第6章 表面粗糙度 47P

1、6.1 概述 課時數(shù)：0.5課時 重點：表面粗糙度概念 難點：表面粗糙度與表面宏觀幾何形狀誤差、表面波度的 區(qū)別授課方式：新授新課導(dǎo)入： 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。6.1.1 6.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念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，零件被加工表面上的微觀的幾何形狀誤差稱為

2、表面粗糙度，又稱微觀不平度。又稱微觀不平度。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6-1所示。 圖6-1 加工誤差示意圖 6.1.2 表面粗糙度對零件使用性能的影響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，磨損也越快。 圖6-2 實際接觸面1.影響兩接觸表面間的摩擦

3、、磨損和接觸變形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)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(yīng)力集中越嚴(yán)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、 外觀質(zhì)量等都有影響。 本課小結(jié)v表面粗糙度是指零件被加工表面上的微觀幾何形狀誤差。它不同于表面宏觀幾何形狀誤差

4、以及表面波度 。v表面粗糙度影響零件的使用性能。 課時數(shù)：2課時 重點：輪廓算術(shù)平均偏差Ra及其國家標(biāo)準(zhǔn) 難點：用以測量或評定表面粗糙度數(shù)值大小的基準(zhǔn)線 授課方式：新授新課導(dǎo)入： 表面粗糙度對零件的使用有著重要的影響。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 35051995對表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值作了相應(yīng)的規(guī)定。6.2 表面粗糙度的評定參數(shù)和國家標(biāo)準(zhǔn) 1、表面輪廓 表面輪廓是指平面與實際表面相交所得的輪廓 。按照相截方向的不同,它又可分為橫向表面輪廓和縱向表面輪廓。 圖6-3 表面輪廓 圖6-4 加工紋理方向 6.2.1 基本術(shù)語和定義（摘自GB 3505-2000）2、取樣長度l 取樣長度是指用于判別被評定輪廓

5、的不規(guī)則特征的一段長度。 圖6-5 取樣長度和評定長度 表6-1 取樣長度與評定長度的選用值 (摘自GB10311995) v 取樣長度應(yīng)與表面粗糙度的要求相適應(yīng)(表6-1)。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(yīng)包含5個以上的輪廓峰和輪廓谷。 3、評定長度、評定長度 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。 如圖6-5所示。 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 =5 lnlnl4、基準(zhǔn)線、基準(zhǔn)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(zhǔn)

6、線，基準(zhǔn)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6-6a中的 和 ）。 2iy1O1O2O2O圖6-6 輪廓中線 （2） 輪廓算術(shù)平均中線 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. 1O 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 。這條假想線就是輪廓算術(shù)平均中線（圖6-6b中的 和 ）。 1O2O2OiiFF6.

7、2.2 表面粗糙度的評定參數(shù)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 在取樣長度內(nèi)，被測表面輪廓上各點至基準(zhǔn)線距離Yi的絕對值的平均值（圖6-7）。 式中：y(x)表面輪廓上點到基準(zhǔn)線的距離； yi表面輪廓上第i個點到基準(zhǔn)線的距離； l取樣長度； n取樣數(shù)。 公式表示為或近似為 dxxylRla01niiaynR11aR圖6-7 輪廓算術(shù)平均偏差 輪廓算術(shù)平均偏差 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(dāng)前世界各國普遍采用。 aR（2）微觀不平度十點高度 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（圖6-8）。

8、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(fù)值。 （3）輪廓最大高度 在取樣長度內(nèi)，輪廓的峰頂線與輪廓谷底線之間的距離（圖6-8）。 公式表示為515151iivipizyyRZRyR 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(zhǔn)線且通過輪廓最高點和最低點的直線。 圖6-8 高度特征參數(shù) 公式表示為maxmaxvpyyyR2.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 在取樣長度內(nèi)輪廓微觀不平度間距 的平均值（圖6-9）。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

9、單峰間距 的算術(shù)平均值（圖6-9）。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。 nimimSnS11niiSS121mSmiSiS圖6-9 輪廓間距參數(shù) 式中：n輪廓單峰的個數(shù) 第i個輪廓單峰間距。 iS3.形狀特征參數(shù)附加參數(shù) 輪廓的支承長度率 在取樣長度內(nèi)，一平行于基準(zhǔn)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6-10所示。 圖6-10 輪廓支承長度 pt6.2.3表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn) 表面粗糙度的評定參數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)值系列選取。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 10311995要求優(yōu)先選用基本

10、系列值 。表6-2 輪廓算術(shù)平均偏差Ra的數(shù)值 (m ）本課小結(jié)v用以測量或評定表面粗糙度數(shù)值大小的基準(zhǔn)線有輪廓最小二乘中線和輪廓算術(shù)平均中線 。v國家標(biāo)準(zhǔn)中，輪廓算術(shù)平均偏差Ra 、微觀不平度十點高度Rz 、輪廓最大高度Ry的定義，及它們?nèi)叩臏y量特點。v表面粗糙度數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。 作業(yè) 習(xí)題6 6-2，6-3 課時數(shù)：1課時 重點：表面粗糙度代(符)號的技術(shù)含義 難點：表面粗糙度代號在圖樣上的標(biāo)注授課方式：新授新課導(dǎo)入： 圖樣上給定的表面特征代（符）號是對完工后表面的要求。GB 1311993對表面粗糙度代（符）號及其標(biāo)注作出了規(guī)定。 6.3 表面粗糙度的標(biāo)注表面粗糙度的標(biāo)注 6.3.2

