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1、第五章 表面粗糙度,1. 表面粗糙度的評定 2. 表面粗糙度的選擇及其標注 3. 表面粗糙度的測量,5.1 表面粗糙度的評定,一、 基本概念,二、表面粗糙度的基本術(shù)語,三、表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值,表面粗糙度就是表述這些峰谷高低程度和間距狀況的微觀幾何形狀特性的指標。如圖所示,一、 基本概念,切削加工的零件，不僅有尺寸精度和形位公差的要求，而且有表面質(zhì)量的要求。表面質(zhì)量影響零件的使用性能。表面粗糙度就是用來衡量零件表面質(zhì)量的。,1、表面粗糙度的概念,零件被加工表面上的微觀的幾何形狀誤差稱為表面粗糙度，又稱微觀不平度。,1）表面粗糙度產(chǎn)生的原因 在切削加工過程中，刀具和被加工表面間的
2、相對運動軌跡（即刀痕）、刀具和被加工表面間的摩擦、切削過程中切屑分離時表層金屬材料的塑性變形以及工藝系統(tǒng)的高頻振動。,2）表面粗糙度與表面波度、形狀誤差的區(qū)別 波距小于1mm的屬于表面粗糙度；波距在110mm的屬于表面波度；波距大于10mm的屬于形狀誤差。波距與波幅h的比值小于40時屬于表面粗糙度；比值在401000時屬于表面波度；比值大于1000時屬于形狀誤差。如圖所示,表面實際輪廓,表面粗糙度,表面波度,形狀誤差,2 表面粗糙度對零件使用性能的影響,表面的凹凸不平使兩表面接觸時實際接觸面積減小，接觸部分壓力增加。表面越粗糙，接觸面積越小，壓力越大，接觸變形越大，摩擦阻力也增加，磨損也越
3、快。,實際接觸面,,1）影響兩接觸表面間的摩擦、磨損和接觸變形,2）影響配合性質(zhì),表面粗糙使間隙配合，間隙增大；過盈配合的過盈減??；過渡配合變松。,3）影響疲勞強度 表面微觀不平度的凹痕越深，其底部曲率半徑越小，則應力集中越嚴重，零件疲勞損壞的可能性越大，疲勞強度就越低。,4）影響耐腐蝕性 腐蝕介質(zhì)在表面凹谷聚集，不易清除，產(chǎn)生金屬腐蝕。表面越粗糙，凹谷越深，谷底越尖，零件抗腐蝕能力越差。,此外，表面粗糙度對零件結(jié)合面的密封性能、表面反射能力和外觀質(zhì)量等都有影響。,二、表面粗糙度的基本術(shù)語,1實際輪廓 平面與實際表面相交所得的輪廓線為實際輪廓。,（分為橫向輪廓和縱向輪廓）,橫向?qū)嶋H輪廓
4、: 垂直于表面加工紋理的平面與表面相交所得的輪廓線.,縱向?qū)嶋H輪廓 ：平行于表面加工紋理的平面與表面相交所得的輪廓線。,2、取樣長度 l (lr),取樣長度是指用于判別被評定輪廓的不規(guī)則特征的一段基準線長度。為了限制和削弱表面波度對表面粗糙度測量結(jié)果的影響，至少包含5個以上輪廓峰和谷。,取樣長度和評定長度,,取樣長度應與表面粗糙度的要求相適應(見表)。取樣長度過短，不能反映表面粗糙度的實際情況；取樣長度過長，表面粗糙度的測量值又會把表面波度的成分包括進去。在取樣長度范圍內(nèi)，一般應包含5個以上的輪廓峰和輪廓谷。,為了充分合理地反映表面的特性，通常取幾個取樣長度來評定表面粗糙度，一般 ln =5l
