机械加工表面粗糙度解释及测量
表面粗糙度的测量
表面粗糙度的测量目录一、表面粗糙度的检测 (2)二、表面粗糙度的测量 (3)三、参考标准 (4)四、参考文献 (5)一、表面粗糙度的检测表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。
其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。
表面粗糙度越小，则表面越光滑。
表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响，主要表现在以下几个方面：1）表面粗糙度影响零件的耐磨性。
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）表面粗糙度影响配合性质的稳定性。
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）表面粗糙度影响零件的疲劳强度。
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）表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。
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）表面粗糙度影响零件的密封性。
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。
6）表面粗糙度影响零件的接触刚度。
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。
机器的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度。
7）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。
此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。
表面粗糙度基本术语：取样长度：评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度。
应与表面粗糙度的大小相适应。
规定取样长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响，一般在一个取样长度内应包含5个以上的波峰和波谷。
评定长度：为了全面、充分地反映被测表面的特性，在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。
表面粗糙度的测量方法
双管实显用微文档镜视场图
双管显微镜
实用文档
光切实显用微文档镜读数
❖ （2）定度：
在光切显微镜上，把确定测微目镜的鼓轮上每小格所对 应的被测峰谷高度值的过程叫作“定度”。(h= a/2V)
定度首先是求物镜的放大倍率。求物镜放大倍率的方法 是用一个标准刻线尺（通常为专用附件，刻度间隔为 0.01mm，共101条刻线）来测定各个物镜的实际放大率。 如图4-8所示，物镜放大率为：
3．评定长度L ： 评定轮廓所必须的一段长度，它包括一个或数个取样长 度。
❖ 目的： 为充分合理地反映某一表面的粗糙度特征。 （加工表面有着不同程度的不均匀性）。
❖ 选择原则：一般按五个取样长度来确定。 4．轮廓中线m：是评定表面粗糙度数值的基准线。具有几
何轮廓形状与被测表面几何形状一致，并将被测轮廓加 以划分的线。类型有： ❖ （1）最小二乘中线：
1．光切法原理：
所谓光切法就是用一狭窄的扁平光 束以一定的倾斜角照射到被测表面上， 光束在被测表面上发生反射，将表面微 观不平度用显微镜放大成象进行观测的 方法。图4-5是光切法的测量原理图。
图4-5 光切原理
❖ 若倾斜角取45°，则得： h’=h/cos45°
❖ 若观测显微物镜的倍数V，则： N＝Ｖh’
式h=N/(Vcos45°)中有无理数，计算、使用不便，在仪 器设计时采用机械方法加以有理化 ，其方法如图4-7所 示。此时：
h= a/2V
式中: a—用仪器测微目镜瞄准峰谷象高度N（图4-7 中十字线位置I与II）时两次读数差值； h—表面粗糙度的某一峰谷高度； V —所选用物镜的放大倍数。 双管显微镜
测量精度
❖ 方法精度 ❖ 仪器精度 ❖ 影响因素 ❖ 改善精度的措施
第3章-表面粗糙度
2、表面粗糙度形成的原因 1）加工过程中的刀痕 2）切屑分离时的塑性变形
3）刀具与已加工表面间的摩擦
4）工艺系统的高频振动
二、表面粗糙度对零件使用性能的影响 1）耐磨性 零件表面越粗糙，摩擦系数就越大，二相互运动的零 件表面磨损就越快，即零件的耐磨性差。 2）稳定性 影响到配合性质的稳定性，如对间歇配合，微观不平 度的峰尖在工作中首先被磨损而使间歇增大；对过盈配合， 微观不平度的峰尖在装配时被挤平，实际有效过盈减少， 降低了联结强度。 3）疲劳强度 零件表面越粗糙，微观不平度的凹谷就越深，应力集 中就越严重，在交变应力作用下，零件损坏的可能性就越 大，疲劳强度显著降低。 4）抗腐蚀性 粗糙的表面易使物质附着于微观不平度的凹谷，并渗 入金属内层，造成零件表面锈蚀。
