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1、第第5章章 表面粗糙度表面粗糙度5.1 概述概述5.2 表面粗糙度的评定表面粗糙度的评定5.3 表面粗糙度的选择和标注表面粗糙度的选择和标注5.4 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量5.1 概述概述5.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念5.1.2 对零件使用性能的影响对零件使用性能的影响5.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念1.几何形状误差分类几何形状误差分类（1）宏观几何形状误差宏观几何形状误差 (由机床几何精度方面的误差引起由机床几何精度方面的误差引起)形状误差，波距大于形状误差，波距大于10mm（2）微观几何形状误差微观几何形状误差 (由加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分
2、离时表面金属由加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面金属 层的塑性变形以及工艺系统的高频振动所引起层的塑性变形以及工艺系统的高频振动所引起)表面粗糙度，表面粗糙度，波距小于波距小于1mm（3）宏观与微观之间几何形状误差宏观与微观之间几何形状误差 (由加工过程中工艺系统的振动、发热、回转体不平衡等引起由加工过程中工艺系统的振动、发热、回转体不平衡等引起)表面表面波度，波距波度，波距1-10mm5.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念2.表面粗糙度含义表面粗糙度含义 表征零件表面在加工后形成的由较小间距表征零件表面在加工后形成的由较小间距的峰谷组成的微观几何形状特性的峰谷组成的微观几
3、何形状特性。5.1.2 对零件使用性能的影响对零件使用性能的影响1.对磨损的影响对磨损的影响 表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。2.对配合性质的影响对配合性质的影响 对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。3.对疲劳强度的影响对疲劳强度的影响 粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。4.对抗腐蚀性的影响对抗腐蚀性的影响 粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。5.对
4、对密封性密封性的影响的影响 粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。5.1.2 对零件使用性能的影响对零件使用性能的影响6.对接触对接触刚度刚度的影响的影响 接触刚度是零件结合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。7.影响零件的测量精度。影响零件的测量精度。零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。表面粗糙度对零件的镀涂层镀涂层、导热性导热性和接触电阻接触电阻、反射能力反射能力和辐射性能辐射性能、液体和气体流动的阻力液体和气体流动的阻力、导体表面电流导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。5.2 表面粗糙度的评定表面粗糙度的评定
5、u实际轮廓：平面与实际表面相交所得的轮实际轮廓：平面与实际表面相交所得的轮廓线。廓线。1横向实际轮廓横向实际轮廓 2实际表面实际表面 3加工纹理方向加工纹理方向 4平面平面 5.2.1 评定基准评定基准5.2.2 评定参数与数值规定评定参数与数值规定 5.2.1 评定基准评定基准1.取样长度（取样长度（）测量时量取的，用于判别具有表面粗糙度特测量时量取的，用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度征的一段基准线长度。2.评定长度（评定长度（）评定表面粗糙度所必需的一段长度，它可评定表面粗糙度所必需的一段长度，它可包括一个或几个取样长度。包括一个或几个取样长度。5.2.1 评定基准评定基准3.基
6、准线基准线 用以评定表面粗糙度参数值大小的一条参考用以评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线。线。1）轮廓的最小二乘中线轮廓的最小二乘中线 5.2.1 评定基准评定基准2）轮廓的算术平均中线轮廓的算术平均中线 5.2.2 评定参数与数值规定评定参数与数值规定1.高度特征参数高度特征参数 1）轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度内，轮廓上各点至轮廓中线的在取样长度内，轮廓上各点至轮廓中线的距离距离yi的绝对值的算术平均值。的绝对值的算术平均值。5.2.2 评定参数与数值规定评定参数与数值规定2）微观不平度十点高度微观不平度十点高度RZ 在取样长度内，在取样长度内，5个最大的轮廓峰高的平
7、均个最大的轮廓峰高的平均值与值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和。个最大的轮廓谷深的平均值之和。3）轮廓最大高度轮廓最大高度Ry 在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。之间的距离。Ry=ypmax+ypmin 5.2.2 评定参数与数值规定评定参数与数值规定5.2.2 评定参数与数值规定评定参数与数值规定2.间距特征、形状特征参数间距特征、形状特征参数1）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 在取样长度内，轮廓微观不平度的间距在取样长度内，轮廓微观不平度的间距Smi的平均值的平均值。2）轮廓的单峰平均间距轮廓的单峰平均间距S 在取样长
