《互换性与测量技术》课件-4.表面粗糙度轮廓及其检测

表面粗糙度轮廓及其检测概述1.表面粗糙度轮廓的界定表面粗糙度形成1.表面粗糙度轮廓的界定平面度误差平面铣削1.表面粗糙度轮廓的界定表面粗糙度又称微观不平度、表面光洁度表面粗糙度影响零件的使用性能和配合质量。2.表面粗糙度的影响（1）表面粗糙度对耐磨性的影响（2）表面粗糙度对配合性质稳定性的影响1-活塞；2-活塞销；3-连杆活塞连杆机构（3）表面粗糙度对耐疲劳性能的影响（4）表面粗糙度对抗腐蚀性能的影响管道内壁抛光手机壳车身风机密封轴套镜片表面粗糙度影响零件外观、密封性能、表面光学性能根据零件表面的功能要求，规定合理而必要的表面粗糙度数值，需要统一的表面粗糙度轮廓评定标准。3.表面粗糙度轮廓涉及标准GB/T3505-2009《产品几何技术规范表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数》GB/T1031-2009《产品几何技术规范表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值》GB/T10610-2009《产品几何技术规范表面结构轮廓法评定表面结构的规则和方法》GB/T131-2006《产品几何技术规范技术产品文件中表面结构的表示法》比较法针描法光切法显微干涉法表面粗糙度仪光切显微镜干涉显微镜4.表面粗糙度轮廓常用测量方法本章内容表面粗糙度轮廓的评定及评定参数表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上的标注表面粗糙度轮廓的检测

互换性与公差表面粗糙度轮廓的评定参数表面粗糙度轮廓及其检测一.表面粗糙度轮廓的评定如何提出表面粗糙度轮廓技术要求，并标注在图纸上？对零件表面上的表面粗糙度，如何测量和评定？GB/T3505-2009《产品几何技术规范表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数》

1.轮廓滤波器滤波器：一种对信号有处理作用的器件或电路uitime二.基本术语滤波器低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器

1.轮廓滤波器表面轮廓表面粗糙度波纹度形状误差滤波

1.轮廓滤波器

种类

截止波长

常用名称

应用

滤波器短波滤波器

滤波器长波滤波器

测量粗糙度

滤波器

测量波纹度将轮廓分成长波和短波成分的仪器称为轮廓滤波器。

波长范围轮廓滤波器抑制的的波长称为截止波长。

2.粗糙度轮廓

滤波器粗糙度轮廓表面轮廓3.传输带波长范围传输带从短波截止波长到长波截止波长的波长范围称为传输带。

实际表面轮廓上截取一段足够短的长度称为取样长度。规定取样长度，是为了抑制和减弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响（标准取样长度的数值见附表）。4.取样长度和评定长度

取样长度连续的几个取样长度称为评定长度。标准的评定长度4.取样长度和评定长度

均匀性好的表面均匀性差的表面评定长度为了定量地评定表面粗糙度轮廓，首先应确定一条中线。以中线为基础来计算各种评定参数的数值。5.表面粗糙度轮廓的中线

轮廓的最小二乘中线:在一个取样长度lr范围内，使轮廓上各点至该线的距离的平方之和最小。轮廓的算术平均中线:在一个取样长度lr范围内，将实际轮廓划分为上、下两部分，使上部分各个峰面积之和等于下部分各个谷面积之和。目估法确定5.表面粗糙度轮廓的中线

基本特征:峰谷幅度、间距大小三、表面粗糙度轮廓的评定参数

1.幅度参数轮廓算术平均偏差Ｒa

在一个取样长度lr范围内，被评定轮廓上各点至轮廓中线的纵坐标值的绝对值的算术平均值，即

轮廓最大高度Rz

在一个取样长度lr范围内，最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之和。Rz=Rp+Rv

也等于平行于中线的峰顶线和谷底线之间的距离峰顶线谷底线

2.间距参数

轮廓单元的平均宽度

一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组成轮廓单元，在一个取样长度lr范围内，中线与各个轮廓单元相交线段的宽度（轮廓的宽度Xsi）的平均值Rsm。

