1、第5章 表面粗糙度,5.1 概述5.2 表面粗糙度的评定5.3 表面粗糙度的标注5.4 表面粗糙度的选用5.5 表面粗糙度的测量方法,第5章 表面粗糙度,零件的表面：是指物体与周围介质区分的物理边界。,5.1.1 表面粗糙度的定义,5.1 概 述,表面轮廓：垂直于零件的实际表面的平面与这个零件实际表面相交所得到的轮廓，它是一条轮廓曲线。,表面轮廓是表面粗糙度的测量和评定对象。,5.1.1 表面粗糙度的定义,表面粗糙度：在机械加工过程中，由于刀具或砂轮切削后遗留的刀痕、切削过程中切屑分离时的塑性变形，以及机床的振动等原因，会使被加工零件的表面产生微小的峰谷，这些微小峰谷高低程度和间距状况称为表面
2、粗糙度，它是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。,它是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标。,5.1.1 表面粗糙度的定义,(3)形状误差：波距大于10mm。属于宏观几何形状误差。,零件表面的形貌可分为三种情况：,(1)表面粗糙度：波距小于1mm。属于微观几何形状误差。,(2)表面波纹度：波距在110mm之间。会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响是相当大的 。,5.1.1 表面粗糙度的定义,一般来说，任何加工后的表面实际轮廓总是包含着表面粗糙度、波纹度、表面形状误差等构成的几何形状误差。,5.1.2 表面粗糙度对机械零件使用性能的影响,表面粗糙度对机械零件使
3、用性能的影响主要表现在以下几个方面：,（1）影响零件的耐磨性,（2）影响配合性质的稳定性,（3）影响零件的抗疲劳强度,（4）影响零件的抗腐蚀性,5.2 表面粗糙度的评定,5.2.1 基本术语,1取样长度,由于零件实际表面轮廓包含着粗糙度、波纹度和宏观形状误差三种几何形状误差，故测量表面粗糙度时，应把测量限制在一段足够短的长度上，以抑制或减弱波纹度、排除宏观形状误差对表面粗糙度测量的影响，这段长度称为取样长度。,5.2.1 基本术语,取样长度：测量或评定表面粗糙度时所规定的一段基准线长度，它至少包含5个以上轮廓峰和谷，用符号 表示。,表面越粗糙，取样长度就应该越大。,5.2.1 基本术语,表5.
4、1 轮廓算术平均偏差 、轮廓的最大高度 和轮廓单 元的平均宽度 的标准取样长度和标准评定长度,取样长度的标准化值见下表 。,5.2.1 基本术语,2.评定长度,一般情况下，取 =5 ，称为“标准长度” 。,由于零件表面粗糙度不均匀，为了更可靠地反映表面粗糙度的特性，在测量和评定表面粗糙度时所规定的一段沿X轴方向上的最小长度，用符号表示 。,5.2.1 基本术语,3. 长波和短波轮廓滤波器的截止波长,为了评价表面轮廓上各种几何形状误差中的某一几何形状误差，可以利用轮廓滤波器来呈现这一几何形状误差，过滤掉其他的几何形状误差。,轮廓滤波器：是指能将表面轮廓分离成长波成分和短波成分的滤波器，它们所能抑
5、制的波长称为截止波长。,5.2.1 基本术语,传送带：是从短波截止波长 至长波截止波长 的波长范围。长波滤波器的截止波长 等于取样长度 ，即 = 。,截止波长 和 的标准化值由表5.1查取。,4. 轮廓中线,获得零件实际表面轮廓后，为了定量地评定表面粗糙度，首先要确定一条中线，它是具有几何轮廓形状并划分被评定轮廓的基准线。以中线为基础来计算各种评定参数的数值。基准线有下列两种。,5.2.1 基本术语,1）轮廓的最小二乘中线,是指在一个取样长度 范围内，使轮廓上各点轮廓偏距 的平方和为最小的线，即 为最小，轮廓偏距的测量方向为 方向，如下图所示。,5.2.1 基本术语,2）轮廓的算术平均中线,轮
6、廓的算术平均中线是指在一个取样长度 范围内，算术平均中线与轮廓走向一致，这条中线将轮廓划分为上、下两部分，使上部分的各个峰的面积之和等于下部分的各个谷的面积之和，即,5.2.2 评定参数,1幅度参数（高度参数）,1）轮廓的算术平均偏差,轮廓的算术平均偏差是指在一个取样长度 范围内，被评定轮廓上各点至中线的纵坐标值的绝对值的算术平均值，用符号 表示。即,或近似为,5.2.2 评定参数,2）轮廓的最大高度,轮廓的最大高度是指在一个取样长度 范围内，最大轮廓峰高 和最大轮廓谷深 之和的高度，用符号 表示，如下图所示。即,式中， 、 都取正值。,测得的 值越大，则表面越粗糙。 能客观地反映表面微观几何
7、形状误差，不宜用做过于粗糙或太光滑的表面的评定参数。,5.2.2 评定参数,图5.6 表面粗糙度的最大高度,幅度参数（ 、 ）是标准规定必须标注的参数（一般只需取其一），故又称为基本参数。,2. 间距参数,5.2.2 评定参数,一个轮廓峰和相邻一个轮廓谷的组合称为轮廓单元。在一个取样长度 范围内，中线与各个轮廓单元相交线段的长度称为轮廓单元宽度，用 表示。,5.2.2 评定参数,轮廓单元的平均宽度 : 是指在一个取样长度 范围内，轮廓单元宽度的平均值，用符号 表示。即,3. 形状参数,轮廓的支承长度率 ：是指在给定水平位置上轮廓的实际材料长度与评定长度的比率，用符号表示。即,5.2.2 评定参
