第6章-表面粗糙度及檢測(cè)(新)

公差配合與測(cè)量技術(shù)懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院---第六章表面粗糙度及測(cè)量本章學(xué)習(xí)目標(biāo)規(guī)劃：一、知識(shí)要點(diǎn)1、基本了解：表面粗糙度的基本概念；表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響；表面粗糙度的評(píng)定方式和方法；表面粗糙度符號(hào)和代號(hào)；2、重點(diǎn)了解：表面粗糙度的選用和標(biāo)注方法；；二、技能目標(biāo)：表面粗糙度的測(cè)量方法，著重講解企業(yè)常用的方法。第6章表面粗糙度及測(cè)量學(xué)習(xí)指導(dǎo)

1、概述：1）表面粗糙度的概念；

2）表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響；

2、評(píng)定：1）主要術(shù)語(yǔ)及定義；

2）表面粗糙度的主要評(píng)定參數(shù)及數(shù)值；

3、選用：1）評(píng)定參數(shù)的選用；

2）評(píng)定參數(shù)值的選用；

4、標(biāo)注：符號(hào)、代號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)；

5、測(cè)量：比較法、光切法、針觸法、干涉法、激光反射法等。第6章表面粗糙度及測(cè)量6.1概述6.1.1表面粗糙度產(chǎn)生原因：在機(jī)械加工過(guò)程中，由于刀具或砂輪切削后留下的刀痕、切屑分離時(shí)的塑性變形、工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)及刀具和被加工表面摩擦等原因?qū)е录庸け砻娉霈F(xiàn)由許多微小而高低不平的峰谷組成的宏觀和微觀上的幾何形狀誤差。第6章表面粗糙度及測(cè)量完工零件實(shí)際表面輪廓(放大圖)6.1概述6.1.2概念1）表面粗糙度：指加工的零件表面產(chǎn)生的微小波峰和波谷的高低程度和間距狀態(tài)。從微小波峰和波谷的高低程度考慮，當(dāng)波長(zhǎng)和波高之比一般小于40的程度時(shí)，屬于表面粗糙度；從間距狀態(tài)考慮，當(dāng)波距小于1mm時(shí)屬于表面粗糙度范疇；其反映的是零件表面所具有的微小峰谷的高低程度，實(shí)際上是表示零件表面微觀幾何形狀誤差。2）表面波紋度：由于加工中由機(jī)床、刀具、工藝系統(tǒng)的振動(dòng)、回轉(zhuǎn)體不平衡、發(fā)熱等因素引起的。從微小波峰和波谷的高低程度考慮，當(dāng)波長(zhǎng)和波高之比一般處于40～1000之間的程度時(shí)，屬于表面波度；從間距狀態(tài)考慮，當(dāng)波距處于1mm～10mm時(shí)屬于表面波度范疇；會(huì)引起零件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)、噪聲，特別是對(duì)旋轉(zhuǎn)零件（如軸承）的影響是相當(dāng)大的。目前表面波紋度還沒(méi)有制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3）形狀誤差：由于機(jī)床幾何精度方面因素而導(dǎo)致的。從微小波峰和波谷的高低程度考慮，當(dāng)波長(zhǎng)和波高之比大于1000的程度時(shí)，屬于形狀誤差；從間距狀態(tài)考慮，當(dāng)波距小于1mm時(shí)屬于表面粗糙度范疇；其反映的是零件宏觀幾何形狀誤差，嚴(yán)重地影響零件的裝配關(guān)系。第6章表面粗糙度及測(cè)量6.1概述6.1.3表面粗糙度對(duì)零件性能的影響：

1、摩擦和磨損：零件表面越粗糙，表面的摩擦系數(shù)就越大，零件表面的磨損就越快；表面過(guò)于光滑時(shí)，磨損下來(lái)的金屬微粒為刻劃的作用、潤(rùn)滑油被擠出、分子間的吸附作用被破壞等，也會(huì)加劇磨損。

