(第5章表面粗糙度及其檢測)機(jī)械精度設(shè)計與檢測

1、一、表面結(jié)構(gòu)的基本概念一、表面結(jié)構(gòu)的基本概念 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容二、表面粗糙度的評定參數(shù)二、表面粗糙度的評定參數(shù)三、輪廓粗糙度的應(yīng)用及圖樣標(biāo)注三、輪廓粗糙度的應(yīng)用及圖樣標(biāo)注重點要求重點要求評定參數(shù)的含義，圖樣標(biāo)注方法。評定參數(shù)的含義，圖樣標(biāo)注方法。難點：難點：取樣長度、評定長度和輪廓中線的概念及取樣長度、評定長度和輪廓中線的概念及 粗糙度參數(shù)數(shù)值的選擇。粗糙度參數(shù)數(shù)值的選擇。一、一、表面結(jié)構(gòu)的特點表面結(jié)構(gòu)的特點表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)是由實際表面的是由實際表面的重復(fù)重復(fù)或或偶然偶然的偏差所形成的偏差所形成的表面三維形貌的表面三維形貌.表面表面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)偶然性表面結(jié)構(gòu)偶然性表面結(jié)構(gòu)重復(fù)性表面結(jié)構(gòu)重復(fù)

2、性表面結(jié)構(gòu)表面缺陷表面缺陷 表面形狀誤差表面形狀誤差 表面波紋度表面波紋度 表面粗糙度表面粗糙度 二、表面粗糙度的概念二、表面粗糙度的概念 表面粗糙度：表面粗糙度：指機(jī)械加工（或鑄造、鍛打）的零指機(jī)械加工（或鑄造、鍛打）的零件表面上，總會存在著具有的較小間距和峰谷的微觀件表面上，總會存在著具有的較小間距和峰谷的微觀幾何形狀誤差。也稱為微觀不平度。幾何形狀誤差。也稱為微觀不平度。 表面粗糙度的產(chǎn)生：表面粗糙度的產(chǎn)生：(3) 以及機(jī)床等工裝系統(tǒng)的振動等。以及機(jī)床等工裝系統(tǒng)的振動等。(2) 切削過程中切屑分離時的塑性變形；切削過程中切屑分離時的塑性變形；(1) 切削后遺留切削后遺留 的刀痕；的刀痕；

3、 表面粗糙度表面粗糙度：零零件表面所具有的微件表面所具有的微觀幾何形狀誤差。觀幾何形狀誤差。10mm=11010mm 屬于形狀誤差屬于形狀誤差=110 屬于表面波度屬于表面波度1mm 屬于表面粗糙度屬于表面粗糙度 表面形狀誤差、表面粗糙度、表面波紋度的區(qū)分表面形狀誤差、表面粗糙度、表面波紋度的區(qū)分三、三、 表面結(jié)構(gòu)對零件工作性能的影響表面結(jié)構(gòu)對零件工作性能的影響 影響零件的影響零件的耐磨性耐磨性。 影響影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。 影響零件的影響零件的疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度。 影響零件的影響零件的抗腐蝕性抗腐蝕性。 影響零件的影響零件的密封性密封性。 對零件的外觀、測量精度、表面光學(xué)性能、

4、導(dǎo)對零件的外觀、測量精度、表面光學(xué)性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和膠合電導(dǎo)熱性能和膠合強(qiáng)度等也有著不同程度的影強(qiáng)度等也有著不同程度的影響。響。 5.1 5.1 概述概述四、四、 常見的表面缺陷常見的表面缺陷 1 1凹缺陷凹缺陷 破裂 毛孔 裂縫 擦痕 窩陷 砂眼 5.1 5.1 概述概述2 2凸缺陷凸缺陷 樹瘤 皰疤 飛邊 縫脊 夾雜物 氧化皮 5.1 5.1 概述概述環(huán)形坑 劃痕 切削殘余 腐蝕 裂紋 斑點3 3混合表面缺陷混合表面缺陷 4 4區(qū)域和外觀缺陷區(qū)域和外觀缺陷 5.1 5.1 概述概述五、五、 表面缺陷的參數(shù)表面缺陷的參數(shù) 表面缺陷可以用缺陷的表面缺陷可以用缺陷的表面表面缺陷長度（缺陷長度（