8、度内，轮廓的单峰间距在取样长度内，轮廓的单峰间距Si的平均值。的平均值。5.2.2 评定参数与数值规定评定参数与数值规定3）轮廓支承长度率轮廓支承长度率tp 在取样长度内，一条平行于中线的线与轮廓在取样长度内，一条平行于中线的线与轮廓相截所得到的各段截线长度相截所得到的各段截线长度bi之和与取样长之和与取样长度的比值。度的比值。轮廓支承长度率轮廓支承长度率与零件的实际轮廓形状也有关，与零件的实际轮廓形状也有关，是反映零件表面耐磨性能的指标。是反映零件表面耐磨性能的指标。对于不同的实际轮廓形状，在相同的取样长度内对于不同的实际轮廓形状，在相同的取样长度内并给出相同的水平截距并给出相同的水平截距
9、C，tp 越大越大，则表示零件表，则表示零件表面凸起的实体部分就越大，承载面积就越大，因而接面凸起的实体部分就越大，承载面积就越大，因而接触刚度就越高，耐磨性能就越好，触刚度就越高，耐磨性能就越好，例如：例如：在图（在图（a）与图（）与图（b）中，前者耐磨性能较好，后）中，前者耐磨性能较好，后者较差。者较差。从上面两图还可以看出，此时若从上面两图还可以看出，此时若采用高度特征参数采用高度特征参数和和间距特性间距特性参数参数就很难区分两者表面粗糙度的差异，而采用就很难区分两者表面粗糙度的差异，而采用形状特性参数形状特性参数就就能加以区分。能加以区分。5.2.2 评定参数与数值规定评定参数与数值规
10、定3.评定参数的数值规定评定参数的数值规定 见表见表5-2、表、表5-3、表、表5-4、表、表5-5。表表 5-2 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差(Ra)的数值的数值基本系列补充系列基本系列补充系列基本系列补充系列基本系列补充系列0.0120.0250.0500.1000.0080.0100.0160.0200.0320.0400.0630.0800.200.400.800.1250.1600.250.320.500.631.001.603.26.31.252.02.54.05.08.010.012.5255010016.020324063805.3 表面粗糙度的选择和标注表面粗糙度的选择和
11、标注5.3.1 表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择5.3.2 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注5.3.1 表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择1.评定参数的选择评定参数的选择u Ra、Rz、Ry是基本参数是基本参数 有粗糙度要求的表面必须选择一个高度特有粗糙度要求的表面必须选择一个高度特征参数。征参数。0.0256.3m推荐选用推荐选用Ra，其余选用。，其余选用。u S、Sm、tp是辅助参数是辅助参数 不能单独选用，只能作为高度特征参数的不能单独选用，只能作为高度特征参数的附加参数，表面有特殊功能要求时选用。附加参数，表面有特殊功能要求时选用。5.3.1 表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择2.评定参数
12、值的选择评定参数值的选择u选择原则选择原则:在满足功能要求的前提下在满足功能要求的前提下,尽量选尽量选用较大的参数值用较大的参数值,以降低加工成本。以降低加工成本。u采用类比法确定评定参数值的大小。采用类比法确定评定参数值的大小。u考虑因素：考虑因素：同一零件上工作表面应比非工作表面粗糙同一零件上工作表面应比非工作表面粗糙度参数值小；度参数值小；摩擦表面应比非摩擦表面、滚动摩擦表面摩擦表面应比非摩擦表面、滚动摩擦表面应比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小；应比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小；承受交变载荷的零件上，容易引起应力集承受交变载荷的零件上，容易引起应力集中的部分表面的粗糙度参数值应小些；中的部
13、分表面的粗糙度参数值应小些；5.3.1 表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择 要求配合性质稳定可靠的零件表面粗糙度要求配合性质稳定可靠的零件表面粗糙度参数值应小些，配合性质相同时，小尺寸的参数值应小些，配合性质相同时，小尺寸的配合表面的应比大尺寸的配合表面的粗糙度配合表面的应比大尺寸的配合表面的粗糙度参数值小；参数值小；对防腐性、密封性要求高，外表美观等表对防腐性、密封性要求高，外表美观等表面粗糙度参数值应小些；面粗糙度参数值应小些；凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定的表面，应按标准规定选取粗糙度参数值；的表面，应按标准规定选取粗糙度参数值；协调好表面粗糙度参
14、数值与形位公差及尺协调好表面粗糙度参数值与形位公差及尺寸的关系。寸的关系。Ra t T5.3.1 表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择u应用举例见表应用举例见表5-6表面微观特征Ra/umRz/um加工方法应用举例粗糙表面微见刀痕080粗车，粗刨，粗铣，钻，毛锉，锯断半成品粗加工的表面，非配合的加工表面，如轴端面，倒角，钻孔，齿轮带轮侧面，键槽底面，垫圈接触面等半光表面微见加工痕迹100车、刨、铣、镗、钻、粗铰轴上不安装轴承、齿轮处的非配合表面；紧固件的自由装配表面；轴和孔的退刀槽等微见加工痕迹520车、刨、铣、镗、磨、拉、粗刮、滚压半精加工表面，箱体、支架、盖面、套筒等和其他零件结合而无配合要求