2、配合性質(zhì)：粗糙度會(huì)影響配合穩(wěn)定性。若是間隙配合，表面越粗糙，會(huì)導(dǎo)致間隙增大；若是過(guò)盈配合，使實(shí)際的過(guò)盈小于理論過(guò)盈量，降低了連接的強(qiáng)度。

3、疲勞強(qiáng)度：粗糙的零件表面，在交變載荷作用下，對(duì)應(yīng)力集中很敏感，因而會(huì)降低零件的抗疲勞強(qiáng)度。

4、抗腐蝕性：零件表面越粗糙，則腐蝕介質(zhì)容易存積在粗糙表面的凹谷，再滲入金屬的內(nèi)層，造成銹蝕。

5、密封性能：密封性粗糙表面結(jié)合時(shí)，兩表面只在局部點(diǎn)上接觸，中間將會(huì)存在縫隙，從而降低密封性能。第6章表面粗糙度及測(cè)量6.1概述6.1.4零件表面粗糙度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：最早使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（表面光潔度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）：

GB1031-68；GB131-74過(guò)去的標(biāo)準(zhǔn)(表面粗糙度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)-舊標(biāo)準(zhǔn))：GB/T3505-1983《表面粗糙度—術(shù)語(yǔ)、表面及其參數(shù)》GB/T1031-1995《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》GB/T131-1993《機(jī)械制圖表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及其注法》現(xiàn)在實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)(表面粗糙度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)-新標(biāo)準(zhǔn))：GB/T3505-2000《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面

結(jié)構(gòu)的、定義及參數(shù)》GB/T1031-1995《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》GB/T131-1993《機(jī)械制圖表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及其注法》表面光潔度與表面粗糙度對(duì)照表第6章表面粗糙度及測(cè)量6.2表面粗糙度評(píng)定第6章表面粗糙度及測(cè)量6.2.1表面粗糙度主要術(shù)語(yǔ)及定義(1)取樣長(zhǎng)度lr(舊標(biāo)準(zhǔn)中用l)：

用于評(píng)定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。應(yīng)與表面粗糙度的大小相適應(yīng)。規(guī)定取樣長(zhǎng)度是為了限制和減弱表面波紋度對(duì)表面粗糙測(cè)量結(jié)果的影響，一般在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)應(yīng)包含５個(gè)以上輪廓波峰和輪廓波谷。表面越粗糙，取樣長(zhǎng)度就越大。(2)評(píng)定長(zhǎng)度ln：

為了全面、充分地反映被測(cè)表面的特性，在評(píng)定或測(cè)量表面輪廓時(shí)所必需的一段長(zhǎng)度。評(píng)定長(zhǎng)度可包括一個(gè)或多個(gè)取樣長(zhǎng)度。表面不均勻的表面，宜選用較長(zhǎng)的評(píng)定長(zhǎng)度。通常評(píng)定長(zhǎng)度一般按5個(gè)取樣長(zhǎng)度來(lái)確定（ln=5lr）。第6章表面粗糙度及測(cè)量(3)輪廓中線m：

評(píng)定定量計(jì)算表面粗糙度數(shù)值的基準(zhǔn)線。它是具有與被測(cè)表面幾何形狀一致的幾何輪廓形狀，并將被測(cè)輪廓加以劃分的線，它是計(jì)算各種輪廓參數(shù)的基礎(chǔ)。

確定輪廓中線的方法：

★輪廓的最小二乘中線m：在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，使輪廓上各點(diǎn)至該線的距離平方和為最小。即：

★輪廓算術(shù)平均中線m：在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，將實(shí)際輪廓?jiǎng)澐稚?、下兩部分，且使上、下面積相等的直線。即：

F1+F2+…+Fn=G1+G2+…+Gm第6章零件表面粗糙度的檢測(cè)6.2.2表面粗糙度主要評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值

