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1、第五章第五章 表面粗糙度轮廓及其表面粗糙度轮廓及其检测检测学 习 指 导 本本章章学学习习目目的的是是掌掌握握表表面面粗粗糙糙度度轮轮廓廓的的评评定定参参数数和和标标注注，为为合合理理选选用用表表面面粗粗糙糙度度轮轮廓廓打打下下基基础础。学学习习要要求求是是从从微微观观几几何何误误差差的的角角度度理理解解表表面面粗粗糙糙度度轮轮廓廓的的概概念念；了了解解表表面面粗粗糙糙度度轮轮廓廓对对机机械械零零件件使使用用性性能能的的影影响响。理理解解规规定定取取样样长长度度及及评评定定长长度度的的目目的的及及中中线线的的作作用用；掌掌握握表表面面粗粗糙糙度度轮轮廓廓的的高高度度特特征征参参数数及及其其检检
2、测测手手段段；了了解解表表面面粗粗糙糙度度轮轮廓廓的的间间距距及及形形状状特特征征参参数数；掌掌握握表表面面粗粗糙糙度度轮轮廓廓参参数数和和参参数数值值的的选选用用原原则则和和方方法法。熟熟练练掌掌握握表表面面粗粗糙糙度度轮轮廓廓技技术术要要求求在在零件图上标注的方法。零件图上标注的方法。1第一节第一节 表面粗糙度轮廓的基本概念表面粗糙度轮廓的基本概念 一、表面粗糙度轮廓的界定一、表面粗糙度轮廓的界定完工零件实际表面轮廓图图5-1 表面轮廓表面轮廓 表面轮廓表面轮廓：平面与表面相交所得的轮廓线，称为表面轮廓。：平面与表面相交所得的轮廓线，称为表面轮廓。2表面粗糙度轮廓波纹度轮廓宏观形状轮廓实际
3、表面轮廓实际表面轮廓图图5-2 零件表面几何形状误差及其组成成份零件表面几何形状误差及其组成成份表面粗糙度：波距表面粗糙度：波距11010mmmm3表面粗糙度轮廓的产生：表面粗糙度轮廓的产生：(3)以及机床等工装系统的振动等。以及机床等工装系统的振动等。(2)切削过程中切屑分离时的塑性变形；切削过程中切屑分离时的塑性变形；(1)切削后遗留切削后遗留 的刀痕；的刀痕；表表面面粗粗糙糙度度是是指指加加工工后后零零件件表表面面的的微微小小峰峰谷谷（Z）高高低低程程度度和和间距（间距（S）状况。状况。间距间距S高低高低Z二、表面粗糙度概念二、表面粗糙度概念4三、表面粗糙度轮廓对零件使用性三、表面粗糙度
4、轮廓对零件使用性 能的影响能的影响1对磨擦和磨损的影响对磨擦和磨损的影响表面不是越光越好。表面不是越光越好。2对工作精度的影响对工作精度的影响3对配合性质的影响对配合性质的影响4对零件强度的影响对零件强度的影响5对抗腐蚀性的影响对抗腐蚀性的影响6对结合面密封性的影响对结合面密封性的影响5第二节第二节 表面粗糙度轮廓表面粗糙度轮廓的评定的评定一、取样长度和评定长度一、取样长度和评定长度1取样长度取样长度lr 取样长度：是测量或评定表面粗糙度所规定的取样长度：是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度，至少包含一段基准线长度，至少包含5个微峰和个微峰和5个微谷。个微谷。2评定长度评定长度ln 取
5、标准评定长度取标准评定长度ln5lr。若被测表面比较均匀，。若被测表面比较均匀，可选可选ln5lr；若均匀性差，可选；若均匀性差，可选ln5lr。6中线lnlrlrlrlrlr 图图5-3 取样长度和评定长度取样长度和评定长度 78 在在lr内，使轮廓上各点至该线的距离内，使轮廓上各点至该线的距离Zi平平方和为最小方和为最小。1.轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线(m)图图5 5-4-4 最小二乘中线最小二乘中线ziXZ(x)xlr最小二最小二乘中线乘中线二、二、表面粗糙度轮廓的中线表面粗糙度轮廓的中线92.轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线在在 lr r 内，内，XZ(x)lrF1FiF2S1S