5、SIMeSIMe）、）、寬度（寬度（SIMWSIMW）、深度（）、深度（SIMsdSIMsd） 、高度（、高度（SIMshSIMsh）、）、面積（面積（SIMaSIMa） 、缺陷總面積（、缺陷總面積（SIMtSIMt）、單位面積缺）、單位面積缺陷數(shù)（陷數(shù)（SIMn/ASIMn/A）等參數(shù)進(jìn)行評定，并用允許最大極等參數(shù)進(jìn)行評定，并用允許最大極限值在圖樣上表達(dá)設(shè)計限值在圖樣上表達(dá)設(shè)計要求。要求。表面缺陷的參數(shù)值尚無國家標(biāo)準(zhǔn)表面缺陷的參數(shù)值尚無國家標(biāo)準(zhǔn)。本節(jié)結(jié)束本節(jié)結(jié)束5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定一、一、 表面粗糙度評定的術(shù)語與定義表面粗糙度評定的術(shù)語與定義 1 1實際表面實際表面

6、實際表面是物體與周圍介質(zhì)分離的表面。實際表面是物體與周圍介質(zhì)分離的表面。 2 2實際表面輪廓實際表面輪廓 由理想平面與實際表面相交所得的輪廓。由理想平面與實際表面相交所得的輪廓。 原始輪廓波紋度輪廓粗糙度輪廓3取樣長度取樣長度 （ lr 、lw、lp）取樣長度取樣長度測量表面粗糙度時，規(guī)定的一段足夠測量表面粗糙度時，規(guī)定的一段足夠短的長度上，以限制或減弱波紋度對測量的影響。短的長度上，以限制或減弱波紋度對測量的影響。 至少包含至少包含5 5個微峰和個微峰和5 5個微谷個微谷取值系列取值系列：0.08、0.25、0.8、2.5、8 mm5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定4評定長度評定長

7、度 （ ln ）評定長度評定長度最小的測量長度。最小的測量長度。連續(xù)的幾個取樣連續(xù)的幾個取樣長度。目的是為了更可靠地反映表面粗糙度輪廓長度。目的是為了更可靠地反映表面粗糙度輪廓的特性的特性 。取值系列取值系列：0.4、1.25、4、12.5、40 mm5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定5 5評定粗糙度的基準(zhǔn)線（中線）評定粗糙度的基準(zhǔn)線（中線） 在處理粗糙度結(jié)果時，必須建立一個新的坐標(biāo)，在處理粗糙度結(jié)果時，必須建立一個新的坐標(biāo)，該坐標(biāo)就是該坐標(biāo)就是基準(zhǔn)線?；鶞?zhǔn)線。xzlrlr基準(zhǔn)線應(yīng)穿過輪廓，且與輪廓基準(zhǔn)線應(yīng)穿過輪廓，且與輪廓走向一致，因此也稱為走向一致，因此也稱為中線。中線。5.2

8、5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定確定輪廓中線的方法有兩種：確定輪廓中線的方法有兩種：（1 1）輪廓的算術(shù)平均中線）輪廓的算術(shù)平均中線 若若中線與輪廓所包圍的面積上下相等中線與輪廓所包圍的面積上下相等，則，則稱為算術(shù)平均中線，它是唯一的。稱為算術(shù)平均中線，它是唯一的。5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定（2 2）輪廓最小二乘中線）輪廓最小二乘中線 滿足滿足 ，是唯一的一條線。是唯一的一條線。 min2iyx yiyi5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定 在取樣長度在取樣長度lr內(nèi)，使輪廓線上各點的輪廓偏距內(nèi)，使輪廓線上各點的輪廓偏距yi的平方和的平方和為最小的基準(zhǔn)線，它是唯一