5、。,評定長度是指用于判別被評定輪廓表面粗糙度所必須的一段長度,3、評定長度 ln,取樣長度與評定長度的選用值 (摘自GB/T106101998),4、基準線 用以測量或評定表面粗糙度數(shù)值大小的一條參考線稱為基準線，基準線通常有輪廓最小二乘中線和輪廓算術(shù)平均中線兩種。,（1） 輪廓最小二乘中線（簡稱中線） 在取樣長度范圍內(nèi)，實際被測輪廓線上的各點至一條假想線的距離的平方和為最小，即 =Min，這條假想線就是最小二乘中線（圖a中的 O1O1 和 O2O2 ）。,輪廓中線,（2） 輪廓算術(shù)平均中線,在取樣長度內(nèi)，由一條假想線將實際輪廓分成上、下 兩部分，而且使上部分面積之和等于下部分面積之和，即
6、 。這條假想線就是輪廓算術(shù)平均中線（圖b中 的 O1O1 和 O2O2 ）。,在輪廓圖形上確定最小二乘中線的位置比較困難，在實 際工作中可用算術(shù)平均中線代替最小二乘中線，兩者相差 不大.,三、表面粗糙度的評定參數(shù),1.高度特征參數(shù)主參數(shù) （1）輪廓算術(shù)平均偏差R a 在取樣長度內(nèi)，被測表面輪廓上各點至基準線距離Yi的絕對值的平均值（如圖）。,式中：y(x)表面輪廓上點到基準線的距離； yi表面輪廓上第i個點到基準線的距離； l取樣長度； n取樣數(shù)。,公式表示為,或近似為,,,,輪廓算術(shù)平均偏差 R a 較全面地反映表面粗糙度的高度特征，概念清楚，檢測方便，為當前世界各國普遍
7、采用。,輪廓算術(shù)平均偏差,（2）微觀不平度十點高度 R z,在取樣長度內(nèi)，被測實際輪廓上5個最大輪廓峰高的平 均值與5個最大輪廓谷深的平均值之和（如圖）。,式中；Ypi第i個最大輪廓峰高； Yvi第i個最大輪廓谷深，谷深不取成負值。,,（3）輪廓最大高度Ry,在取樣長度內(nèi)，輪廓的峰頂線與輪廓谷底線之間的距離（如圖）。,公式表示為,,,,由于測量點不多，故在反映微觀幾何形狀高度方面的特性不如Ra參數(shù)充分。,,輪廓峰頂線和輪廓谷底線，分別指在取樣長度l內(nèi)，平行于基準線且通過輪廓最高點和最低點的直線。,高度特征參數(shù),,公式表示為,,2.間距特征參數(shù)附加參數(shù),（1） 輪廓微觀不平度的平均間距 S
8、 m 在取樣長度內(nèi)輪廓微觀不平度間距Smi 的平均值（如圖）。所謂輪廓微觀不平度的間距Smi是指輪廓峰和相鄰的輪廓谷在中線上的一段長度。,（2）輪廓的單峰平均間距S 在取樣長度內(nèi)輪廓的單峰間距 Si 的算術(shù)平均值（如圖）。所謂輪廓單峰間距Si是指兩相鄰單峰的最高點之間距離投影在中線上的長度。,,,,,,,式中：n輪廓單峰的個數(shù) 第i個輪廓單峰間距。,輪廓間距參數(shù),3.形狀特征參數(shù)附加參數(shù),輪廓的支承長度率 tp： 在取樣長度內(nèi)，一平行于基準線的直線從峰頂線向下移到某一水平位置時，與輪廓相截所得到的各段截線長度bi之和與取樣長度l之比，如圖所示。,輪廓支承長度,間距參數(shù)、形狀特征參數(shù)均為附加的評
9、定參數(shù)。一般情況下應從三個基本評定參數(shù)中選取，只有少數(shù)零件的重要表面有 特殊使用要求時才選用附加的評定參數(shù)。,四、表面粗糙度國家標準,表面粗糙度的評定參數(shù)值已經(jīng)標準化，設(shè)計時應根據(jù)國家標準規(guī)定的參數(shù)值系列選取。國家標準GB /T10311995要求優(yōu)先選用基本系列值 。,輪廓算術(shù)平均偏差Ra的數(shù)值 (m ）,5.2 表面粗糙度的選擇及其標注,一、 表面粗糙度符號,二、 表面粗糙度代號,在表面粗糙度符號基礎(chǔ)上，標上其它表面特征要求組成了表面粗糙度的代號。,表面粗糙度代號注法 a1、a2粗糙度高度參數(shù)代號及其數(shù)值，單位為m b加工方法、鍍覆、涂覆、表面處理或其他說明等 c取樣長度（單位為mm