1、國(guó)標(biāo)規(guī)定表面粗糙度主要評(píng)定參數(shù)

1）高度參數(shù)（輪廓幅度參數(shù)Ra、Rz）

2）間距參數(shù)（輪廓平均寬度參數(shù)Rsm）

3）綜合參數(shù)（輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(C)）第6章零件表面粗糙度的檢測(cè)6.2.2表面粗糙度主要評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值高度參數(shù)有三個(gè)指標(biāo)參數(shù)：輪廓算術(shù)平均偏差Ra（新標(biāo)準(zhǔn)中用Ra）微觀不平度十點(diǎn)高度Rz（新標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有）輪廓最大高度Ry（新標(biāo)準(zhǔn)中用Rz）高度參數(shù)是表面粗糙度的基本參數(shù)。在實(shí)際表面粗糙度評(píng)定中，如無(wú)特殊要求，一般使用高度參數(shù)中的輪廓算術(shù)平均偏差Ra。第6章表面粗糙度及測(cè)量6.2.2表面粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值間距參數(shù)高度參數(shù)不能完全反映出零件表面粗糙度的特征。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)另外規(guī)定了間距參數(shù)和綜合參數(shù)。間距參數(shù)有兩個(gè)指標(biāo)參數(shù)：輪廓單峰平均間距S（新標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有）不講解輪廓微觀不平度的平均間距Sm（新標(biāo)準(zhǔn)中用輪廓單元平均寬度Rsm）ll第6章表面粗糙度及測(cè)量6.2.2表面粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值綜合參數(shù)綜合參數(shù)有一個(gè)指標(biāo)參數(shù)：輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(c)

（舊標(biāo)準(zhǔn)中用tp

）綜合參數(shù)與表面粗糙度的形狀有關(guān)，它影響表面的耐磨程度。第6章表面粗糙度及測(cè)量6.2.2表面粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(c)

：（舊標(biāo)準(zhǔn)中用tp

）

平行于中線且與輪廓峰頂線相距為C的直線與輪廓相截所得各截線（Ml）之和，稱為輪廓支承長(zhǎng)度Ml(C)。

Ml(C)與評(píng)定長(zhǎng)度ln之比的百分?jǐn)?shù)值就是Rmr(c)

。Rmr(c)表示了耐磨擦、磨損的程度水平截距c值可用微米或c與Rz百分比值表示：

5，10，15，20，25，30，40，50，60，70，80，90%Rmr(c)的大小反映了輪廓表面峰谷的形狀。其值越大，表面實(shí)體材料越長(zhǎng)，接觸剛度和耐磨性越好。圖例圖表第6章表面粗糙度及測(cè)量表面粗糙度輪廓波紋度輪廓宏觀形狀輪廓λ實(shí)際表面輪廓完工零件實(shí)際表面輪廓圖例圖表第6章表面粗糙度及測(cè)量表面粗糙度與表面光潔度的對(duì)照表表面粗糙度Ra（1）0.0120.0250.050.100.200.400.801.603.206.3012.52550100Ra（2）0.010.020.040.080.160.320.631.252.5510204080表面光潔度等級(jí)▽14▽13▽12▽11▽10▽9▽8▽7▽6▽5▽4▽3▽2▽1注：（1）（2）分別表示表面粗糙度第一系列和第二系列，通常設(shè)計(jì)優(yōu)先選用第一系列圖例圖表第6章表面粗糙度及測(cè)量中線lnl取樣長(zhǎng)度l和評(píng)定長(zhǎng)度ln

llll0.008~0.02>0.02~0.1>0.1~2.0>2.0~10.0>10.0~80.0Ra/mRz/mlr/mmln/mm0.025~0.10>0.10~0.50>0.50~10.0>10.0~50.0>50.0~320.00.080.250.802.508.00.41.254.012.540.0常用取樣長(zhǎng)度及評(píng)定長(zhǎng)度圖例圖表第6章表面粗糙度及測(cè)量輪廓最小二乘中線輪廓算術(shù)平均中線lryi輪廓最小二乘中線第6章表面粗糙度及測(cè)量6.2.2表面粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值輪廓算術(shù)平均偏差Ra：

