样长度：是指在一个取样长度内，

8、轮廓单元宽度值内，轮廓单元宽度值Xs的平均值的平均值11miiRSmXsm4、轮廓支承长度率、轮廓支承长度率轮廓支承长度率轮廓支承长度率Rmr(c) ：是指在给定的水平：是指在给定的水平位置位置c上，轮廓的实体材料长度上，轮廓的实体材料长度Ml(c) 与评定与评定长度长度ln的比率。的比率。（五）评定参数的数值（五）评定参数的数值（六）表面粗糙度符号、代号及标注（六）表面粗糙度符号、代号及标注1、符号、代号、符号、代号2、标注、标注1）每一表面一般只标注一次表面结构要求，并尽可能标注在）每一表面一般只标注一次表面结构要求，并尽可能标注在相应的尺寸及其公差的同一视图上。相应的尺寸及其公差的同一视

9、图上。2）除非另有说明，一般所标注的表面结构要求是对完工零件）除非另有说明，一般所标注的表面结构要求是对完工零件表面的要求表面的要求3）表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致，）表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致，如图所示。如图所示。表面结构要求的注写方法表面结构要求的注写方法4）表面要求可标注在轮廓线上，其符号应从）表面要求可标注在轮廓线上，其符号应从材料外指向并接触表面。必要时，表面结构材料外指向并接触表面。必要时，表面结构符号也可用带箭头或黑点的指引线引出标注。符号也可用带箭头或黑点的指引线引出标注。表面结构要求在轮廓线上的标注表面结构要求在轮廓线上的标注用指

10、引线引出标注表面结构要求用指引线引出标注表面结构要求5）在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定的尺寸）在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上，可以标注在形位公差的上方，也可以直接标注在延长线上，可以标注在形位公差的上方，也可以直接标注在延长线上，或用带箭头的指引线引出标注。线上，或用带箭头的指引线引出标注。 表面结构要求标注在尺寸线上表面结构要求标注在尺寸线上表面结构要求标注在形位公差框格的上方表面结构要求标注在形位公差框格的上方表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上6）圆柱和棱柱表面的结构要求只标注一次，）圆柱和棱柱表面的结构要求只标注

11、一次，但如果圆柱和棱柱表面的表面结构要求不同，但如果圆柱和棱柱表面的表面结构要求不同，则应分别单独标注。则应分别单独标注。 圆柱和棱柱的表面结构要求的标注圆柱和棱柱的表面结构要求的标注二、零件表面参数值的选择二、零件表面参数值的选择 1.评定参数值的选择原则评定参数值的选择原则表面粗糙度评定参数值选择的一般原则如下：表面粗糙度评定参数值选择的一般原则如下：（1）同一零件上，工作表面的粗糙度应比非工作表面要求严）同一零件上，工作表面的粗糙度应比非工作表面要求严格。格。（2）对于摩擦表面，速度越高，单位面积压力越大，则表面）对于摩擦表面，速度越高，单位面积压力越大，则表面粗糙度要求应越严格，尤其是

12、对滚动摩擦表面应更严格。粗糙度要求应越严格，尤其是对滚动摩擦表面应更严格。（3）受交变负载时，特别是在零件圆角、沟槽处的表面粗糙）受交变负载时，特别是在零件圆角、沟槽处的表面粗糙度要求应严格。度要求应严格。（4）要求配合性质稳定可靠时，表面粗糙度要求应严格。）要求配合性质稳定可靠时，表面粗糙度要求应严格。（5）在确定零件配合表面的粗糙度时，应与其尺寸公差相协）在确定零件配合表面的粗糙度时，应与其尺寸公差相协调。调。此外，还应考虑加工方法、应用场合及其他特殊因素和要求。此外，还应考虑加工方法、应用场合及其他特殊因素和要求。三、表面粗糙度的测量三、表面粗糙度的测量表面粗糙度的检测方法，目前主要有比