§3-2 表面粗糙度的评定
本节要点： 1、基本术语和定义 2、表面粗糙度评定参数 3、表面粗糙度评定参数及数值的选用
§5-2 表面粗糙度的评定
一、基本术语和定义 1、 实际轮廓：平面与实际表面相交 所得的轮廓线 2 、取样长度L 取样长度是指取具有 表面粗糙度特征的一段基 准线长度，在取样长度范 围内，一般应包含至少5 个轮廓峰和轮廓谷。但取 样长度过长，表面粗糙度 的测量值又会把表面波度 的成分包括进去，所以要 适当。
三、表面粗糙度评定参数及数值的选用 1、评定参数的选择 对大多数表面而言， Ra、 Rz是国标规定必须标注的参数，Ra 较客观地反映表面微观几何形状的特征，国标推荐优先选用，其他 参数如RSm 、Rmr(c)只有在Ra、Rz不能满足零件表面功能要求时才 选用。 （1） 优先选用Ra；（不宜用于太粗或太光的表面） （2） 超精加工表面用Rz； Ra 、Rz联用，常用于控制表面微观裂纹。 2、参数值的选用 表面粗糙度参数值选用的原则是：满足功能要求而顾及经济合 理性，即在满足功能要求的前提下，参数的允许值应尽可能大。参 数已经标准化，设计时应按GB/T 1031—1995规定的参数值系列选取
第5章 表面粗糙度
2. 微观不平度十点平均高度Rz（新标准没有）
在取样长度内5个最大的轮廓峰高ypi平均值与5个最大 轮廓谷深yvi平均值之和，即 5 1 5 Rz y pi yvi 5 i 1 i 1
Rz只能反映轮廓的峰高，不能反映峰顶的尖锐或平 钝的几何特性，同时若取点不同，则所得Rz值不同，因 此受测量者的主观影响较大。
光波干涉原理
被测表面直接参与光路，并同另一标准反射镜比较，以 光波波长来度量干涉条纹的弯曲程度，从而测得该表面的粗 糙度。干涉法通常用于测定0.8～0.025m的Rz值。
干涉显微镜
1为白炽灯光源，它发出的光通过聚光 镜2，4，8(3是滤色片)，经分光镜9分 成两束，一束经补偿板lO，物镜11至被 测表面18，再经原路返回至分光镜9， 反射至目镜19；另一光束由分光镜9反 射后通过物镜12射至参考镜13(20是遮 光板)，再由原路返回到分光镜9再到达 目镜19。两路光束相遇叠加产生于涉， 通过目镜19可以看到在被测表面上的干 涉条纹。通过测出的干涉条纹的宽度和 弯曲量经数据处理得到粗糙度的值。
双管显微镜
从目镜1l可观察到如图所示的视场图。转动测微 目镜鼓轮13，可使视场中的黑十字线依次对准被测工 件表面峰、谷影像，自鼓轮13上相应地进行两次读数， 其两次读数之差再乘鼓轮每格的分度值c则得一组峰、 谷高度差。按前述标准规定进行测量和数据处理即可 确定粗糙度的数值Rz。
三、干涉法
利用“光波干涉原理”来测量表面粗糙度
p
10
评定参数的选用
表面粗糙度国标(GB/T 1031-1995)规定：表面粗糙度的要 求可从上面6个参数中选取。其中高度参数是基本参数，对 表面粗糙度有要求的表面均需选取。当高度参数还不能满足表 面的功能要求时，根据需要可再选取间距参数或综合参数。 在高度参数的选取中优先选用参数Ra，当粗糙度要求 特别高或特别低时，生产中常选用参数RZ。当表面比较小， 不足一个取样长度时，常选取参数Ry，对于应力集中而导致疲 劳破坏比较敏感的表面，在选取参数Ra或RZ时可同时选取Ry 以控制波谷深度。但Ra和RZ在一个表面上不能同时选取。 表面粗糙度评定参数Sm，S和tp不能单独使用，只有当规 定高度参数还不能控制表面功能要求时，才能选取用以作为补 充控制，当选取参数tp时，还应同时给出水平截距c的数值。c 的数值可用微米给出，也可按Ry的百分数给出。
表面粗糙度与测量
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1.2.2表面粗糙度的主要评定参数 (GB/T 1031—95)
▪ 2.微观不平度十点高度Rz
• 微观不平度十点高度Rz是指在取样长度l内，选取 5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷 深的平均值之和，如图所示。Rz值越大时，表面 越粗糙。因测点少，Rz值不能充分反映表面微观 几何形状的特性，但轮廓峰高和轮廓谷深易用光 学显微镜测量，再加上计算方便，所以应用较多 。
• 3.轮廓中线
• 轮廓中线是指评定表面粗糙度参数值大小的一条基准线 。轮廓中线有以下两种。
▪ （1）轮廓的最小二乘中线
• 轮廓的最小二乘中线是指根据实际轮廓用最小二乘法来 确定的基准线，即在取样长度内，使轮廓上各点至一条 假想线的距离hi的平方和为最。
▪ （2）轮廓的算术平均中线
• 轮廓的算术平均中线是指在取样长度内，由一条假想线 将实际轮廓分成上下两部分，并使上下部分的面积相等 ，这条假想线就是算术平均中线，如图6.4所示。
▪ （2）表面粗糙度样块的使用方法
• 1）要求表面粗糙度样块的形状、材料、加工方法、加工纹理与被测工 件相同。
• 2）注意将表面粗糙度样块与被测工件放在同一自然条件下（光线、温 度、湿度等）进行比较。
• 3）通过观察、手触摸的感觉来判断是否合格，触摸时手的移动方向应 与加工纹理相垂直。