6、2Sj算术平均算术平均中线中线 图图5-5 算术平均中线算术平均中线10（1）轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差 在在lr内，纵坐标值内，纵坐标值Z(x)的绝对值的算术的绝对值的算术平均值平均值(见下图）见下图）。ZiZ(x)XlrRa算术平均算术平均偏差偏差Ra1高度特征参数高度特征参数三、三、表面粗糙度的评定参数表面粗糙度的评定参数 图图5-6 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra的确定的确定11 在一个取样长度范围内，被测轮廓上在一个取样长度范围内，被测轮廓上5 个最大轮廓峰高个最大轮廓峰高Zpi的平均值，的平均值，与与5 个最大轮廓谷深个最大轮廓谷深Zvi平均值平均值之和，称之为之和
7、，称之为微观不平度十点平均高度，用符号微观不平度十点平均高度，用符号Rz表示，表示，即即Rz=Zp2lrZv6Zv5Zp6Zp5Zp4Zp3Zv4Zv3Zp1Rz中线Zv1Zv2（2）微观不平度十点平均高度）微观不平度十点平均高度 Rz 图图5-7 表面粗糙度轮廓的微观不平度十点高度表面粗糙度轮廓的微观不平度十点高度Rz的确定的确定12（3）轮廓的最大高度）轮廓的最大高度 Ry在在lr内内Z(x)XlrRy最大高度最大高度Ry中线中线图图5-8 表面粗糙度轮廓最大高度表面粗糙度轮廓最大高度13（1）轮廓单峰平均间距）轮廓单峰平均间距S 在取样长度在取样长度Lr内，轮廓的单峰间距内，轮廓的单峰间
8、距Si的平均值，称为轮廓的平均值，称为轮廓单峰平均间距单峰平均间距S。所谓轮廓单峰间距所谓轮廓单峰间距Si指两相邻单峰最高点之间的距离投指两相邻单峰最高点之间的距离投影在中线上的长度。影在中线上的长度。图图5-9 轮廓单峰间距和轮廓微观不平度间距轮廓单峰间距和轮廓微观不平度间距2 间距特征参数间距特征参数Si为第i个轮廓单峰间距。14（2）轮廓微观不平度的平均间距）轮廓微观不平度的平均间距Sm 在取样长度在取样长度Lr内，轮廓微观不平度的间距内，轮廓微观不平度的间距Smi的平均值，的平均值，称为轮廓微观不平度的平均间距称为轮廓微观不平度的平均间距Sm。所谓轮廓微观不平度的间距所谓轮廓微观不平度
9、的间距Smi指含有一个轮廓峰和相指含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度。邻轮廓谷的一段中线长度。Sm=其中其中Smi为第为第i个轮廓微观不平度的间距。个轮廓微观不平度的间距。15轮廓支承长度率轮廓支承长度率tp 在取样长度在取样长度Lr内，取一条平行于中线的直线，该线与轮内，取一条平行于中线的直线，该线与轮廓相截，在轮廓上各段截线廓相截，在轮廓上各段截线bi长度之和称为轮廓支承长度长度之和称为轮廓支承长度p p。p=轮廓支承长度率轮廓支承长度率tp指轮廓支承长度指轮廓支承长度p与取样长度与取样长度Lr之比。之比。轮廓支承长度率轮廓支承长度率tp对应于水平截距对应于水平截距c给出。给出。tp
10、=图图5-10 轮廓支承长度轮廓支承长度3 形状特征参数形状特征参数式中bi为第i段截线的长度。16第三节第三节 表面粗糙度轮廓的应用表面粗糙度轮廓的应用一、一、表面粗糙度轮廓技术要求的内容表面粗糙度轮廓技术要求的内容 规定表面粗糙度轮廓的技术要求时，必须给出表面粗糙规定表面粗糙度轮廓的技术要求时，必须给出表面粗糙度轮廓高度参数及允许值和测量时的取样长度值这两项基本度轮廓高度参数及允许值和测量时的取样长度值这两项基本要求，必要时可规定轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方要求，必要时可规定轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方向、加工方法或向、加工方法或(和和)加工余量等附加要求。如果采用标准取加工余