在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，被測(cè)實(shí)際輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線距離絕對(duì)值的算術(shù)平均值，即y1y2yn-1ynlm第6章表面粗糙度及測(cè)量6.2.2表面粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值輪廓最大高度RZ在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓的峰頂線和谷底線之間的距離。峰頂線和谷底線平行于中線且分別通過(guò)輪廓最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。

Rz=︱ypmax︱+︱yvmax︱Rz第6章表面粗糙度及測(cè)量6.2.2表面粗糙度評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值間距參數(shù)（輪廓單元的平均寬度RSm）輪廓單元是輪廓峰和輪廓谷的組合。在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓單元寬度的平均值。第6章表面粗糙度及測(cè)量

圖例圖表6.3表面粗糙度參數(shù)的選擇表面粗糙度參數(shù)的選擇應(yīng)考慮零件的工作條件、性能要求、表面功能和測(cè)量水平GB/T1031-1995規(guī)定，高度特征參數(shù)是基本的評(píng)定參數(shù)，應(yīng)優(yōu)先考慮Ra。

＊確定表面粗糙度參數(shù)考慮原則：

1、在滿足表面性能要求的前提下盡量選用較大的粗糙度參數(shù)值；

2、工作表面的粗糙度參數(shù)值應(yīng)小于非工作表面參數(shù)值；

3、配合表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)小于非配合表面參數(shù)值；

4、運(yùn)動(dòng)速度高、單位壓力大的摩擦表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)小于運(yùn)動(dòng)速度低、單位壓力小的摩擦表面粗糙度參數(shù)值；

5、受交變載荷時(shí),特別是在零件圓角、溝槽處表面粗糙度要求更嚴(yán)；

6、同一公差等級(jí)時(shí)，軸比的表面粗糙度要求更嚴(yán)；

7、在確定零件配合表面粗糙度時(shí)，應(yīng)與尺寸公差、形位公差相協(xié)調(diào)，一般應(yīng)滿足：

T>t形位>Ra。一般情況下，設(shè)形狀公差為T，尺寸公差為IT，三者關(guān)系可參照以下對(duì)應(yīng)關(guān)系（Ra最大允許值）：

若T≈0.6IT，則Ra≤0.05IT；Rz≤0.2IT

T≈0.4IT，則Ra≤0.025IT；Rz≤0.1IT

T≈0.25IT，則Ra≤0.012IT；Rz≤0.05IT

T＜0.25IT，則Ra≤0.15IT；Rz≤0.6IT

通常：一般接觸面Ra值取6.3～3.2m，配合面Ra值取0.8～1.6m，鉆孔表面Ra值取12.5～6.3m。。

6.3表面粗糙度的選用第6章表面粗糙度及測(cè)量

6.4.1表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度符號(hào)6.4表面粗糙度的符號(hào)、代號(hào)、標(biāo)注第6章表面粗糙度及測(cè)量6.4.2表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度的代號(hào)(e)bC(f)a1a2da1，a2——粗糙度幅度參數(shù)代號(hào)及其數(shù)值（mm）；b——加工方法、鍍涂或其他表面處理及說(shuō)明等；c——取樣長(zhǎng)度（mm）；d——加工紋理方向符號(hào)；e——加工余量（mm）；f——粗糙度間距參數(shù)值(S,Sm)