• 4）Ra值在1.6μm以上时，应借助5倍以上的放大镜进行观察。
▪ 1.对配合性能的影响 ▪ 2.对耐磨性的影响 ▪ 3.对工作精度的影响 ▪ 4.对抗疲劳强度的影响 ▪ 5.对抗腐蚀性的影响 ▪ 6.对零件其他性能的影响
表面粗糙度
表面粗糙度1、表面粗糙度定义定义：加工表面上具有的间距很小的微小峰谷所形成的（微观几何形状特征）。
形成原因：①材料的塑性变形；②工艺系统的高频振动；③刀具与被加工材料之间的摩擦。
2、表面粗糙度测量和评定应规定（取样长度）、（评定长度）、（基准线）和（评定参数），且测量方向应（垂直）于表面的加工纹理方向。
3、取样长度目的用符号（lr ）表示；目的是（限制、减弱）（波纹度、形状误差）对（测量结果）的影响。
4、评定长度目的用符号（ln ）表示；目的是（限制、减弱）（表面加工不均匀性）对（测量结果）的影响；评定长度可以包含一个或几个取样长度；一般取5个取样长度。
5、基准线①轮廓算术平均中线；②轮廓最小二乘中线。
6、评定参数①轮廓算术平均偏差Ra；②轮廓最大高度Rz；③轮廓单元的平均宽度RSm；④轮廓支承长度率Rmr(c)。
7、标记含义①用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra的最大值为3.2μm ；②用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra最大值为3.2μm，最小值为1.6μm ；③用任何方法获得的表面粗糙度Ra的上限值为1.6μm ；④用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra上限值为6.3μm，下限值为3.2μm；⑤用不去除材料的方法获得的表面粗糙度Rz的上限值为200μm；⑥用去除材料的方法获得的表面粗糙度Rz上限值为6.3μm，Rz下限值为3.2μm。
8、①给定上限值：同一评定长度范围内，幅度参数所有实测值中，大于上限值的个数少于总数的16%，则认为合格。
②给定上限值和下限值：同一评定长度范围内，幅度参数所有实测值中，大于上限值的个数少于总数的16%，且小于下限值的个数少于总数的16%，则认为合格。
③给定最大值：整个被测表面上幅度参数所有的实测值皆不大于允许值，则认为合格。
④给定最大值和最小值：整个被测表面上幅度参数所有的实测值皆在最大与最小允许值范围内，才认为合格。
9、表面粗糙度的选用原则①在满足功能要求的前提下，尽量选用较大的粗糙度参数值。
机械加工表面粗糙度解释及测量
較低的光潔度對于盡快加工零件和盡量減 少輔助工作量有明顯的經濟效益。何況 在某些用途中﹐一定的粗糙性可以提高 零件的功能﹐有些零件甚至明確規定了 最大和最小粗糙度的值。舉例來說﹐具 有一定粗糙度的表面常常可以增加漆層 或其它涂敷層的黏附性。
有些多功能零件要求很復雜的表面﹐才能 最好地發揮作用。比如發動機的汽缸內 壁必須足夠光滑﹐以便為活塞環提供良 好的密封表面﹐利于壓縮﹐並防止漏氣 。同時﹐表面上還必須具有尺寸﹑數量 和分布都合適的凹點﹐為的是保持潤滑 油。
Ry(ISO,JIS)
全粗糙度高度(最大高度)---Ry(ISO,JIS); Ry=(Peakmax-Valleymin)sampling
length
Ry(DIN)
全粗糙度高度(最大高度)--Ry(DIN); 在各取樣長度內, 求出各Zi, 而在各 Zi中最大值稱為Ry(DIN)=Rmax;
•Rmax對零件表面的劃傷﹑毛刺之類的缺 陷非常敏感﹐很適合于檢驗這樣的狀態 。然而﹐由于生產過程中的個別劃痕或 毛刺往往不具有代表性﹐所以Rmax不適 于監控工序的穩定性
.(Rmax)
Rq
粗糙度幾何(平方)平均值 (Root mean square roughness, Rq)
下圖所示, Rq=(1/N Σyi2)1/2
Rt
最大高度---Rt, 由全體評價長度算出, Rp 和Rv之和. Rt=(PeakmaxValleymin)assessment length
b. Shoe/Skid VS Skidless type stylus 之用法不同: 如圖所示
Shoe/Skid type:滑動器半徑比波峰間隔 (Sm)大很多,使其運動幾乎成一直線。 若Sm過大則可用Shoe來支撐。優點易 於歸零.
表面粗糙度与检测
规定的一段最小长度称为评定长度. 用ｌｎ 表示.评定长度可包含一个 或几个取样长度. 如图５ －２ 所示. 一般情况下. 取ｌｎ ＝５ｌｒ. 如 被测表面均匀性较好. 可选用小于５ｌｒ 的评定长度. 若均匀性较差. 可选用大于５ｌｒ 的评定长度.
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第一节 概 述
• ２. 对配合性质的影响 • 表面粗糙度影响配合的稳定性. 对于间隙配合. 表面在相对运动时因粗
糙不平而迅速磨损. 使间隙增大. 对过盈配合. 表面轮廓峰顶在装配时 易被挤平. 实际有效过盈减小. 使连接强度降低. • ３. 对抗疲劳强度的影响 • 表面越粗糙. 凹痕就越深. 对应力集中越敏感. 使疲劳强度降低. 零件 越容易损坏.