10、）或波紋度（單位為m） d加工紋理方向符號 e加工余量，單位為mm f粗糙度間距參數(shù)值（單位為mm）或輪廓支承長度率,當允許在表面粗糙度參數(shù)的所有實測值中超過固定值的個數(shù)少于總數(shù)的16時，應在圖樣上標注表面粗糙度參數(shù)的上限值或下限值,當要求在表面粗糙度參數(shù)的所有實測值中不得超過規(guī)定值時，應在圖樣上標注表面粗糙度參數(shù)的最大值或最小值,表面粗糙度附加參數(shù)的標注,表面粗糙度其他項目的標注,加工紋理方向的符號,三、表面粗糙度符號、代號在圖樣上的標注,表面粗糙度代（符）號應注在可見輪廓線、尺寸界線或其延長線上，符號的尖端必須從材料外指向被注表面，數(shù)字及符號的注寫方向必須與尺寸數(shù)字方向一致。,表面粗
11、糙度代號注法,表面粗糙度標注示例,當零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求時，對其中使用最多的一種符號、代號可以統(tǒng)一注在圖樣的右上角，并加注“其余”兩字。,當零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求時，其標注如圖所示。,當齒輪、蝸輪、漸開線花鍵等工作表面沒有畫出齒形時，其表面粗糙度代號可注在節(jié)圓上。如圖所示。,齒輪、花鍵表面粗糙度標注示例,螺紋工作表面沒有畫出牙形時，可按如圖的方式標注。,中心孔、鍵槽工作表面、圓角、倒角的表面粗糙度標注示例,例、圖示為一減速箱中的輸出軸，軸頸55j6（兩處）與滾動軸承配合，56r6和45m6與齒輪和帶輪配合，表面粗糙度要求高。,輸出軸上形位公差、表面粗糙度標注
12、示例,四、新舊國標的對照 由于舊國標宣貫使用的時間比較長,在年長的工程技術(shù)人員和工人中,對舊國標中的表面光潔度印象較深,為了幫助對照記憶,介紹一種簡單的方法: 舊國標的5相當于新國標的Ra3.2(第一系列值,3.2可以當成3+2=5記憶),記住這一對應值后, Ra值只需向上乘2、向下除2，即可推出新國標所對應的相鄰舊國標的各級符號。例6相當于Ra1.6；3相當于Ra12.5?；蛑苯佑?相當于Ra50。,五、表面粗糙度的選擇,1、表面粗糙度的選擇 主要包括表面粗糙度評定參數(shù)及參數(shù)值的選擇,零件表面粗糙度選擇是否恰當不僅影響產(chǎn)品的使用性能，而且也直接關(guān)系到零件的加工工藝和制造成本。,3、 表面
13、粗糙度選用原則,首先滿足使用性能要求，其次兼顧經(jīng)濟性。即在滿足使用要求的前題下，盡可能降低表面粗糙度要求，放大表面粗糙度允許值。,2、 表面粗糙度選用方法 具體選用時多用類比法來確定粗糙度的參數(shù)值。,4、 表面粗糙度評定參數(shù)的選用 GB/T10311995規(guī)定，表面粗糙度參數(shù)應從高度特性參數(shù)中選取。 1) R a 參數(shù)最能充分反映表面微觀幾何形狀高度方面的特性，R a 值用觸針式電動輪廓儀測量也比較簡便，所以對于光滑表面和半光滑表面，普遍采用Ra 作為評定參數(shù)。但材料較軟時不能用 R a，因為Ra一般用觸針接觸測量。 一般在常用的參數(shù)值范圍 （ Ra 為0.0256.3m，Rz為0.1