3.混合参数轮廓的支承长度率Rmr(c)实体材料长度水平截面高度c用或Rz的百分比表示在零件图上，对零件某一表面的表面粗糙度轮廓要求，按需要选择Ra或Rz标注。

Rsm、Rmr(c)属于附加评定参数，只能与Ra或Rz同时选用，不能独立采用。三、表面粗糙度轮廓的评定参数Rsm密封性指标Rmr(c)耐磨性指标表面粗糙度轮廓的评定参数、标准取样长度和标准评定长度评定表面粗糙度时注意点：明确范围：评定参数Ra、Rz、Rsm是在取样长度上定义的重视中线：中线是确定各参数大小的基准线注意区别：取样长度和评定长度轮廓的最小二乘中线和轮廓的算术平均中线Ra、Rz、Rsm

互换性与公差表面粗糙度轮廓评定参数及其数值的选择表面粗糙度轮廓及其检测必须标注幅度参数符号及允许值，同时还应标注传输带、取样长度、评定长度的数值（若默认采用标准化值，则不标注）、极限值判断规则（若默认采用16%规则，则不标注）。必要时可以标注补充要求，如表面加工纹理及方向、加工余量、附加的Rsm等。1.表面粗糙度轮廓技术要求的内容通常只给出幅度参数符号（Ra或Rz）及极限值，而其他要求则采用默认的标准化值。

2.表面粗糙度轮廓参数的选择一般采用Ra作为评定参数。对于极光滑和粗糙的表面和零件材料较软时，不能用Ra仪器测量，而采用Rz作为评定参数。附加参数Rsm用于密封性要求高的表面，Rmr（c）用于耐磨性要求高的表面。

表面粗糙度轮廓参数允许值的选择原则：

在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。3.表面粗糙度轮廓参数值的选择幅度参数极限值的选择原则（1）同一零件上工作表面粗糙度值，比非工作表面粗糙度值小工作表面非工作表面(2)摩擦表面粗糙度值比非摩擦表面粗糙度值小(3)受循环载荷的表面粗糙度值小(4）配合要求高，连接要求可靠受重载的表面粗糙度值小一般情况下，Φ40H7/f6孔与Φ40H7/t6孔相比较，Φ40H7/f6孔的表面粗糙度幅度参数值小。（5）尺寸公差，表面形状公差越小时，其表面粗糙度幅度参数值也小凡有标准已对表面粗糙度技术要求作出具体规定的特定表面，应按标准规定来确定表面粗糙度参数允许值。3.表面粗糙度轮廓参数值的选择幅度参数极限值的选择方法：类比法本部分小结评定参数允许值的选择原则幅度参数极限值的选择原则、选择方法表面粗糙度轮廓评定参数必须选择幅度参数，优先选择

互换性与公差表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上的标注表面粗糙度轮廓及其检测完整图形符号一、表面粗糙度轮廓的符号和代号1.表面粗糙度的符号在完整图形符号的周围标注评定参数的符号及极限值和其他技术要求。各项技术要求应分别标注在该符号周围的指定位置上。2.表面粗糙度的代号位置a：下列符号和数值排成一行上、下限值符号传输带数值/幅度参数符号评定长度值极限值判断规则(空格)幅度参数极限值(μm)位置b：附加评定参数（如Rsm，mm）位置c：加工方法位置d：表面纹理位置e：加工余量（mm）3.表面粗糙度轮廓幅度参数极限值的注法（1）标注上限值（默认）（2）同时标注上下限值极限值判断规则：16%规则（默认规则）（3）标注最大值（最大规则）在幅度参数符号Ra或Rz的后面标注一个“max”的标记。需要指定传输带时，传输带（mm）标注在幅度参数符号的前面，并用斜线“/”隔开λc=lr。4.传输带和取样长度、评定长度的标注需要指定评定长度时，应在幅度参数符号的后面注写取样长度的个数需要标注表面纹理及其方向时，则应采用规定的符号进行标注。5.表面纹理的标注珩磨加工及其纹理6.附加评定参数和加工方法的标注7.加工余量的标注1.一般规定

粗糙度代号尽可能标注在相应的尺寸及其极限偏差的同一视图上。二、表面粗糙度代号的标注方法粗糙度代号上的各种符号和数字的注写和读取方向应与尺寸的注写和读取方向一致。

粗糙度代号的尖端必须从材料外指向并接触零件表面。2.常规标注方法2.常规标注方法当零件的某些表面（或多数表面）具有相同的技术要求时，对这些表面的技术要求可以用特定符号，统一标注在零件图的标题栏附近，省略对这些表面分别标注。3.简化标注的规定方法3.简化标注的规定方法3.简化标注的规定方法本部分小结采用粗糙度代号标注，必须标注表面粗糙度幅度参数代号和极限值，必要时应标注补充要求各项技术要求有具体的标注位置在零件图上的标注位置较灵活，要符合标准规定表面粗糙度的测量同学们，我们今天来学习表面粗糙度的测量。测量之前，我们先了解一下，什么叫取样长度？评定长度？还有表面粗糙度轮廓的中线？对于这样一个工件，