9、的。為最小的基準(zhǔn)線，它是唯一的。 1 1輪廓的算術(shù)平均偏差輪廓的算術(shù)平均偏差 Ra二、二、 表面粗糙度的評定參數(shù)表面粗糙度的評定參數(shù) Ra在取樣長度在取樣長度lr范圍內(nèi)，輪廓上各點至中線范圍內(nèi)，輪廓上各點至中線的縱坐標(biāo)值的縱坐標(biāo)值 Z(x ) ) 的絕對值的算術(shù)平均值。的絕對值的算術(shù)平均值。 dxxzlRal01 niixznRa11x zilrZ(x )5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定Rz在一個取樣長度在一個取樣長度 lr范圍內(nèi)，被評定輪廓的最范圍內(nèi)，被評定輪廓的最大輪廓峰高大輪廓峰高 Rp與最大輪廓谷深與最大輪廓谷深 Rv之和的高度。之和的高度。 2 2輪廓的最大高度輪廓的最大

10、高度 RzlrRzRpRvzxRz = Rp Rv 在零件有疲勞要求在零件有疲勞要求時最好使用該參數(shù)時最好使用該參數(shù)5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定3 3輪廓單元的平均寬度輪廓單元的平均寬度R Rsmsm lrzxxS1xS2xS3xS4xS5xS6xS7miSixmRsm115.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定輪廓單元的平均寬度輪廓單元的平均寬度 Rsm:在取樣長度在取樣長度lr 內(nèi)，輪廓單元寬內(nèi)，輪廓單元寬度度Xsi的平均值：的平均值：輪廓單元輪廓單元:一個輪廓峰和相鄰輪廓谷的組合。一個輪廓峰和相鄰輪廓谷的組合。輪廓單元寬度輪廓單元寬度Xsi:中線與一個輪廓單元中線與一

11、個輪廓單元相交線段的長度相交線段的長度。11( )100%niiRmr cMlln4 4輪廓支承長度率輪廓支承長度率 Rmr(c)該參數(shù)可較好地反映耐磨性5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定在給定的水平位置在給定的水平位置c上，輪廓的實體材料長度上，輪廓的實體材料長度Ml(c)與與評定長度評定長度ln的比率。的比率。 設(shè)計中，最常用的參數(shù)是幅度參數(shù)設(shè)計中，最常用的參數(shù)是幅度參數(shù) Ra 或或 Rz， 其他參數(shù)根據(jù)需要選擇，使用較少。其他參數(shù)根據(jù)需要選擇，使用較少。 5.2 5.2 表面粗糙度評定表面粗糙度評定本節(jié)結(jié)束本節(jié)結(jié)束表面粗糙度評定參數(shù)共表面粗糙度評定參數(shù)共 4個個：基本參數(shù)基本參

12、數(shù) 2 個個 附加參數(shù)附加參數(shù)(輔助參數(shù)輔助參數(shù)) 2 個個Ra 輪廓算術(shù)平均偏差輪廓算術(shù)平均偏差Rz 輪廓最大高度輪廓最大高度Rsm 輪廓單元平均寬度輪廓單元平均寬度 Rmr(c) 輪廓支承長度率輪廓支承長度率5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用 本章介紹的表面輪廓國家標(biāo)準(zhǔn)有：本章介紹的表面輪廓國家標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T 3505-2009GB/T 3505-2009，術(shù)語、定義及結(jié)構(gòu)參數(shù)，術(shù)語、定義及結(jié)構(gòu)參數(shù) GB/T 1031-2009GB/T 1031-2009，參數(shù)及數(shù)值規(guī)定，參數(shù)及數(shù)值規(guī)定GB/T 131-2006GB/T 131-2006，符號、代號及標(biāo)注法，符號、代號

13、及標(biāo)注法在此之前采用的為粗糙度舊國家標(biāo)準(zhǔn)在此之前采用的為粗糙度舊國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3505-2000GB/T 3505-2000GB/T 1031-1995GB/T 1031-1995GB/T 131-1993GB/T 131-1993一、一、 新舊標(biāo)準(zhǔn)的主要差別新舊標(biāo)準(zhǔn)的主要差別1 1內(nèi)容上的差別內(nèi)容上的差別 新標(biāo)準(zhǔn)包括對粗糙度輪廓（新標(biāo)準(zhǔn)包括對粗糙度輪廓（R R）、波度輪廓（）、波度輪廓（W W）、）、原始輪廓（原始輪廓（P P），舊標(biāo)準(zhǔn)僅為表面粗糙度的評定。），舊標(biāo)準(zhǔn)僅為表面粗糙度的評定。2 2主要評定參數(shù)的符號、定義的差別主要評定參數(shù)的符號、定義的差別（1）輪廓算術(shù)平均偏差Ra：新老標(biāo)