13、较法、光切法、表面粗糙度的检测方法，目前主要有比较法、光切法、干涉法、针描法等。干涉法、针描法等。 （一）（一） 比较法比较法比较法是将被测表面与已知高度参数值的粗糙度比较比较法是将被测表面与已知高度参数值的粗糙度比较样块相比较，通过视觉和触觉来判断被测表面粗糙样块相比较，通过视觉和触觉来判断被测表面粗糙度的方法。为了使判断比较准确，选用粗糙度比较度的方法。为了使判断比较准确，选用粗糙度比较样块的材料、表面形状和加工方法应尽可能与被测样块的材料、表面形状和加工方法应尽可能与被测表面相同，也可从加工零件中选出样品，经过检定表面相同，也可从加工零件中选出样品，经过检定合格后作为表面粗糙度比较样块使

14、用。合格后作为表面粗糙度比较样块使用。比较法使用简便，但判断的准确程度有限，所以适用比较法使用简便，但判断的准确程度有限，所以适用于车间中近似评定粗糙度较大的工件于车间中近似评定粗糙度较大的工件 。（二）光切法（二）光切法光切法是利用光切原理来测量表面粗糙度数值的一种方法。光光切法是利用光切原理来测量表面粗糙度数值的一种方法。光切法所用的仪器是光切显微镜切法所用的仪器是光切显微镜(又称为双管显微镜又称为双管显微镜)，它适宜，它适宜测量轮廓单元的平均高度测量轮廓单元的平均高度Rc和轮廓最大高度和轮廓最大高度Rz值，测量值，测量Rc值范围一般为值范围一般为0.86.3 m。 1.双管显微镜的测量原

15、理双管显微镜的测量原理双管显微镜的外形如图所示，其测量原理如图双管显微镜的外形如图所示，其测量原理如图4-10所示。由光所示。由光源源1发出的光线经狭缝发出的光线经狭缝2（绿色挡板）及物镜（绿色挡板）及物镜3形成一个扁平形成一个扁平的光束，此光束以的光束，此光束以45的方向投射到被测表面而形成一条的方向投射到被测表面而形成一条绿色的光带，光带边缘的形状即为被测工件在绿色的光带，光带边缘的形状即为被测工件在45截面的截面的轮廓。光带经反射后，通过显微镜的物镜轮廓。光带经反射后，通过显微镜的物镜4成像于目镜成像于目镜5前前的分划板的分划板6上。目镜上。目镜5中看到的影像是与被测表面成中看到的影像是

16、与被测表面成45方方向截面上的轮廓曲线，并经物镜放大了向截面上的轮廓曲线，并经物镜放大了M倍，故表面的实际倍，故表面的实际粗糙度最大高度粗糙度最大高度h与影像与影像h的关系为的关系为 cos45hhM图图4-10 双管显微镜的测量原理双管显微镜的测量原理1光源；光源；2狭缝；狭缝；3、4物镜；物镜；5目镜；目镜；6分划板分划板由图由图4-10（c）可知，测微器中的十字线与测微器读）可知，测微器中的十字线与测微器读数方向成数方向成45，当用十字线中的任一直线与影像峰，当用十字线中的任一直线与影像峰、谷相切来测量波高时，波高、谷相切来测量波高时，波高h=hcos 45。其。其中中，h为测微器两次读

17、数的差值，被测表面的粗糙为测微器两次读数的差值，被测表面的粗糙度最大高度为度最大高度为 2cos 4512hhhMM（三）干涉法（三）干涉法干涉法是利用光波干涉原理来测量表面粗糙度数值的干涉法是利用光波干涉原理来测量表面粗糙度数值的一种方法。干涉法所用的仪器是干涉显微镜，通常一种方法。干涉法所用的仪器是干涉显微镜，通常用来测量用来测量Rc和和Rz值，测量值，测量Rc值的范围一般为值的范围一般为0.41 m。1.干涉显微镜的测量原理干涉显微镜的测量原理 干涉显微镜的外形如图干涉显微镜的外形如图4-22所示，其测量原理如图所示，其测量原理如图4-23所示。由光源所示。由光源1发出的光线，经聚光滤色