8、数,轮廓的实体材料长度 :是指在评定长度 范围内，一平行于 轴（见图5.1）的直线从峰顶线向下移一水平截距 时，与轮廓相截所得的各段截线长度之和，即,5.2.2 评定参数,5.2.3 评定参数的数值规定,表面粗糙度的参数值已经标准化，设计时应按国家标准GB/T 10312009产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 粗糙度参数及其数值规定的参数值系列选取。,表5.2 轮廓的算术平均偏差,5.2.3 评定参数的数值规定,表5.3 轮廓的最大高度,表5.4 轮廓单元的平均宽度,5.3 表面粗糙度的标注,5.3.1 表面粗糙度的符号,表5.6 表面粗糙度的符号及其含义,5.3.1 表面粗糙度的
9、符号,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,1. 表面粗糙度要求标注的内容,为了明确表面粗糙度要求，除了标注表面粗糙度单一要求外，必要时还应标注补充要求。,是指传送带、取样长度、表面粗糙度参数代号及其极限值；,单一要求:,补充要求:,是指加工方法、表面纹理和纹理方向、加工余量等。,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,表面粗糙度代号(简称粗糙度代号):,在周围注写了技术要求的完整图形符号 。,图5.9 在表面粗糙度完整图形符号上各项技术要求的标注位置,a第一个表面粗糙度的单一要求，b第二个表面粗糙度的单一 的要求，c加工方法,d表面纹理和纹理方向,e加工余量。,5.3.2 表面粗糙度的代号及其
10、注法,2. 表面粗糙度要求在图样中的标注,位置 处标注第一个表面粗糙度的单一要求，该要求是不能省略的，它包括传送带、取样长度、表面粗糙度参数代号及其极限值等内容。,1）位置 处标注的表面粗糙度要求,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,（1）上限和下限的标注,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,（2）传送带和取样长度的标注,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,（3）参数代号的标注,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,表面粗糙度参数代号标注在传输带或取样长度之后，它们之间加一斜线“/”隔开。,（4）评定长度的标注,如果采用默认的评定长度，即采用 ln
11、=5lr 时，则评定长度可省略标注。如果评定长度不等于5lr 时，则应在相应参数代号后注出取样长度 的个数，见上右图（ln =3lr ）。,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,表5.7 表面粗糙度的代号及意义,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,（5）极限判断原则和极限值标注,16%规则：,是指在同一评定长度范围内幅度参数所有的实测值中，大于上限值的个数少于总数的16%，小于下限值的个数少于总数的16%，则认为合格。,16%规则是表面粗糙度技术要求标注中的默认规则（省略标注）。,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,最大规则：,在幅度参数符号的后面增加
12、“max”或“min”标记，则表示检测时合格性的判断采用最大规则。它是指整个被测表面上幅度参数所有的实测值皆不大于最大允许值和不小于最小允许值，才认为合格。,为了避免误解，在参数代号和极限值之间应插入一个空格。,表面粗糙度的其他要求(见图5.10)中位置b、c、d、和e处）可根据零件功能需要标注。,2）位置b处标注的表面粗糙度要求,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,位置b处标注第二表面粗糙度要求。如果要标注第三个或更多的表面粗糙度要求时，图形符号应在垂直方向扩大，以空出足够空间。此时，a、b的位置随之上移。,3）位置c处标注的表面粗糙度要求,位置c处标注加工方法、表面处理、涂层、其他加工工