11、量等附加要求。如果采用标准取样长度，则在图样上可以省略标注取样长度值。样长度，则在图样上可以省略标注取样长度值。表面粗糙度的参数值已经标准化，设计时应按国家标准表面粗糙度的参数值已经标准化，设计时应按国家标准GB/T10311995表面粗糙度参数及其数值表面粗糙度参数及其数值规定的规定的参数值系列选取。参数值系列选取。17二、表面粗糙度轮廓评定参数的选择二、表面粗糙度轮廓评定参数的选择表面粗糙度评定参数选用原则表面粗糙度评定参数选用原则 根据零件的工作条件和使用性能，既考虑能表根据零件的工作条件和使用性能，既考虑能表征表面的几何特性和表面功能参数，又要考虑表面征表面的几何特性和表面功能参数，又
12、要考虑表面粗糙度检测仪器（或测量方法）的测量范围和工艺粗糙度检测仪器（或测量方法）的测量范围和工艺的经济性。的经济性。选定评定参数时，高度特征参数是基本的评定选定评定参数时，高度特征参数是基本的评定参数，间距和形状特征参数是附加评定参数。参数，间距和形状特征参数是附加评定参数。18n一般情况从高度参数一般情况从高度参数RaRa和和RzRz中任选一个，优先中任选一个，优先选用选用RaRa。n要求有较高耐腐性，在交变应力条件下工作的要求有较高耐腐性，在交变应力条件下工作的零件表面、窄小的表面及刃口等表面，才选零件表面、窄小的表面及刃口等表面，才选RzRz。n间距参数间距参数S S或或SmSm和支承
13、参数和支承参数t tp p一般不单独使用，一般不单独使用，与高度参数联合使用。与高度参数联合使用。u为了保证涂漆性能、提高抗腐蚀性及减少流动摩擦为了保证涂漆性能、提高抗腐蚀性及减少流动摩擦阻力时选用间距参数阻力时选用间距参数S S或或SmSm 。u当表面的耐磨性、接触刚度和密封性要求较高时，当表面的耐磨性、接触刚度和密封性要求较高时，选择支承参数选择支承参数t tp p 。19三、表面粗糙度轮廓参数允许值的选择三、表面粗糙度轮廓参数允许值的选择 表面粗糙度参数值的选用原则表面粗糙度参数值的选用原则 首先满足功能要求，其次是考虑经济性及工艺首先满足功能要求，其次是考虑经济性及工艺性。在满足功能要
14、求的前提下，参数的允许值应尽性。在满足功能要求的前提下，参数的允许值应尽可能大些。可能大些。一般在规定表面粗糙度高度特征参数的允许值一般在规定表面粗糙度高度特征参数的允许值时，考虑以下原则：时，考虑以下原则：18。具体选用表面粗糙参数值时，通常根据统计资具体选用表面粗糙参数值时，通常根据统计资料采用类比的方法确定。见附表料采用类比的方法确定。见附表5-6、5-7、5-8。20表面粗糙度参数值的选用原则表面粗糙度参数值的选用原则 n工作表面的工作表面的RaRa值比非工作表面小值比非工作表面小n摩擦表面摩擦表面RaRa值比非摩擦表面小值比非摩擦表面小n速度高、压力大，受交变应力作用的圆角沟槽速度高
15、、压力大，受交变应力作用的圆角沟槽RaRa小小n配合表面、过盈配合表面配合表面、过盈配合表面RaRa小小n要求防腐蚀、密封性能、外观表面要求防腐蚀、密封性能、外观表面RaRa小小nRaRa值与尺寸公差和形位公差协调，尺寸公差值和形位公值与尺寸公差和形位公差协调，尺寸公差值和形位公差值越小，表面粗糙度的差值越小，表面粗糙度的RaRa值应越小值应越小。（T为形状公差值，为形状公差值，IT为尺寸公差值为尺寸公差值）21222324第四节第四节 表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上标表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上标注的方法注的方法25一、表面粗糙度轮廓的符号和代号一、表面粗糙度轮廓的符号和代号1.表面粗