18、镜组发出的光线，经聚光滤色镜组2聚聚光和滤色，再经反射镜光和滤色，再经反射镜3转向，通过光栏转向，通过光栏4、5和物和物镜镜6，投射于分光镜，投射于分光镜7的半透明半反射膜后分成两路的半透明半反射膜后分成两路光束，一路光束透过分光镜光束，一路光束透过分光镜7和补偿镜和补偿镜10、物镜、物镜11射向工件被测表面射向工件被测表面P2，经，经P2反射后原路返回，再反射后原路返回，再射在分光镜上，射向观察目镜射在分光镜上，射向观察目镜16。另一路光束由分。另一路光束由分光镜光镜7反射，经滤色片反射，经滤色片8、物镜、物镜9射向标准反射镜射向标准反射镜P1，再由再由P1反射也经原路返回，透过分光镜，射向

19、观察反射也经原路返回，透过分光镜，射向观察目镜目镜16。图图4-11 干涉显微镜的外形干涉显微镜的外形1光源；光源；2光源调节螺钉；光源调节螺钉；3、5工作台微动千分尺；工作台微动千分尺；4工作台；工作台；6工作台固定螺钉；工作台固定螺钉；7仪器调修时用的手柄；仪器调修时用的手柄；8遮光板转动手柄；遮光板转动手柄；9调整干涉条纹方向及宽度的手柄；调整干涉条纹方向及宽度的手柄；10调焦旋钮；调焦旋钮；11底座；底座；12照相机；照相机；13侧微目镜调节手轮；侧微目镜调节手轮；14目镜；目镜；15遮光片移动手柄遮光片移动手柄图图4-12 干涉显微镜的测量原理干涉显微镜的测量原理1光源；光源；2聚光

20、滤色镜组；聚光滤色镜组；3反射镜；反射镜；4、5光栏；光栏；6、9、11、17物镜；物镜；7、14分光镜；分光镜；8滤色片；滤色片；10补偿镜；补偿镜；12、13反光镜；反光镜；15分划板；分划板；16目镜目镜由于同一光源分为两路的相干光束之间有光程差，相遇后便由于同一光源分为两路的相干光束之间有光程差，相遇后便产生干涉，在目镜产生干涉，在目镜16中可观察到产生于分划板中可观察到产生于分划板15上的明上的明暗相间的干涉条纹。如果被测表面是理想表面，则干涉条暗相间的干涉条纹。如果被测表面是理想表面，则干涉条纹为一组等距离的平行条纹线；若被测表面存在微观不平纹为一组等距离的平行条纹线；若被测表面存

21、在微观不平，则形成弯曲条纹，其弯曲程度随微观不平度的高度发生，则形成弯曲条纹，其弯曲程度随微观不平度的高度发生变化，如图变化，如图4-24所示。用测量装置分别测出弯曲度所示。用测量装置分别测出弯曲度a和相和相邻两条干涉条纹的距离邻两条干涉条纹的距离b，根据光波干涉原理，表面粗糙，根据光波干涉原理，表面粗糙度的轮廓最大高度度的轮廓最大高度Rz的计算公式为的计算公式为 2aRzb（四）针描法（四）针描法针描法是利用触针在被测表面上轻轻划动，从而测出其表面粗针描法是利用触针在被测表面上轻轻划动，从而测出其表面粗糙度数值的一种方法。针描法最常用的仪器是电动轮廓仪。糙度数值的一种方法。针描法最常用的仪器是电动轮廓仪。 1.电动轮廓仪的测量原理电动轮廓仪的测量原理轮廓算术平均偏差是指在取样长度轮廓算术平均偏差是指在取样长度lr内，被测轮廓上各点至基内，被测轮廓上各点至基准线的偏距