第5章表面粗糙度轮廓及其检测

1、HH3A第一节表面粗糙度轮廓的基本概念第一节表面粗糙度轮廓的基本概念第二节表面粗糙度轮廓的评定第二节表面粗糙度轮廓的评定第三节表面粗糙度轮廓的技术要求第三节表面粗糙度轮廓的技术要求第四节表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上标注的方第四节表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上标注的方法法第五节表面粗糙度轮廓的检测第五节表面粗糙度轮廓的检测第五章表面粗糙度轮廓及其检测第一节第一节 表面粗糙度轮廓的基本概念表面粗糙度轮廓的基本概念 完工零件实际完工零件实际表面轮廓表面轮廓图图5-1 表面轮廓表面轮廓 表面轮廓：平面与表面相交所得的轮廓线，称为表面轮廓。表面轮廓：平面与表面相交所得的轮廓线，称为表面轮廓。表面粗

2、糙度轮廓表面粗糙度轮廓波纹度轮廓波纹度轮廓宏观形状轮廓宏观形状轮廓实际表面轮廓实际表面轮廓图图5-2 零件表面几何形状误差及其组成成份零件表面几何形状误差及其组成成份二、表面粗糙度轮廓对零件工作性二、表面粗糙度轮廓对零件工作性 能的影响能的影响1耐磨性耐磨性2配合性质稳定性配合性质稳定性3耐疲劳性耐疲劳性4抗腐蚀性抗腐蚀性5. 密封性密封性1取样长度取样长度lr 取样长度：是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基取样长度：是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度，至少包含准线长度，至少包含5个微峰和个微峰和5个微谷。个微谷。 中线中线lnlrlrlrlrlr 图图5-3 取样长度和评定长度取样

3、长度和评定长度 2评定长度评定长度ln 由于加工表面有着不同程度的不均匀性，为了充分合理地反映表面的粗糙度特性，规定在评定时所必须的一段表面长度。取标准评定长度取标准评定长度ln5lr。若被测表面比较均匀，可选。若被测表面比较均匀，可选ln5lr；若均匀性差，可选；若均匀性差，可选ln5lr。lryi最小二乘中线最小二乘中线图图5-4 表面粗造度轮廓的最小二乘中线表面粗造度轮廓的最小二乘中线 表面粗糙度轮廓中线表面粗糙度轮廓中线是为了定量地评定表面粗糙度轮廓而是为了定量地评定表面粗糙度轮廓而确定的一条基准线。确定的一条基准线。1轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线在取样长度内的一条假想线，它应使轮

4、廓上的各点至这条假想线的距离的平方和为最小算术平均中线算术平均中线 lrF1F2FiF1F2Fi2轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线 11nniiiiFF图图5-5表面粗造度轮的算术平均中线表面粗造度轮的算术平均中线 在取样长度内的一条假想线，它将实际轮廓分成上下的部分，且使上部面积之和等于下部分面积之和1)轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差 图5-6 轮廓算术平均偏差Ra的确定Raxynyiy1y2dxylRal01niiynRa11 近似为近似为1幅度参数幅度参数(Ra)三、表面粗糙度评定参数三、表面粗糙度评定参数 在一个取样长度lr范围内，被测轮廓线上各点至中线的距离的算术平均值称为轮廓

5、的算术平均偏差Ra 在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深与最大轮廓谷深Rv之和称之为轮廓最大高度，用符号之和称之为轮廓最大高度，用符号Rz表示，即表示，即Rz = Rp + Rv 图图5-7 表面粗糙度轮廓的最大高度表面粗糙度轮廓的最大高度Rz的确定的确定Zp2lrZv6Zv5Zp6Zp5Zp4Zp3Zv4Zv3Zp1Rz中线中线Zv1Zv22)轮廓的最大高度轮廓的最大高度 一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组合叫做轮廓单元。在一一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组合叫做轮廓单元。在一个取样长度个取样长度lr范围内，中线与各个轮廓单元相交线段的长度范围内，中线

6、与各个轮廓单元相交线段的长度叫做叫做轮廓单元的宽度轮廓单元的宽度，用符号，用符号Xsi表示。表示。 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度：是指在一个取样长度：是指在一个取样长度lr范围内所范围内所有轮廓单元的宽度有轮廓单元的宽度Xsi的平均值，用符号的平均值，用符号RSm表示，即表示，即 Xs6Xs5Xs4Xs3Xs2Xs1lr中线中线图图5-8 轮廓单元的宽度与轮廓单元的平均宽度轮廓单元的宽度与轮廓单元的平均宽度miiXsmRSm112 间距特征参数间距特征参数图5-5 轮廓支承长度率曲线表2 表面粗糙度评定参数第三节第三节表面粗糙度的选择及其标注表面粗糙度的选择及其标注一、表面粗糙度评定参