與輪廓支承長(zhǎng)度率（tp）

第6章表面粗糙度及測(cè)量6.4.3表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度輪廓高度參數(shù)的標(biāo)注第6章表面粗糙度及測(cè)量6.4.3表面粗糙度代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度輪廓高度參數(shù)的標(biāo)注(續(xù))第6章表面粗糙度及測(cè)量6.4.4表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度標(biāo)注說(shuō)明：標(biāo)注時(shí)將其標(biāo)注在可見(jiàn)輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長(zhǎng)線上，符號(hào)的尖端必須從材料外指向被注表面；高度參數(shù)：當(dāng)選用Ra時(shí)，只需在代號(hào)中標(biāo)出其參數(shù)值，“Ra”本身可以省略；當(dāng)選用Rz或Ry時(shí)，參數(shù)和參數(shù)值都應(yīng)標(biāo)出；第6章表面粗糙度及測(cè)量6.4.4表面粗糙度代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度標(biāo)注說(shuō)明：當(dāng)所有實(shí)測(cè)值不允許超過(guò)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注最大值或最小值；取樣長(zhǎng)度：如按國(guó)標(biāo)選用，則可省略標(biāo)注；表面加工紋理方向：指表面微觀結(jié)構(gòu)的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成，必要時(shí)才規(guī)定。常見(jiàn)加工紋理方向符號(hào)如下：

=（紋理平行于標(biāo)注代號(hào)）⊥（紋理垂直于標(biāo)注代號(hào)）

X（紋理呈兩相交的方向）M（紋理呈近似各個(gè)方向）

C（紋理呈近似同心圓）R（紋理呈近似放射狀）

P（紋理無(wú)方向或凸起的細(xì)粒狀）第6章表面粗糙度及測(cè)量6.4.4表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度標(biāo)注舉例b)c)d)a)0.86.3銑3.23.2(5)3.2

d）如果需要控制表面加工紋理方向時(shí)，加注加工紋理方向符號(hào)。第6章表面粗糙度及測(cè)量6.4.4表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及標(biāo)注表面粗糙度代號(hào)標(biāo)注示例12.512.53.23.23.2f其余2512.50.4M1.63.23.2ff6.5表面粗糙度的測(cè)量第6章表面粗糙度及測(cè)量6.5.1比較法：

將被測(cè)表面和表面粗糙度樣板直接進(jìn)行比較，多用于車間，評(píng)定表面粗糙度值較大的工件。

要求：

1、被測(cè)表面的加工方法、形狀及材質(zhì)盡可能與粗糙度比較樣塊一致；

2、對(duì)于批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)先加工出一個(gè)合格件，并精確測(cè)量其表面粗糙度值，以它作為比較樣塊。

方法：目測(cè)法，可借助5-10倍放大鏡進(jìn)行目測(cè)評(píng)定。

表面粗糙度樣板6.5表面粗糙度的測(cè)量6.5表面粗糙度的測(cè)量6.5.2光切法：

常用設(shè)備：用雙管顯微鏡測(cè)量。選用范圍：主要用于測(cè)量Rz和Ry值。光切原理：將一束平行光線以一定角度投射與被測(cè)零件表面上,光線與表面輪廓相交形成一光切面，同時(shí)在光切面處通過(guò)一套顯微裝置，將其表面的微觀幾何形狀放大，在目鏡中所觀察到的放大圖像即反映了被測(cè)表面的微觀幾何形狀，如下面圖示。光切法特點(diǎn)：

1）解決了工件表面微小峰谷深度的測(cè)量問(wèn)題,避免了與被測(cè)表面的接觸，可測(cè)零件表面的輪廓峰谷的最大和最小高度。

2）它能判別國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1031-1995所規(guī)定測(cè)量Rz范圍0.5～60μm微米，即原標(biāo)準(zhǔn)▽3-▽9級(jí)表面光潔度。

3）對(duì)于表面劃痕、刻線或某些缺陷的深度也可用來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

6.5表面粗糙度的測(cè)量雙管顯微鏡外形圖雙管顯微鏡光路原理圖6.5表面粗糙度的測(cè)量6.5.3干涉法：

原理：利用光波干涉原理測(cè)量零件表面的峰谷高度。設(shè)備：干涉顯微鏡。適用：主要用于Rz和Ry參