16、糙度的符号表面粗糙度的符号26a1，a2 粗糙度高度参数粗糙度高度参数代号及其数值（代号及其数值（um）；）；b 加工要求、镀覆、涂加工要求、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等；覆、表面处理或其他说明等；c 取样长度（取样长度（mm）或波）或波纹度（纹度（um）；）；d 加工纹理方向符号；加工纹理方向符号；e 加工余量（加工余量（mm）；）；f 粗糙度间距参数值粗糙度间距参数值（mm）或轮廓支承长度率或轮廓支承长度率(e)bc/fa1a2d 图图5-11 表面粗糙度轮廓代号表面粗糙度轮廓代号 2表面粗糙度的代号表面粗糙度的代号271表面粗糙度轮廓高度参数的标注示例表面粗糙度轮廓高度参数的标注示例
17、 二、二、表面粗糙度轮廓代号的标注方法表面粗糙度轮廓代号的标注方法2829 按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样上省略标注，否则应按如图上省略标注，否则应按如图5-12a所示方法标注取样所示方法标注取样长度，图中取样长度取值为长度，图中取样长度取值为0.8 mm。如果某表面的。如果某表面的粗糙度要求按指定的加上方法粗糙度要求按指定的加上方法(如铣削如铣削)获得时、可获得时、可用文字标注见图用文字标注见图5-12b。如果需要标注加工余量如果需要标注加工余量(设加工总余量为设加工总余量为5mm)，应将其标注见图应将其标注见图5-12c。如果需要控制表面加
18、工纹理方向时，加注加工如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹理方向符号，见图纹理方向符号，见图5-12d。标准规定了加工纹理方。标准规定了加工纹理方向符号，如图向符号，如图3-9所示。所示。2表面粗糙度轮廓技术要求其它项目的标注表面粗糙度轮廓技术要求其它项目的标注30b)c)d)a)0.86.3铣3.23.2(5)3.2图图5-12表面粗糙度其它项目的标注表面粗糙度其它项目的标注12.512.53.23.23.2f其余2512.50.4M1.63.23.2ff图图5-13表面粗糙度代号标注示例表面粗糙度代号标注示例31 小小 结结（1）表面粗糙度轮廓的概念）表面粗糙度轮廓的概念 （2）国家
19、标准在评定表面粗糙度轮廓的参数时，规定了）国家标准在评定表面粗糙度轮廓的参数时，规定了取取样长度样长度lr、评定长度评定长度ln和和中线中线。（3）表面粗糙度轮廓的评定参数）表面粗糙度轮廓的评定参数 有高度参数有高度参数（包括轮廓的（包括轮廓的算术平均偏差算术平均偏差Ra、微观不平度十点平均高度、微观不平度十点平均高度Rz、轮廓的最、轮廓的最大高度大高度Ry）、）、间距特征参数间距特征参数（轮廓单峰平均间距轮廓单峰平均间距S、轮廓微、轮廓微观不平度的平均间距观不平度的平均间距Sm）、）、形状特征参数（轮廓支承长度率形状特征参数（轮廓支承长度率tp）。）。（4）通常只给出高度参数）通常只给出高度
20、参数Ra、Rz或或Ry及允许值及允许值，必要时可，必要时可规定轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方向、加工方法或规定轮廓其他的评定参数、表面加工纹理方向、加工方法或(和和)加工余量等附加要求。如果采用标准取样长度，则在图加工余量等附加要求。如果采用标准取样长度，则在图样上可以省略标注取样长度值。样上可以省略标注取样长度值。（5）国家标准规定了表面粗糙度轮廓的标注方法）国家标准规定了表面粗糙度轮廓的标注方法，见表，见表3-1表表3-2及图及图3-10、图、图3-11.（6）表面粗糙度轮廓的检测主要方法）表面粗糙度轮廓的检测主要方法有比较检验法、针描有比较检验法、针描法、光切法和干涉法。法、光切法和干涉法。32思考题与习题n1、实际表面轮廓上包含哪几种形状误差？n2、表面结构中粗糙度轮廓对零件的使用性能有什么影响?n3、为什么在表面粗糙度轮廓标准中，除了规定“取样长度”外，还要规定“评定长度”？n4、表面粗糙度轮廓参数的选用原则是什么？表面粗糙度轮廓参数允许值的选用原则是什么n5、表面粗糙度轮廓参数的最大值（最小值）与上限值（下限值）有何不同？33