7、数的选择一、表面粗糙度评定参数的选择二、表面粗糙度参数的选择原则二、表面粗糙度参数的选择原则三、表面粗糙度参数的选用方法三、表面粗糙度参数的选用方法四、表面粗糙度符号、代号及其标注四、表面粗糙度符号、代号及其标注一、表面粗糙度评定参数的选择一、表面粗糙度评定参数的选择 在具体选用时要根据零件的功能要求、材料性能、结在具体选用时要根据零件的功能要求、材料性能、结构特点以及测量的条件等情况适当选用。构特点以及测量的条件等情况适当选用。 选用原则选用原则 1. 如果没有特殊要求，一般仅选用幅度（高度）参数如果没有特殊要求，一般仅选用幅度（高度）参数（Ra、Rz）。在常用的参数值范围内）。在常用的参数

8、值范围内(Ra为为0.0256.3 m、Rz为为0.125 m)，推荐优先选用，推荐优先选用Ra值。但在以下情况不值。但在以下情况不宜选用宜选用Ra。 a当表面过于粗糙或太光滑时，可选用当表面过于粗糙或太光滑时，可选用Rz b当零件材料较软时当零件材料较软时 c当测量面积很小时，可以选用当测量面积很小时，可以选用Rz值。值。一、表面粗糙度评定参数的选择（续）一、表面粗糙度评定参数的选择（续）2. 当表面有特殊功能要求时，可同时选用几个参数综合控当表面有特殊功能要求时，可同时选用几个参数综合控制表面质量。制表面质量。 a当表面要求耐磨时，可以选用当表面要求耐磨时，可以选用Rz、Rsm和和Rmr（

9、c）。）。 b. 当表面要求承受交变应力时可以选用当表面要求承受交变应力时可以选用Rz，RSm。 c当表面着重要求外观质量和可漆性，可选用当表面着重要求外观质量和可漆性，可选用RSm。 在满足功能要求的前提下，应尽可能选用较大的粗糙度数值。在满足功能要求的前提下，应尽可能选用较大的粗糙度数值。 1. 在同一零件上，工作表面的粗糙度参数值要比非工作表面的粗糙度在同一零件上，工作表面的粗糙度参数值要比非工作表面的粗糙度参数值小。参数值小。 2. 摩擦表面要比非摩擦表面的粗糙度参数值要小；滚动摩擦表面比滑摩擦表面要比非摩擦表面的粗糙度参数值要小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小；运动速度

10、高、单位压力大的摩擦表面，应动摩擦表面的粗糙度参数值要小；运动速度高、单位压力大的摩擦表面，应比运动速度低、单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。比运动速度低、单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。 3. 受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分，表面粗糙度参数值要受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分，表面粗糙度参数值要小。小。 4. 配合性质要求高的结合表面，配合间隙小的配合表面以及要求连接配合性质要求高的结合表面，配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的粗糙度参数值。可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的粗糙度参数值。 5. 配合性质相同，零件尺寸

11、愈小则表面粗糙度参数值应愈小；同一精配合性质相同，零件尺寸愈小则表面粗糙度参数值应愈小；同一精度等级小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。度等级小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。二、表面粗糙度参数的选择原则三、表面粗糙度参数的选用方法三、表面粗糙度参数的选用方法 在选择参数值时，通常可参照一些经过验证的实例，用类在选择参数值时，通常可参照一些经过验证的实例，用类比法确定。一般情况下，如设表面形状公差值为比法确定。一般情况下，如设表面形状公差值为T，尺寸公差，尺寸公差为为IT，则它们与表面粗糙度参数值之间的对应关系为：，则它们与表面粗糙度参数值之间的对应关系为：常用的表面粗糙

12、度参数值见课本表常用的表面粗糙度参数值见课本表5-3表面粗糙度参数值与所适应的零件表面见课本表表面粗糙度参数值与所适应的零件表面见课本表5-4四、表面粗糙度符号、代号及其标注四、表面粗糙度符号、代号及其标注（一）表面粗糙度的符号：（一）表面粗糙度的符号：表表5-5 表面结构图形符号表面结构图形符号图形符号的比例和尺寸见课本表图形符号的比例和尺寸见课本表5-6（四）表面结构要求在图样和其他技术文件中的标法（四）表面结构要求在图样和其他技术文件中的标法图图517表面结构要求标注在表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上圆柱特征的延长线上图图5-16 表面结构要求标注在表面结构要求标注在形位公差框格上形