表面是通过机械加工方法得到的或者非机械加工方法得到的，

它是由较小间距的

波峰和波谷组成的微观几何形状误差，通常用表面粗糙度来表示。取样长度

lr

就是指用来表示表面粗糙度特征的一段基准线的长度。规定取样长度的目的，主要是限制表面波度或者别的几何形状误差的影响。取样长度通常

根据被测工件参数的大小来选择的，我们今天测量的工件

Rz

值在

10

到

50

微米

之间，查表得到取样长度lr为2.5mm；评定长度是指用来评定表面粗糙度的1个或者几个连续的取样长度。根据工件表面情况的不同，工件表面均匀性好的，

评定长度可以小于

5

个连续的取样长度，对于工件表面均匀性差的，评定长度可

以大于

5

个连续的取样长度，

标准评定长度为连续的

5

个取样长度，因此实验时，

我们的评定长度为

12.5mm

。表面粗糙度评定的基准线为轮廓的最小二乘中线，

它是指在一个取样长度里，有一根假想的中线，

使轮廓上的各个点到这根中线的

距离平方之和为最小，这根线就是轮廓的最小二乘中线，选择这跟线比较困难，

我们常常以轮廓的算术平均中线来代替轮廓的最小二乘中线。轮廓的算术平均中

线是指有一根假想的线，将轮廓分为上下两部分，上部分面积之和等于下部分面

积之和。这样的一根线就叫轮廓的算术平均中线，实验时就是用的这根线来作为

评定轮廓的基准线的。接下来我们来看看评定表面粗糙度轮廓的参数，

我们这里主要讲的是垂直于加工方向的幅度参数：一个是轮廓的算术平均偏差Ra，它是指在一个取样长度

里，

轮廓上各个点到中线的算术平均值，

由于轮廓是一个曲线情况，

因此我们用

0

到

l

的取样长度里，y

对

x

进行积分来表示，

然后再除以

l，就得到一个平均值。

测量Ra时，通常采用接触法测量，我们这里的粗糙度仪3+就是接触法测量Ra

的值。我们今天每个人具体操作的实验，是测量的另一个指标，轮廓的最大高度

Rz，它是指在一个取样长度里，

找出最大的轮廓峰高和最低的轮廓谷深，

这两者

之和就是轮廓的最大高度

Rz。测量

Rz

值时，通常采用的非接触法测量。接下来我们来了解一下表面粗糙度的测量方法，最简单的一种方法是比较法：

比较法需要有一盒表面粗糙度的标准样块，根据被测工件的加工方法例如我们的工件是立式洗床上加工的，就选择立洗的标准样块，

用眼睛看、手摸或者借助于低倍放大镜来看，估计出被测工件的

Ra

值。比较法测量主要用于车间条件

下判断较粗糙的表面。对于高精度或者需要测定粗糙度参数值的工件，用粗糙度仪

3+来接触法测量Ra

值，粗糙度仪

3+测量

Ra

范围为

0.02

到

5

微米。仪器前面有一个传感器，传

感器头部有一个金刚石触针，测量时首先用标准样板校对仪器读数，

读数准确后，

再放上工件，选定好测量参数（这台设备可以测量表面粗糙度的多个指标）、再

选取取样长度、评定长度，最后按下测量按钮，传感器在被测工件表面移动，

将

表面粗糙度所反映的值采集进去，经过数据处理，显示屏上直接显示出

Ra

的测

量结果。一般来说，一个测量面上测量

3

个评定长度以上，取最大的

Ra

值作为

这个被测量面的测量结果。当接触法不能测量时，我们就考虑另一指标Rz的测量。光切显微镜测量Rz值的范围为

1.0

到

125微米；干涉显微镜测量

Rz

值的范围为小于等于

1.0

微米。

这两种测量设备时读数方法相同，

只是产生表面粗糙度轮廓的峰谷原理不同，光

切显微镜的光线必须与工件的纹路相垂直，才能看到表面轮廓的峰谷值，如果仪

器的光线与工件的纹路一致，

就看不到轮廓的峰谷值了，

因此我们放置工件测量

时，

一定要注意工件的加工纹路。干涉显微镜是利用两路光线的光程差，

正好是