13、艺要求等。,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,4）位置d处标注的表面粗糙度要求,位置d处标注表面纹理和纹理方向，各种典型的表面纹理及其方向符号的规定标注，见表5.8。,5）位置e处标注的表面粗糙度要求,位置e处标注要求的加工余量（单位为mm）。,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,表5.8 加工纹理方向的符号及其标注图例,5.3.2 表面粗糙度的代号及其注法,表5.8 加工纹理方向的符号及其标注图例,5.3.3 表面粗糙度在图样上的标注,1. 一般规定,5.3.3 表面粗糙度在图样上的标注,2常规标注方法,表面粗糙度要求在图样上的常规标注方法示例见下表。,5.3.3 表面粗糙度在图样上的
14、标注,5.3.3 表面粗糙度在图样上的标注,5.3.3 表面粗糙度在图样上的标注,3. 简化标注方法,表面粗糙度要求在图样上的简化标注方法示例见下表。,5.3.3 表面粗糙度在图样上的标注,5.3.3 表面粗糙度在图样上的标注,5.3.3 表面粗糙度在图样上的标注,4. 在零件图上对零件各表面标注表面粗糙度代号的示例,5.4 表面粗糙度的选用,5.4.1 评定参数的选用,1幅度参数的选用,当 在常用值范围内（0.0256.3）之间时，优先选用 。因为参数 的概念比较直观，它反映表面粗糙度轮廓特性的信息量大。,5.4.1 评定参数的选用,图5.12 不同的表面微观几何形状,2间距参数和混合参数的
15、选用,5.4.1 评定参数的选用,5.4.2 评定参数值的选用,用类比法具体选择表面粗糙度参数时，应注意以下一些原则：,（1）同一零件上，工作表面比非工作表面的 或 值小。,（2）摩擦表面比非摩擦表面的 或 值小。,（3）公差等级相同时，过盈配合表面应小于间隙配合表面的 （或） 值，轴应小于孔的 （或） 值，小尺寸表面应小于大尺寸表面的 （或） 值。,（4）对于要求配合性质稳定的小间隙配合和承受重载荷作用的过盈配合，它们的孔、轴的 或 值都应小。,尺寸公差值和形状公差值越小、表面粗糙度的（或） 值应越小。如表5.11所示：,5.4.2 评定参数值的选用,（6）相对运动速度高、单位面积压力大，以
16、及承受交变应力作用的重要零件的圆角沟槽的 或 值都应小。,5.4.2 评定参数值的选用,（8）凡有关标准业已对表面粗糙度技术要求作出具体规定的特定表面，应按该标准的规定来确定表面粗糙度的参数。,（7）对于防腐蚀、密封性要求高的表面以及要求 外表美观的表面，其表面 或 值应小。,5.4.2 评定参数值的选用,5.4.2 评定参数值的选用,5.5 表面粗糙度的测量方法,5.5.1 比较法,比较法：是将工件的被测表面与已知其评定参数值的表面粗糙度样块相比较，而估算出被测表面粗糙度的一种测量方法。,5.5.1 比较法,5.5.2 针描法,针描法（又称触针法）：是利用仪器的触针在工件的被测表面上轻轻划过
17、，由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针将在垂直于被测轮廓表面方向上产生上下移动，再通过传感器将位移变化量转换成电量的变化，经信号放大和处理后，在显示器上显示出被测表面的评定参数值并且可以从打印机上打印出被测表面粗糙度轮廓曲线。,5.5.2 针描法,图5.14 JB-4C精密粗糙度测量仪,5.5.2 针描法,5.5.4 干涉法,干涉法：是指利用光波干涉原理和显微系统测量精密加工表面粗糙度的方法。它属于非接触测量的方法。采用干涉法原理制成的表面粗糙度测量仪称为干涉显微镜。,它用光波干涉原理反映出被测表面粗糙度轮廓的起伏大小，用显微镜系统进行高倍数放大后观察和测量。,干涉法一般用于测量表面粗糙度要求高的表
18、面。,它适宜测量 值为0.025 0.8 的平面、外圆柱面和球面。,5.5.3 光切法,光切法：是利用光切原理测量表面粗糙度的一种测量方法。它属于非接触测量的方法。采用光切原理制成的表面粗糙度测量仪称为光切显微镜（或称双管显微镜）。,用光切显微镜可测量车、铣、刨或其他类似方法加工的金属零件表面，但不便于检验用磨削或抛光等方法加工的零件表面。,它适宜于测量 值为0.8 80 的平面和外圆柱面。,5.5.5 激光反射法,激光反射法:是用激光束以一定的角度照射到被测表面，除部分光线被试件表面吸收以外，大部分光线被反射和散射。,图5.17 激光束在粗糙表面上的散射,5.5.5 激光反射法,5.5.6
19、三维几何表面测量,5.5.6 三维几何表面测量,习 题 5,5.1 表面粗糙度的含义是什么?对零件的工作性能有哪些影响? 5.2 试述测量和评定表面粗糙度时中线、传输带、取样长度、评定长度的含义。 5.3 为什么在表面粗糙度标准中，除了规定“取样长度”外，还规定“评定长度”？ 5.4 表面粗糙度的基本评定参数有哪些？哪些是基本参数？那些是附加参数？简述各参数的含义。,习 题 5,5.5 表面粗糙度参数值是否选得越小越好？选用的原则是什么？如何选用？ 5.6 试述规定表面粗糙度幅度参数上限值的含义？ 5.7 常见的加工纹理方向符号有哪些？各代表什么意义。,习 题 5,5.9 解释图5.19中标注的各表面粗糙度要求的含义。,