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第二节 表面粗糙度的评定
• (１) １６％规则 • 运用本规则时. 当被检表面测得的全部参数值中. 超过极限值的个数不
多于总个数的１６％时. 该表面是合格的. • (２) 最大规则 • 运用本规则时. 被检的整个表面上测得的参数值一个也不应超过给定
的极限值.１６％规则是所有表面结构要求标注的默认规则. 即当参数 代号后未注写“ｍａｘ” 字样时. 均默认为应用１６％规则(例如Ｒ ａ１.６). 反之. 则应用最大规则(例如Ｒａｍａｘ １. ６).
• 对于零件表面结构的状况. 可由三大参数加以评定. 轮廓参数(由ＧＢ/ Ｔ３５０５ －２００９)、图形参数(由ＧＢ/ Ｔ１８６１８ － ２００ ９ 定义)、支承率曲线参数(由ＧＢ/ Ｔ１８７７８.２ － ２００３ 和 ＧＢ/Ｔ１８７７８.３ －２００６ 定义). 轮廓参数是我国机械中最常 用的评定参数. 轮廓参数包括粗糙度轮廓(Ｒ 轮廓) 参数、波纹度轮廓 (Ｗ 轮廓) 参数、原始轮廓(Ｐ 轮廓) 参数.
第四章 表面粗糙度及检测
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干涉法
利用光波干涉原理。 采用的仪器：干涉显微镜。 适宜测量极光滑的表面，Rz=0.025~0.8µm
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2）轮廓的算术平均中线 在一个取样长度lr范围内，轮廓的算术平均中线将实际 轮廓划分为上、下两部分，使上部分各个峰面积之和等 于下部分各个谷面积之和。
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4. 取样长度lr
规定取样长度，是为了抑制和减弱表面波纹度对表面粗糙 测量结果的影响，5个以上完整轮廓的峰和谷。标准取样长 度的数值见附表4-5。
《产品几何技术规范 表面结构 轮廓法 表面结构的术语、 定义及参数》（GB/T3505-2009） 《表面粗糙度 参数及其数值》 （GB/T1031-2009） 《技术产品文件中表面结构的表示法》（GB/T131-2006）
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二、基本术语：
1、λc滤波器（传输带）：确定粗糙度与波纹度成分
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针描法
利用触针直接在被测表面上轻轻滑过， 从而测量出表面粗糙度Ra值。
测量仪器：电动轮廓测量仪
测量范围：Ra=0.025~5µm表面。 特点：快速可靠，操作简便，易于实现自动 测量和微机数据处理；被测表面易被划伤。
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光切法
利用光切原理测量表面粗糙度的方法。 采用仪器：光切显微镜（双管显微镜） 适宜测量车、铣、刨或其他类似方法加工的金属 零件的平面或外圆表面。 适宜测量Rz＝0.5～60µm的表面。
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3. 轮廓单元的平均宽度（间距参数）
一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组合叫做轮廓单元，在一个取样长 度lr范围内，中线与各个轮廓单元相交线段的宽度（轮廓的宽度 Xsi）的平均值RSm，即 m
表面粗糙度及检测
第六章表面粗糙度及检测第一节概述用任何方法获得的零件表面，都不会绝对的光滑平整，总会存在着由较小间距的峰和谷组成的微观高低不平。
这种加工表面上具有的微观几何形状误差称为表面粗糙度。
它主要是在加工过程中，由于刀具切削后留下的刀痕、切屑分离时的塑性变形、工艺系统中存在高频振动及刀具和零件表面之间的磨擦等原因所形成的。
表面粗糙度对零件的功能要求、使用寿命、可靠性及美观程度均有直接的影响。
为了正确地测量和评定零件表面粗糙度，自从1956年颁布了第一个表面光洁度标准JB 50-56以来，我国对表面粗糙度国家标准已进行了多次修订，现在实施的相关标准主要有GB/T3505-2000《产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法表面结构的术语、定义及参数》（代替GB/T3505-2000）、GB/T1031-2009《产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值》（代替GB/T 1031-1995）、GB/T 10610-2009《产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法评定表面结构的规则和方法》（代替GB/T 10610-1998）、GB/T131-2006《产品几何技术规范（GPS）技术产品文件中表面结构的表示法》（代替GB/T 131-1993《机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法》）、GB/T 6062-2009《产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的标称特性》（代替GB/T 6062-2002）。