14、準(zhǔn)符號、定義相同；（2）輪廓最大高度Rz ：定義相同；（3）輪廓單元的平均寬度Rsm（4）輪廓支承長度率Rmr定義相同。 5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用二、 表面粗糙度的圖樣標(biāo)注1 1表面粗糙度的符號和代號表面粗糙度的符號和代號 基本符號基本符號：用任意用任意方法獲得的表面方法獲得的表面用去除材料的方法用去除材料的方法獲得的表面獲得的表面不去除材料的方法不去除材料的方法獲得的表面獲得的表面 5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用edbc / faa a 幅度參數(shù)的允許值（幅度參數(shù)的允許值（mm）b b 加工方法或其它表面處理；加工方法或其它表面處理；c c

15、取樣長度（取樣長度（mmmm）d d 加工紋理方向符號加工紋理方向符號e e 加工余量（加工余量（mmmm）f f 間距參數(shù)值間距參數(shù)值 或其他參數(shù)?；蚱渌麉?shù)。 5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用2 2粗糙度代號及數(shù)值的標(biāo)注粗糙度代號及數(shù)值的標(biāo)注 這里僅舉例說明最常用的幅度參數(shù)標(biāo)注（去除材料）這里僅舉例說明最常用的幅度參數(shù)標(biāo)注（去除材料）（ 1）標(biāo)注極限值中的一個數(shù)值且默認(rèn)為上限值）標(biāo)注極限值中的一個數(shù)值且默認(rèn)為上限值（2）同時標(biāo)注上、下限值）同時標(biāo)注上、下限值5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用0.1精磨精磨0.25/ RSm0.050.85.3 5.3

16、表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用（1）應(yīng)將代號標(biāo)注在可見輪廓線、尺應(yīng)將代號標(biāo)注在可見輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長線上，符號的尖寸界線、引出線或它們的延長線上，符號的尖端必須從材料外指向被注表面端必須從材料外指向被注表面。3 3注意事項注意事項5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用 （2 2）當(dāng)選用）當(dāng)選用Ra Ra ，“Ra”Ra”本身可以省略；本身可以省略；其余參數(shù)都應(yīng)標(biāo)出；其余參數(shù)都應(yīng)標(biāo)出；3.2 （3 3）上限值和最大值區(qū)別）上限值和最大值區(qū)別：上限值上限值： 允許有不超過允許有不超過16%的實的實 測值大于規(guī)定的上限值測值大于規(guī)定的上限值最大值最大值： 所有的

17、實測值皆不能超所有的實測值皆不能超 過允許值過允許值3.2maxRz3.20.1精磨精磨0.25 / RSm0.050.83.25.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用（4 4） 其余標(biāo)注與全周標(biāo)注其余標(biāo)注與全周標(biāo)注圖上所有未標(biāo)注的表面粗糙圖上所有未標(biāo)注的表面粗糙度度RaRa的允許值皆為的允許值皆為25m25m圖上圖上所有所有 表面粗糙度表面粗糙度RaRa的允的允許值皆為許值皆為6.3m6.3m5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度的圖樣標(biāo)注實例表面粗糙度的圖樣標(biāo)注實例 表面粗糙度的圖樣標(biāo)注實例表面粗糙度的圖樣標(biāo)注實例20062006標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)三、表面粗糙度精

18、度設(shè)計三、表面粗糙度精度設(shè)計 零件圖樣上的每一個表面都必須規(guī)定表面粗零件圖樣上的每一個表面都必須規(guī)定表面粗糙度輪廓的技術(shù)要求，其主要內(nèi)容有兩項：糙度輪廓的技術(shù)要求，其主要內(nèi)容有兩項： （ 1 1 ）選擇哪些評定參數(shù)；）選擇哪些評定參數(shù)； （ 2 2 ）評定參數(shù)的允許值選多大。）評定參數(shù)的允許值選多大。 表面粗糙度輪廓的評定參數(shù)及允許值的大小表面粗糙度輪廓的評定參數(shù)及允許值的大小應(yīng)根據(jù)應(yīng)根據(jù)零件的功能要求零件的功能要求和和經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性來選擇。來選擇。5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用 設(shè)計中，最常用設(shè)計中，最常用Ra 或或 Rz， 根據(jù)需要選擇其它。根據(jù)需要選擇其它。 5.3