14、25m）內(nèi)，國家標準推薦優(yōu)先選用Ra 。,2）R z 參數(shù)雖不如R a 參數(shù)反映的幾何特性準確、全面，但R z 的概念簡單，測量也很簡便。 當表面過于粗糙（ Ra6.3m）或太光滑（ Ra 0.025m）時，選用Rz。 3）如測量面積很小，在取樣長度內(nèi)，輪廓峰或谷少于5個時，可用Ry （如：頂尖、刀刃、手表零件和軸承滾道、鋼球等） 。 4）當表面有特殊功能時，為保證功能要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，可同時選幾個參數(shù)綜合控制表面質(zhì)量。如表面要求耐磨時可選用Ra、Ry和tp；表面要求承受交變應力時可選用Ry、 S m和S；當表面著重要求外觀質(zhì)量和可漆性，可選用 S m和S。,5、 表面粗糙度參數(shù)值的選用
15、,按類比法選擇表面粗糙度參數(shù)值時，可先根據(jù)經(jīng)驗資料初步選定表面粗糙度參數(shù)值，然后再對比工作條件作適當調(diào)整。調(diào)整時主要考慮以下幾點：,1）同一零件上，工作表面的粗糙度值應比非工作表面小。 2)摩擦表面的粗糙度值應比非摩擦表面小。滾動摩擦表面比滑動摩擦表面的粗糙度值要小；對有相對運動的工件表面，運動速度愈高，其粗糙度值也應愈小。 3)單位面積壓力大或受交變應力作用的重要零件的圓角、溝槽表面粗糙度值應選小值。 4)配合性質(zhì)要求越穩(wěn)定，表面粗糙度值應越小。配合性質(zhì)相同時，尺寸愈小的結(jié)合面，表面粗糙度值也應越小。同一精度等級，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙度值要小。,7)表面粗糙度值一般應與尺寸公差、
16、形位公差相適應。通常，零件的尺寸公差、形位公差要求高時，表面粗糙度值應較小。但實際生產(chǎn)中也有這樣的情況，尺寸公差、形位公差值較大，而表面粗糙度值卻要求很小，如機床的手柄或手輪的表面，因此它們之間并不存在確定的函數(shù)關(guān)系。,設(shè)表面形狀公差為T，尺寸公差值為IT，對應關(guān)系 若T 0.6IT則 Ra 0.05IT Rz 0.2IT T 0.4IT Ra 0.025IT Rz 0.1IT T 0.25IT Ra 0.012IT Rz 0.05IT T < 0.25IT Ra 0.015T Rz 0.6T,6）標準已對表面粗糙度要求做出規(guī)定（如與滾動軸承配合的軸頸和外殼孔、鍵槽、各級精度齒輪的主要表面），
17、則應按標準規(guī)定的表面粗糙度參數(shù)值選用。,5）防腐性、密封性要求高，外表美觀等表面的粗糙度值應較小。,軸和孔的表面粗糙度參數(shù)推薦值,5.3 表面粗糙度的測量,表面粗糙度常用的檢測方法有：比較法、光切法、干涉法、針描法、印模法。,一、 比較法,比較法是指將被測表面與已知高度特征參數(shù)值的粗糙度樣板相比較,從而判斷表面粗糙度的一種檢測方法。,比較法簡單易行，適于在車間使用。缺點是評定結(jié)果的可靠性很大程度上取決于檢測人員的經(jīng)驗。比較法僅適用于評定表面粗糙度要求不高的工件。,比較時，可用肉眼觀察、手動觸摸，也可借助顯微鏡、放大鏡。所用粗糙度樣板的材料、形狀及加工方法應盡可能與被測表面一致。,表面光潔度比較