本章将对上述标准的主要内容进行介绍。
一、表面粗糙度轮廓的界定物体与周围介质分离的表面称为实际表面。
为了研究零件的表面结构，通常用垂直于零件实际表面的平面与该零件实际表面相交所得到的轮廓作为评估对象。
该轮廓称为表面轮廓，它是一条轮廓曲线，如图6.1所示。
图6.1零件的实际表面与表面轮廓加工以后形成的零件的实际表面一般处于非理想状态，其截面轮廓形状是复杂的，同时存在各种几何形状误差。
表面 粗糙度及测量
5.2 表面粗糙度国家标准
4．基准线（中线m）
基准线是用以评定表面粗糙度参数大小所规定的一条参考线， 作为评定表面粗糙度参数大小的基准。该线具有几何轮廓形 状并划分实际轮廓，在整个取样长度内与实际轮廓走向一致。 基准线有如下两种：
（1）轮廓的最小二乘中线：在取样长度内，使轮廓上各点
第5章 表面粗糙度及测量
5.1 概述 5.2 表面粗糙度国家标准 5.3 表面粗糙度的标注及选用 5.4 表面粗糙度的测量
5.1 概述
5.1.1 表面粗糙度的概念
经机械加工或其他方法获得的零件表面，总是要出现宏观和 微观的几何误差，其中微观的几何误差即零件表面上存在较 小间距的峰谷痕迹，如图5-1所示。表面粗糙度就是表述这 些峰谷高低程度和间距状况的微观几何形状特性的指标。
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5.1 概述
3．疲劳强度方面 表面越粗糙，一般表面微观不平的凹痕就越深，交变应力作
用下的应力集中就会越严重，越易造成零件疲劳强度的降低 而导致失效。 4．耐腐蚀方面 表面越粗糙，腐蚀性的气体或液体越易在谷底处聚集，并通 过表面微观凹谷，渗入到金属内层，造成表面腐蚀。 5．接触刚度方面 表面越粗糙，表面间接触面积就越小，致使单位面积受力就 增大，造成峰顶处的局部塑性变形加剧，接触刚度下降，影 响机器工作精度和平稳性。 此外，表面粗糙度还影响结合面的密封性，影响产品外观和 表面涂层的质量等。
当零件所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，其标注如图 5-12所示。
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5.3 表面粗糙度的标注及选用
当齿轮、蜗轮、渐开线花键等工作表面没有画出齿形时，其 表面粗糙度代号可标注在节圆上。如图5-13所示。
螺纹工作表面没有画出牙形时，可按图5-14的方式标注。 中心孔的工作表面，键槽工作表面、圆角、倒角的表面粗糙
机加工零件表面质量(粗糙度)检测实验
机加工零件表面质量（粗糙度）检测实验一、实验目的1、了解机床加工刀具对零件加工表面质量的影响。
2、掌握表面粗糙度检测常用仪器的原理及使用方法。
二、实验原理机械加工表面质量，是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度，也叫粗糙度，以Ra Rz Ry三种代号加数字来表示，机械图纸中都会有相应的表面质量要求，一般是工件表面粗糙度Ra<0.8um的表面时称作：镜面。
其加工后的表面质量直接影响被加工件的物理、化学及力学性能。
产品的工作性能、可靠性、寿命在很大程度上取决于主要零件的表面质量。
一般而言，重要或关键零件的表面质量要求都比普通零件要高。
这是因为表面质量好的零件会在很大程度上提高其耐磨性、耐蚀性和抗疲劳破损能力。
表面粗糙度的概念:在机械学中，粗糙度指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。
它是互换性研究的问题之一。
表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工过程中刀具与零件表面间的摩擦、切屑分离时表面层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等。
由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。
表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。
零件表面经过加工后，看起来很光滑，经放大观察却凹凸不平。
表面粗糙度，是指加工后的零件表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，一般是由所采取的加工方法或其他因素形成的。
零件表面的功用不同，所需的表面粗糙度参数值也不一样。
零件图上要标注表面粗糙度符号，用以说明该表面完工后须达到的表面特性。
无论采用哪种加工方法所获得的零件表面，都不是绝对平整和光滑的，放在显微镜（或放大镜）下观察，都不得可以看到微观的峰谷不平痕迹。
表面上这种微观不平滑情况，一般是受刀具与零件间的运动、摩擦，机床的振动及零件的塑性变形等各种因素的影响而形成的。