19、5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用1 1評定參數(shù)的選擇評定參數(shù)的選擇 評定參數(shù)選用評定參數(shù)選用幅度參數(shù)幅度參數(shù)Ra、 Rz附加參數(shù)附加參數(shù)-有特殊要求選用有特殊要求選用Rsm ， Rmr(c)優(yōu)先選優(yōu)先選Ra ：粗糙度參數(shù)值在粗糙度參數(shù)值在（0.025 6.3） m； 選選Rz ：粗糙度參數(shù)值在粗糙度參數(shù)值在(6.3 100) m ，(0.008 0.020 ) m；Rsm 用于對涂漆性能、抗裂紋和抗腐蝕等有要求時；用于對涂漆性能、抗裂紋和抗腐蝕等有要求時；Rmr(c)用于對耐磨性和接觸剛度等有要求時，但同時要用于對耐磨性和接觸剛度等有要求時，但同時要給出給出C值。值。 2 2粗糙度

20、參數(shù)允許值的選擇粗糙度參數(shù)允許值的選擇 5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用 國標(biāo)國標(biāo)GB/T1031-2009GB/T1031-2009表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值 滿足功能要求的前提下滿足功能要求的前提下值盡量大值盡量大（標(biāo)準(zhǔn)化）（標(biāo)準(zhǔn)化）參數(shù)值的選用參數(shù)值的選用考慮（類比法）考慮（類比法）工作面比非工作面值小工作面比非工作面值?。ㄍ粋€零件）；（同一個零件）；摩擦面比非摩擦面值小；摩擦面比非摩擦面值??；配合穩(wěn)定、尺寸（配合穩(wěn)定、尺寸（幾何幾何）公差）公差值小、密封性好等值??；值小、密封性好等值小；注意注意與尺寸公差與尺寸公差和和幾何公差幾何公差的協(xié)調(diào)的協(xié)調(diào)

21、特殊應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定確定粗糙度值特殊應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定確定粗糙度值選擇粗糙度參數(shù)允許值時應(yīng)注意以下幾點選擇粗糙度參數(shù)允許值時應(yīng)注意以下幾點： （）粗糙度參數(shù)允許值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)選擇規(guī)定的）粗糙度參數(shù)允許值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)選擇規(guī)定的參數(shù)值；參數(shù)值； 5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用 （2 2）重要工作面的允許值應(yīng)該小。）重要工作面的允許值應(yīng)該小。 如摩擦表面，運動速度高、單位面積壓力大，如摩擦表面，運動速度高、單位面積壓力大，要求配合性質(zhì)穩(wěn)定的表面等。要求配合性質(zhì)穩(wěn)定的表面等。 （3 3）粗糙度參數(shù)的允許值應(yīng)與尺寸公差、形狀公）粗糙度參數(shù)的允許值應(yīng)與尺寸公差、形狀公差協(xié)調(diào)。同時可參考應(yīng)用

22、實例。差協(xié)調(diào)。同時可參考應(yīng)用實例。 （4 4）某些零件的粗糙度已有專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定，應(yīng)按該）某些零件的粗糙度已有專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定，應(yīng)按該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來確定其表面粗糙度輪廓參數(shù)允許值。標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來確定其表面粗糙度輪廓參數(shù)允許值。 5.3 5.3 表面粗糙度及其應(yīng)用表面粗糙度及其應(yīng)用Ra 的數(shù)值的數(shù)值0.120.203.2500.0250.406.30.0500.8012.50.1001.6025Rz 的數(shù)值的數(shù)值0.0250.406.310010000.0500.8012.52000.1001.60254000.203.250800四、四、表面粗糙度檢測表面粗糙度檢測1 1比較法比較法將被測表面與粗糙度樣塊比較，判斷其