18、樣板 符合GB6060.2-85,二、光切法,光切法是指利用光切原理來測量表面粗糙度的一種方法。常用的測量儀器是光切顯微鏡，又稱雙管顯微鏡。,光切顯微鏡,光切顯微鏡主要用于測定Rz和Ry，測量范圍一般為0.560m。適宜測量車、銑、刨或其他類似加工方法所加工的零件平面和外圓表面 。,光切法的基本原理,光切顯微鏡由兩個鏡管組成，右為投射照明管，左為觀察管。兩個鏡管軸線成90。照明管中光源1發(fā)出的光線經(jīng)過聚光鏡2，光闌3及物鏡4后，形成一束平行光帶。這束平行光帶以45的傾角投射到被測表面。光帶在粗糙不平的波峰S1和波谷S2處產(chǎn)生反射。S1和S2經(jīng)觀察管的物鏡4后分別成像于分劃板5的S1和S2。若被
19、測表面微觀不平度高度為h，輪廓峰、谷S1與S2在45截面上的距離為h1，S1與S2之間的距離h1是h1經(jīng)物鏡后的放大像。若測得h1，便可求出表面微觀不平度高度h。 K物鏡的放大倍數(shù)。,光切顯微鏡測量原理,三、 干涉法,干涉法是指利用光學干涉原理來測量表面粗糙度的一種方法。常用儀器是干涉顯微鏡。,干涉原理,光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡2和反光鏡3轉(zhuǎn)向，通過光闌4、5、聚光鏡6投射到分光鏡7上，通過分光鏡7的半透半反膜后分成兩束。一束光透過分光鏡7，經(jīng)補償鏡8、物鏡9射至被測表面P2，再由P2反射經(jīng)原光路返回，再經(jīng)分光鏡7反射向目鏡14。另一束光經(jīng)分光鏡7反射，經(jīng)濾光片17、物鏡10射至參考鏡P1，
20、再由P1反射回來，透過分光鏡射向目鏡14。兩束光在目鏡14的焦平面上相遇疊加。由于被測表面粗糙不平，所以這兩路光束相遇后形成與其相應的起伏不平的干涉條紋，如圖6-20所示。,6JA型干涉顯微鏡外形圖,6JA型干涉顯微鏡光學系統(tǒng)圖,干涉條紋,干涉法主要用于測量表面粗糙度的Rz和Ry值，其測量范圍通常為0.0250.8m。干涉法不適于測量非規(guī)則表面（如磨、研磨等）的Sm。,四、 針描法,針描法是利用儀器的測針與被測表面相接觸，并使測針沿被測表面輕輕滑動來測量表面粗糙度的一種方法，又稱輪廓法。電動輪廓儀就是針描法測定表面粗糙度的常用儀器。,便攜式粗糙度測量儀.jpg,電動輪廓儀外形,五、 印模法,印
21、模法是指用塑性材料將被測表面印模下來，然后對印模表面進行測量 。 印模法適用于笨重零件及大尺寸零件的內(nèi)表面，測量范圍為Rz = 0.8 330m。,六、 小結(jié),比較法測量表面粗糙度簡單易行，但評定結(jié)果取決于檢測人員的經(jīng)驗。 光切法利用光切原理測量表面粗糙度，主要用于測定Rz和Ry，不適于測量粗糙度要求較高的的表面及不規(guī)則表面的Sm值。 干涉法利用光學干涉原理測量表面粗糙度，干涉法主要用于測量表面粗糙度的Rz和Ry值，不適于測量非規(guī)則表面Sm。 針觸法是利用儀器的測針與被測表面相接觸，并使測針沿被測表面輕輕滑動來測量表面粗糙度的，它的最大優(yōu)點是能夠直接讀出表面粗糙度 R a 的數(shù)值，但測量范圍為R a 0.015m。,
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