第四章 表面粗糙度及测量讲解
达式为
Rmr(c) Ml(c) ln
Ml(c)=Ml1+Ml2+…+Mln
(4-5) (4-6)
选用Rmr(c)值时必须同时给出c值。c值可用μm或c值与Rz值的百
分比表示。
Rmr (c)是评定轮廓的曲线和相关参数，当c一定时，Rmr (c)
值越大，则支承能力和耐磨性越好。如图4-10所示。 上一页 下一页
§4. 3 表面粗糙度的选用
一、表面粗糙度评定参数的选用
国家标准规定，轮廓的幅度参数(如Ra或Rz)是必须标注的参数，
而其他参数(如RSm , Rmr (c ))是附加参数。一般情况下，选用
Ra或Rz就可以满足要求。RSm主要在涂漆性能，冲压成形时防止
引起裂纹、抗振性、抗腐蚀性、减小流体流动摩擦阻力等要求时附加
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§4. 4表面粗糙度的符号、代号及图样标注
三、表面粗糙度的标注示例
表面粗糙度参数的各种标注方法及其意义见表4-10，加工纹理方 向符号见表4-11。Ra只标数值，本身符号不标。Rz除标注数值外 还需在数值前标出相应的符号。在一个符号上可同时标出两个参数值。 当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定的个数少于总数的 16%时，应在图样上标注表面粗糙度参数的上限值或下限值。当要 求在表面粗糙度参数的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上 标注表面粗糙度参数的最大值或最小值。
选用表面粗糙度参数值的方法通常采用类比法。
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§4. 3 表面粗糙度的选用
表4-6列出了轴和孔的表面粗糙度参数推荐值，表4 -7给出不同表
面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例，可供选用时参考。
根据类比法初步确定表面粗糙度参数值后，再对比工作条件，应
表面粗糙度
21
表面粗糙度其他项目的标注
取样长度若按标准规定的默认值，且评定长度为5个取 样长度，在图样上可以省略标注；若选用非标准值或评定 长度不为5个取样长度，则应在相应位置标注取样长度的 值（如表4.7）或取样长度的个数（如图4.10a表示评定长 度为3个取样长度）。 若某表面的粗糙度要求由指定的加工方法（如铣削） 获得时，可用文字标注在图4.8规定之处，见图4.10b。 若需要标注加工余量（设加工总余量为7 mm），应将 其标注在图4.8规定之处，见图4.10c。
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表面粗糙度附加参数的标注
表面粗糙度的间距参数和形状参数为附加参数， 图4.9a为RSm上限值的标注示例；图4.9b为RSm最 大值的标注示例；图4.9c为Rmr(c)的标注示例， 表示水平截距C在Rz的50％位置上，Rmr(c)为70％， 此时Rmr(c)为下限值；图4.9d为Rmr(c)最小值的 标注示例。
9
4.2.2 表面粗糙度的评定参数
(2) 轮廓的最大高度 Rz ：在一个取样长度内，最 大轮廓峰高 Zp 和最大轮廓谷深 Zv 之和的高度，如 图4.5所示，用Rz表示。即 Rz=Zp+Zv
10
4.2.2 表面粗糙度的评定参数
2．间距参数 轮廓单元的平均宽度RSm：在一个取样长度内轮廓 单元宽度Xs的平均值，如图4.5所示，用RSm表示。 即
35
考试题型
一. 是非判断题：（10分） 二、填空题：（15分） 三、选择题：（15分） 四、查表题：（25分）
公差带代号查上下偏差（10分） 上下偏差查孔轴公差带代号（15分） 形位公差项目
五、标注、改错： （15分） 六、计算： （15分） 七、问答题： （5分）
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习题 4
机加工表面粗糙度
4.1 基本概念4.1.1 表面粗糙度的定义表面粗糙度（Surface roughness）是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性性它是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。
表面粗糙度应与形状误差（宏观几何形状误差）和表面波度区别开。
通常，波距小于1mm 的属于表面粗糙度，波距在1~10mm 的属于表面波度，波距大于10mm 的属于形状误差，如图4-1 所示。
4.1.2 表面粗糙度对机械零件使用性能的影响表面粗糙度的大小对零件的使用性能和使用寿命有很大影响。
1. 影响零件的耐磨性表面越粗糙，摩擦系数就越大，相对运动的表面磨损得越快。
然而，表面过于光滑，由于润滑油被挤出或分子间的吸附作用等原因，也会使摩擦阻力增大和加速磨损。
2. 影响配合性质的稳定性零件表面的粗糙度对各类配合均有较大的影响。