13、位公差框格上图图513 表面结构要求标注在轮廓上表面结构要求标注在轮廓上图图515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1.表面粗糙度的符号表面粗糙度的符号1表面粗糙度轮廓幅度参数的标注表面粗糙度轮廓幅度参数的标注 上限值或下限值：上限值或下限值：要求所有实测值中超过该要求所有实测值中超过该值的个数少于总数的值的个数少于总数的16；最大值或最小值：最大值或最小值：要求所有实测值都不超过要求所有实测值都不超过该值。该值。 按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样上省略标注，否则应按如图上省略标注，否则应按如图5-10a所示方法标注取样所示方法

14、标注取样长度，图中取样长度取值为长度，图中取样长度取值为0.8 mm。如果某表面的。如果某表面的粗糙度要求按指定的加工方法粗糙度要求按指定的加工方法(如铣削如铣削)获得时、可获得时、可用文字标注见图用文字标注见图5-10b。 如果需要标注加工余量如果需要标注加工余量(设加工总余量为设加工总余量为5mm)，应将其标注见图应将其标注见图5-10c。 如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹理方向符号，见图纹理方向符号，见图5-10d。标准规定了加工纹理方。标准规定了加工纹理方向符号，如课本表向符号，如课本表5-9所示。所示。2表面粗糙度轮廓技术要求其它项目

15、的标注表面粗糙度轮廓技术要求其它项目的标注b)c)d)a)0.86.3铣铣3.23.2(5)3.2图图5-10表面粗糙度其它项目的标注表面粗糙度其它项目的标注303012.512.53.23.23.2f f其余其余2512.50.460M45c1.63.23.2f ff f图图5-11表面粗糙度代号标注示例表面粗糙度代号标注示例第五节表面粗糙度的测量 常用表面粗糙度测量的方法有比较法、光切法、干涉法和针描法。 1. 比较法 它是将被测表面和表面粗糙度样板直接比较。可用肉眼、放大镜、显微镜比较。这种方法多用于车间，评定的误差有时比较大。 2. 光切法 用“光切原理”在常用仪器（双管显微镜）上测量

16、。适用于测量车、铣、刨等其它类似加工法加工的平面和外圆表面，测得值经计算可求得Rz值。光切法测量原理如图5-22所示。图5-23为光切法双管显微镜的外形结构。第五节表面粗糙度的测量3. 干涉法 用“光波干涉原理”在常用仪器（干涉显微镜）上测量。通常用于测量Rz值。原理如图5-25所示。 4. 针描法 利用触针式仪器的触针探测表面并获得表面轮廓、计算参数的方法，还可以记录轮廓。所用测量仪器称为触针式仪器。可测量Ra、 Rz、Rsm和Rmr(c)等参数。图5-26为国产BCJ-2型电动轮廓仪。图5-22 光切法测量原理(a)测量装置结构简图测量装置结构简图；(b)目镜视场的影像目镜视场的影像；(c

17、)测量原理简图测量原理简图1光源；光源； 2聚光镜；聚光镜；3狭缝；狭缝； 4、5物镜；物镜； 6分划板；分划板；7目镜；目镜； 8被测表面被测表面返回图5-23 光切法双管显微镜外形结构1底座；底座；2立柱；立柱；3横臂；横臂；4粗调螺母；粗调螺母；5锁紧旋钮；锁紧旋钮；6微调手轮；微调手轮；7壳体；壳体；8手柄；手柄；9工作台；工作台；10可换物镜组；可换物镜组；11目镜；目镜；12燕尾；燕尾；13目镜千分尺旋钮目镜千分尺旋钮返回图5-24 目镜视场的影像返回图5-25 干涉法测量原理(a)测量装置结构简图测量装置结构简图；(b)目镜视场的影像目镜视场的影像；(c)测量原理简图测量原理简图

18、1光源；光源； 2、3聚光滤色镜组聚光滤色镜组； 4 光栏；光栏；5透镜透镜； 6、9物镜；物镜；7分光镜分光镜； 8补偿补偿镜镜；10、13反射镜；反射镜；11聚光镜；聚光镜；12目镜目镜返回图5-26 BCJ2电动轮廓仪1被测工件；被测工件；2触针；触针；3传感器；传感器；4驱动箱；驱动箱；5指示表；指示表；6工作台；工作台；7定位块定位块返回（1）表面粗糙度轮廓的概念）表面粗糙度轮廓的概念 （2）国家标准在评定表面粗糙度轮廓的参数时，规定了）国家标准在评定表面粗糙度轮廓的参数时，规定了取取样长度样长度lr、评定长度评定长度ln和和中线中线。（3）表面粗糙度轮廓的评定参数）表面粗糙度轮廓的评定参数 有幅度参数有幅度参数（包括轮廓的（包括轮廓的算术平均偏差算术平均偏差Ra轮廓的最大高度轮廓的最大高度Rz）和）和间距特征参数间距特征参数（轮廓（轮廓单元的平均宽度单元的平均宽度RSm）（4）通常只给出幅度参数）通常只给出幅度参数Ra或或Rz及允