波长的整数倍而产生的干涉条纹来测量，因此干涉显微镜调整干涉条纹时要麻烦

一些，也就是值越小测量越麻烦，干涉显微镜通常也可以用来测量镀层的厚度。下面是用光切显微镜测量表面粗糙度

Rz

值的具体过程。我们今天的光切显微镜测量表面粗糙度轮廓的Rz值，分为两步，第一步先测量出表面粗糙度轮廓的峰谷值，

单位是格数；第二步再用桌子上的标准线纹尺，

对仪器的刻度值进行一个标定

i，最后由峰谷差的格数乘以刻度值

i，得到被测表

面粗糙度轮廓的

Rz

值，

单位为微米。光切法显微镜也叫双管显微镜，看这两台仪器比较直观，

前面是观察管，后面是光源管；别的设备，

只是将光源管收到里面去了，它们的光路原理是一样的。

首先由光源出来的光，经过聚光镜、狭缝和物镜，以45°的光线照到被测工件

表面，工件同样以45°的光反射出来，经过物镜，然后照到分划板上（如果工件不能发光就没法测量了），从目境视场里看到表面粗糙度轮廓的峰谷，由于光线是经过一个狭缝进来的，

因此我们看到的峰谷值具有一定的宽度，

测量时，我们只能对峰谷的同一边缘进行测量，

才是反映表面粗糙度的值。现在看一下数值，假如工件有

H

的不平度，经过

45

°光线照出来的

m

是根号

2

个

H

，再经过

N

倍

的物镜放大以后，

呈像在分划板上的

b

的值，应该是根号

2

个

NH

倍，由于根号2

是一个无理数，

我们在设计读数时，

无法对无理数进行读数，

因此又转了一个45

°

的方向，在

a

的方向上读数，又放大的一个根号

2，实际读数放大了

2

倍，最后计算仪器的刻度值时一定要除以这个

2。接下来看一下，

今天我们的仪器安装了多少倍的物镜呢？我们的光切显微镜全部安装了

7

倍的物镜，7

倍物镜测量

Rz

值的范围为

16

到

125

微米，如果

7

倍

物镜，不能看清视场里的峰谷，就需要改装

14

倍的物镜。实验时

7

倍物镜能看清，用7

倍的物镜有一个好处，物镜的视野范围直径正好是2.5mm，刚好是一个取样长度，这样我们只要将一个视场里看到的最大峰和最低谷记录下来，就是我们的测量值。（如果安装的

14

倍的物镜，

物镜的视野范围直径变小，只有

1.3

毫米，

同学们想一下，我们如何来保证一个取样长度的测量呢？此时我们必须通过移动工作台纵向手轮，移过去

1.2

毫米，

最后在

1.3

和移动后

1.2mm

的两个视

场里测量出最大的峰和最低的谷值，再通过两个视场读数，选取有效的峰谷值作为表面粗糙度轮廓的

Rz

值）。一个取样长度测量完后，同样的移动工作台纵向手轮

2.5

毫米，测量出第二个取样长度里看到的最大峰和最低谷的值，同样的方法，

我们需要测量连续的

5

个取样长度里的最大峰和最低谷，记录在实验报告中。具体操作时，

将被测工件放在工作台上，

注意加工纹路与光带相垂直，

先松开横臂锁紧螺钉，

旋转螺母，使物镜上下移动时，

调出视场中的光带；

然后松开读数目镜锁紧螺钉，转动目镜分划板，使目镜中十字刻线的一根线与峰谷相平，锁紧目镜锁紧螺钉，因为要测连续的

5

个取样长度，此时移动工作台纵向手轮，

使十字刻线的一根线与峰谷保持水平；

再转动测微鼓轮，

水平线上下移动，

让它跟波峰相切，再跟波谷相切，

相切时读数；读数看不清时，需要打开仪器边上的台灯，找到视场里的双刻线，

例如挂图上，调好了跟波谷相切，

看到的双刻线在3

和

4

之间，我们就读

3

百，测微鼓轮上读个位和十位，如

75.5，记下此时相切的波谷值

375.5

格，同样方法，读出波峰值；

一个取样长度测量完成后，

移动工

作台纵向手轮2.5mm，再在第二个取样长度里读数，

一共测量5个连续的取样长度，10

个读数，记录在实验报告中（实验报告图）。第二步，