11、表面粗糙度代號 在表面粗糙度符號基礎(chǔ)上，標(biāo)上其它表面特征要求組成了表面粗糙度的代號。 圖6-11 基本符號 6.3.1 表面粗糙度符號圖6-12 表面特征各項規(guī)定在符號中的注寫位置 6.3.3 表面粗糙度代（符）號在圖樣上的標(biāo)注表面粗糙度代（符）號在圖樣上的標(biāo)注 表面粗糙度代（符）號應(yīng)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。 圖6-13 表面粗糙度代號注法 圖6-14 表面粗糙度標(biāo)注示例 圖6-15 中心孔、圓角、倒角的表面粗糙度標(biāo)注示例 本課小結(jié)v國標(biāo)規(guī)定了表面粗糙度符號、代號的特殊意義。v表面粗糙度代（符）號在圖

12、樣上的標(biāo)注必須規(guī)范化。 作業(yè) 習(xí)題6 6-5 課時數(shù)：0.5課時 重點：類比法選表面粗糙度的方法 難點：選擇表面粗糙度需要一定的實際經(jīng)驗授課方式：新授新課導(dǎo)入： 零件表面粗糙度選擇是否恰當(dāng)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。 6.4 表面粗糙度的選用表面粗糙度的選用 6.4.1 表面粗糙度選用表面粗糙度選用原則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。 對大多數(shù)表面來說，給出高度特征評定參數(shù)即可反映被測表面粗糙度的特征。附加參數(shù)只在高度特征參數(shù)不能滿足表面功能要求時，才附加選用。 在常用的

13、參數(shù)值范圍（ 為0.0256.3m，Rz為0.10025m）內(nèi)，國家標(biāo)準(zhǔn)推薦優(yōu)先選用 。 aRaR6.4.2 表面粗糙度選用方法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。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(dāng)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(yīng)比非工作表面小。2)摩擦表面的粗糙度值應(yīng)比非摩擦表面小。對有相對運動的工件表面，運動速度愈高，其粗糙度值也應(yīng)愈小。3)單位面積壓力大或受交變應(yīng)力作用的重要零件的圓角、溝槽表面粗糙度值應(yīng)選小值。4)配合性質(zhì)要求越穩(wěn)定，表面粗糙度值應(yīng)越小。配合性質(zhì)相

14、同時，尺寸愈小的結(jié)合面，表面粗糙度值也應(yīng)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。表表6-9 表面粗糙度參數(shù)值與尺寸公差的關(guān)系表面粗糙度參數(shù)值與尺寸公差的關(guān)系 5)表面粗糙度值應(yīng)與尺寸公差、形位公差相適應(yīng)。通常，零件的尺寸公差、形位公差要求高時，表面粗糙度值應(yīng)較。(表6-9 列出了表面粗糙度參數(shù)值與尺寸公差的關(guān)系，供設(shè)計時參考。) 本課小結(jié)v選擇表面粗糙度總的原則是：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。 v選擇表面粗糙度一般采用經(jīng)驗類比法。 作業(yè) 習(xí)題6 6-46.5 表面粗糙度的測量 課時數(shù)：1

15、課時 重點：測量表面粗糙度的方法及其原理 難點：表面粗糙度的檢測授課方式：新授新課導(dǎo)入： 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。 6.5.1 比較法比較法 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(yīng)盡可能與被測表面一致。 6.5.2 光切法光切法 光切法是指利用光切原理來測量表面粗糙度的一

16、種方法。常用的測量儀器是光切顯微鏡，又稱雙管顯微鏡。圖6-16 雙管顯微鏡 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)。cos45Khcos451

17、1hh圖6-17 光切顯微鏡測量原理 光切顯微鏡主要用于測定Rz和Ry，測量范圍一般為0.8100m。 6.5.3 干涉法干涉法 干涉法是指利用光學(xué)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，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

18、糙不平，所以這兩路光束相遇后形成與其相應(yīng)的起伏不平的干涉條紋，如圖6-20所示。 圖6-18 6JA型干涉顯微鏡外形圖 圖6-19 6JA型干涉顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)圖 圖6-20 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0.050.8m。干涉法不適于測量非規(guī)則表面（如磨、研磨等）的Sm。 6.5.4 針描法針描法 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。 國產(chǎn)BCJ-2型電動輪廓儀外形如圖6-21 。圖6-21國產(chǎn)BCJ-2型電動輪廓儀測量原理 將被測工件1放在工作臺6的定位塊7上，調(diào)整工件（或驅(qū)動箱4）的傾斜度，使工件被測表面平行于傳感器3的滑行方向。調(diào)整傳感器及觸針2的高度，使觸針與被測表面適當(dāng)接觸。啟動電動機，使傳感器帶動觸針在工件被測表面滑行。由于被測表面有微小的峰谷，使觸針在滑行的同時還沿輪廓的垂直方向上下運動。觸針的運動情況實際上反映了被測表面輪廓的情況。將觸針運動的微小變化通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)計算和處理，便可由指示表5直接顯示出Ra的大小。 6.5.5 印模法印模法 印模法是指用塑性材