对于间隙配合，两个表面粗糙的零件在相对运动时会迅速磨损，造成间隙增大，影响配合性质；对于过盈配合，在装配时表面上微观凸峰极易被挤平，产生塑性变形，使装配后的实际有效过盈减小，降低联接强度；对于过渡配合，因多用压力及锤敲装配，表面粗糙度也会使配合变松。
3. 影响疲劳强度承受交变载荷作用的零件的失效多数是由于表面产生疲劳裂纹造成的。
疲劳裂纹主要是由于表面微观峰谷的波谷所造成的应力集中引起的。
零件表面越粗糙，波谷越深，应力集中就越严重。
因此，表面粗糙度影响零件的抗疲劳强度。
4. 影响抗腐蚀性粗糙表面的微观凹谷处易存积腐蚀性物质，久而久之，这些腐蚀性物质就会渗入到金属内层，造成表面锈蚀。
此外，表面粗糙度对接触刚度、密封性、产品外观、表面光学性能、导电导热性能以及表面结合的胶合强度等都有很大影响。
所以，在设计零件的几何参数精度时，必须对其提出合理的表面粗糙度要求，以保证机械零件的使用性能。
/hhxing/book/version2/f42.htm4.3 表面粗糙度的选用4.3.1 评定参数的选用1. 幅度参数的选用幅度参数是标准规定的基本参数，可以独立选用。
表面粗糙度及其检验
表4-3 轮廓支承长度率Rmr(c)的数值(摘自GB/ T 1031—2009)
4. 3 表面粗糙度的参数标注
4.3.1 标准规定的参数值
国家标准GB / T 1031—2009 规定了评定表面粗糙度的参数值, Ra 和Rz 的数 值见表4-4。
图4-19 简化标注( 一)
图4-20 简化标注( 二)
当图纸空间有限时,把有相同的表面粗糙度要求的表面,用带有字母的 完整符号,以等式的形式注写在图形或标题栏附近,如图4-21所示。
图4-21 简化标注( 三)
8) 同一表面有不同的表面粗 糙度要求,或同一表面由几种 不同的工艺方法获得时,表面 粗糙度要求的标注如图4-23 所示。
第4章 章节内容
4. 1 表面粗糙度概述 87 4. 2 表面粗糙度评定参数及其运用 88 4. 3 表面粗糙度的参数标注 92 4. 4 表面粗糙度的检测 100
4.1 表面粗糙度概述
4.1.1 表面粗糙度的含义
机械加工零件的表面结构大致呈现三种几何形状特征: 形状 误差、表面粗糙度及表面波纹度。 区分这三者的常见方法有在表面轮廓截面上采用不同的频率 范围的定义来划分, 也有用波形的峰与峰之间的间距来划分。
图4-25 表面粗糙度比较样板
4.4量表面粗糙度轮廓的方法,常用的仪器是 电动轮廓仪,可直接测量出Ra值,适合测量Ra范围为0.025~5μm。
图4-26 JB-1C 型粗糙度测量仪
图4-27 测量仪原理图
(2) 光切法—利用光切原理测量零件表面粗糙度轮廓的方法。采用光切原理 102制成的仪器称为光切显微镜,也称为双管显微镜。光切法为非接触式测量 法,通常用于测量表面粗糙度轮廓幅度参数Rz 值,测量范围一般为2. 0~63μm。
表面粗糙度及检测
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（三）干涉法
干涉法是利用光波干涉原理来测量表面粗糙度数值的 一种方法。干涉法所用的仪器是干涉显微镜，通常 用来测量 Rc和Rz值，测量Rc值的范围一般为 0.4~1 μm。
1.干涉显微镜的测量原理
干涉显微镜的外形如图 4-22所示，其测量原理如图 423所示。由光源 1发出的光线，经聚光滤色镜组 2聚 光和滤色，再经反射镜 3转向，通过光栏 4、5和物 镜6，投射于分光镜 7的半透明半反射膜后分成两路 光束，一路光束透过分光镜 7和补偿镜 10、物镜11 射向工件被测表面 P2，经P2反射后原路返回，再射 在分光镜上，射向观察目镜 16。另一路光束由分光 镜7反射，经滤色片 8、物镜9射向标准反射镜 P1， 再由P1反射也经原路返回，透过分光镜，射向观察 目镜16。
图4-11 干涉显微镜的外形
1—光源；2—光源调节螺钉； 3、5—工作台微动千分尺； 4—工作台； 6—工作台固定螺钉； 7—仪器调修时用的手柄； 8—遮光板转动手柄； 9—调整干涉条纹方向及宽度的手柄； 10—调焦旋钮； 11—底座；12—照相机； 13—侧微目镜调节手轮； 14—目镜； 15—遮光片移动手柄
比较法使用简便，但判断的准确程度有限，所以适用 于车间中近似评定粗糙度较大的工件 。
（二）光切法
光切法是利用光切原理来测量表面粗糙度数值的一种方法。 光切法所用的仪器是光切显微镜 (又称为双管显微镜)，它适 宜测量轮廓单元的平均高度Rc和轮廓最大高度Rz值，测量 Rc值范围一般为0.8~6.3 μm。
3、轮廓单元的平均宽度 RSm ：是指在一个取样长度 内，轮廓单元宽度值 Xs的平均值
? RSm ?
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Shoe/Skid type:滑動器半徑比波峰間隔(Sm) 大很多,使其運動幾乎成一直線。若Sm過 大則可用Shoe來支撐。優點易於歸零. Skidless type:其探針機構由一驅動器之基準 參考點來支撐工件表面的輪廓,包括Form 、waviness及Roughness均能真實記錄, 缺 點:不易歸零且易受環境振動影響.