15、的表面；需要发蓝的表面看不见加工痕迹2.510车、刨、铣、镗、磨、拉、刮、滚压、铣齿接近精加工表面，箱体上安装轴承的镗孔表面、齿轮的工作面光表面可辩加工痕迹方向1.256.3车、镗、磨、拉、刮、精铰、磨齿、滚压圆柱销、圆锥销；与滚动轴承配合的表面；普通车床导轨面、内、外花键定心表面等微辩加工痕迹方向0.633.2精铰、精镗、磨、刮、滚压要求配合性质稳定的配合表面；工作时受交变应力的重要零件；较高精度车床导轨面不可辩加工痕迹方向0.321.6精磨、珩磨、研磨精密机床主轴锥孔、顶尖圆锥面；发动机曲轴、凸轮轴工作表面；高精度齿轮齿面极光表面暗光泽面0.160.8精磨、研磨、普通抛光精密机床主轴颈表面
16、、一般量规工作表面；汽缸套内表面，活塞销表面等亮光泽面0.080.4超精磨、镜面磨削、精抛光精密机床主轴颈表面、滚动轴承的滚珠，高压油泵中柱塞孔和柱塞配合的表面镜状光泽面0.040.2镜面0.010.05镜面磨削、超精研高精度量仪、量块的工作表面，光学仪器中的金属镜面5.3.1 表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择Ra/mRz和Ry/ml/毫米ln（ln=5l）/毫米 0.0080.020.020.10.12.02.010.010.080.0 0.0250.100.100.500.5010.010.050.050.03200.080.250.82.58.00.41.254.012.540.03.取
17、样长度的选用取样长度的选用5.3.2 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注1.符号和代号符号和代号（a）表示用去除材料的方法获得的表面）表示用去除材料的方法获得的表面 车、铣、磨车、铣、磨（b）表示用不去除材料的方法获得的表面）表示用不去除材料的方法获得的表面 铸、锻、冲压、冷轧铸、锻、冲压、冷轧（c）表示用任何方法获得的表面）表示用任何方法获得的表面5.3.2 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注a1、a2高度特征参数代号及数值（高度特征参数代号及数值（m）b加工要求、镀涂、表面处理及其他说明等加工要求、镀涂、表面处理及其他说明等c取样长度（取样长度（mm）d加工纹理方向符号加工纹理方向符号e加工余
18、量（加工余量（mm）（粗车，半精车，精车，磨。工艺流程）（粗车，半精车，精车，磨。工艺流程卡）卡）f间距特征参数值（间距特征参数值（mm）或轮廓支承长度率）或轮廓支承长度率镀铬，滚花5.3.2 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注2.高度特征参数值的规定高度特征参数值的规定(见表见表5-7)5.3.2 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注3.标注示例标注示例注：在材料外；尾是顺着转；数字方向5.4 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量5.4.1 比较法比较法 5.4.2 光切法光切法5.4.3 干涉法干涉法5.4.4 针描法针描法 5.4.1 比较法比较法u将被测零件表面与已知评定参数值的表面将被测零件表
19、面与已知评定参数值的表面粗糙度标准样板直接进行比较，从而估计粗糙度标准样板直接进行比较，从而估计出被测表面粗糙度的一种测量方法。出被测表面粗糙度的一种测量方法。u适用于评定表面粗糙度要求不高的零件表适用于评定表面粗糙度要求不高的零件表面。面。5.4.2 光切法光切法u利用光切原理来测量表面粗糙度的一种测利用光切原理来测量表面粗糙度的一种测量方法。量方法。u常用的仪器是光切显微镜（又称双管显微常用的仪器是光切显微镜（又称双管显微镜）。镜）。u主要用于测量主要用于测量Rz值，也可用于测量值，也可用于测量Ry值，值，测量测量Rz值的范围为值的范围为0.860 m。5.4.3 干涉法干涉法u利用光波干
20、涉原理来测量表面粗糙度的一利用光波干涉原理来测量表面粗糙度的一种测量方法。种测量方法。u常用的仪器是干涉显微镜。常用的仪器是干涉显微镜。u主要用于测量主要用于测量Rz值，也可用于测量值，也可用于测量Ry值，值，测量测量Rz值的范围为值的范围为0.050.8 m。用于测。用于测量表面粗糙度要求较高的零件表面。量表面粗糙度要求较高的零件表面。5.4.4 针描法针描法u针描法也称为轮廓法针描法也称为轮廓法,是一种接触式测量表是一种接触式测量表面粗糙度的方法。面粗糙度的方法。u常用的仪器是电动轮廓仪。常用的仪器是电动轮廓仪。u可直接测量可直接测量Ra值，也可用于测量值，也可用于测量Rz、Ry值。值。测
21、量测量Ra 值的范围为值的范围为0.015 m。练习练习 习题习题5-4 将下列要求标注在图上，零件的加工均采将下列要求标注在图上，零件的加工均采 用去除材料法。用去除材料法。（1）直径为）直径为50 mm的圆柱外表面粗糙度的圆柱外表面粗糙度Ra的允的允许值为许值为3.2 m。（2）左端面的表面粗糙度）左端面的表面粗糙度Ra的允许值为的允许值为1.6 m。（3）直径为）直径为50 mm的圆柱右端面的表面粗糙度的圆柱右端面的表面粗糙度Ra的允许值为的允许值为1.6 m。（4）内孔表面粗糙度）内孔表面粗糙度Ra的允许值为的允许值为0.4 m。（5）螺纹工作面的表面粗糙度）螺纹工作面的表面粗糙度Rz的最大值为的最大值为1.6 m,最小值为最小值为0.8 m。（6）其余各加工面的表面粗糙度）其余各加工面的表面粗糙度Ra的允许值为的允许值为25 m。练习练习习题习题5-4