Rt
最大高度---Rt, 由全體評價長度算出, Rp 和Rv之和. Rt=(Peakmax-Valleymin)assessment length
Ry(ISO,JIS)
全粗糙度高度(最大高度)---Ry(ISO,JIS); Ry=(Peakmax-Valleymin)sampling length
TR200手持式粗糙度仪 主要特点： •高精度电感传感器 可显示13个粗糙度参数 流行的菜单操作方式 图形显示功能 感器触针位置指示 存储功能 多语言工作方式选择 标准RS232接口 高品质锂离子充电电池
TR240手持式粗糙度仪
•数据文件存储功能，随时调用 •自动关机功能 •设置参数保持功能 •软件校准功能 •大屏幕液晶，背光功能可于夜间工作 •在线帮助功能 •三种滤波器（RC,M1,M2) •制式转换功能 •电池电压监测功能 •内置智能充电器 •参数打印功能 •可对外圆、内孔、轴肩、圆锥面等 各种复杂表面进行测试 •探头放置灵活，可全面进行测试 •扩充性能好，可根据用记要求增加计算和功 能
最早人们是用标准样件或样块，通过肉眼 观察或用手触摸，对表面粗糙度做出定性 的综合评定。1929年德国的施马尔茨 (G.Schmalz)首先对表面微观不平度的深度 进行了定量测量。1936年美国的艾卜特 (E.J.Abbott)研制成功第一台车间用的测量 表面粗糙度的轮廓仪。1940年英国TaylorHobson公司研制成功表面粗糙度测量仪 “泰吕塞夫(TALYSURF)”。
Ry(DIN)
全粗糙度高度(最大高度)--Ry(DIN); 在各取樣長度內, 求出各Zi, 而在各 Zi中最大值稱為Ry(DIN)=Rmax;
Rmax對零件表面的劃傷﹑毛刺之類的缺 陷非常敏感﹐很適合于檢驗這樣的狀態。 然而﹐由于生產過程中的個別劃痕或毛 刺往往不具有代表性﹐所以Rmax不適于 監控工序的穩定性
Rz(DIN)
十點平均值—Rz(DIN)=(Z1+Z2+ Z3+ Z4+ Z5)/5; 評估長度內.
Rz(ISO,JIS)
十點平均值—Rz(ISO,JIS); Rz(ISO,JIS)= 1/5 ΣYpi -1/5 ΣYvi 最高5個山頂高度平均值與最深5 個谷底深度平均值之差. 取樣長度內; Rz(JIS)=Rz(ISO4287-1984);
用途: 該參數可以作為監控工序穩定性的有效手 段﹐所以成為今天人們使用的首要參數。 該參數對偶發性缺陷頗為遲鈍﹐因此不 宜用來檢測這種異常的存在與.(Rmax)
Rq
粗糙度幾何(平方)平均值 (Root mean square roughness, Rq) 下圖所示, Rq=(1/N Σyi2)1/2
表面粗糙度及量測
目錄
一,表面質量 二, 加工方式與表面粗糙度及成本 三,切斷長度/標準長度/評估長度 四,表面粗糙度參數 五, 表示符號 六, 表面粗糙度之量測方法
引言
表面质量的特性是零件最重要的特性之一， 在 计量科学中表面质量的检测具有重要的地位。
不同用途之產品會有不同表面粗糙度的需求。
較低的光潔度對于盡快加工零件和盡量減 少輔助工作量有明顯的經濟效益。何況 在某些用途中﹐一定的粗糙性可以提高 零件的功能﹐有些零件甚至明確規定了 最大和最小粗糙度的值。舉例來說﹐具 有一定粗糙度的表面常常可以增加漆層 或其它涂敷層的黏附性。
1, 粗糙度標准片比較法
應用表面粗糙度標准片與工件觸覺或視覺 上的量測方法. 一般標準片已預先制成4到 至8個不同等級的Ra值或其它相關參數值, 同時有不同加工方式之比較片, 如Lathing, Milling or Grinding. 不確定度: 約30%;
2.探針式雷射干涉感測儀:
結合探針式表面粗糙度量測儀雷射干涉 儀和精密滑台設計 特色: 利用雙軸雷射干涉儀分別量取探 針縱向及橫向位移。適用於相機鏡頭、 光碟、CD Reading Head等表面面輪廓 量測工作, 唯價格高是其缺點。
粗糙度
表面 質量
波紋度 輪廓:
粗糙度與波度,輪廓(1)
粗糙度基本上就是指刀具痕跡﹐走刀總 會讓零件表面產生某一寬度和深度的槽。 在磨削時﹐砂輪上的磨料等于無數的微 小刀具﹐每一粒磨料都給表面留下一道 痕跡。
粗糙度與波度,輪廓(2)
波度的形成原因在于加工過程中刀具與 工件之間的距離存在微小的波動﹐而這 些波動是由刀具的不穩定性和某種振動 造成的﹐其中有的振源對每臺機床的穩 定性有影響。有些原因來自外部﹐並且 是偶然性的﹐例如一輛叉車從旁邊駛 過﹐或其它機器被開動。另一些振源則 來自機床內部﹐如主軸軸承磨損﹑驅動 電機振動等等。
Rp/Rv
最大波峰高度----Rp, 最大波谷深度----Rv, 如下圖. 取樣長度內算出
PC
波峰數(Peak Count, PC), 如下圖. 波峰數以中心線為對稱基準,先設 定一寬帶,再計算每單位時超過 此寬帶之峰谷對的數目。 設定寬帶: C1=C2= 一定值或Ry的 百分比.
Sm
平均波峰間距 (Mean Peak Spacing; Sm) 下圖所示平均波峰問距為求取PC時, 所計 數山峰(山峰/山谷之周期)之平均波長, 與PC值之倒數相同. Sm= 1/N Σsmi
同樣必須設定寬帶
Sk
振幅分布偏斜度( skewness ,Sk), 又稱非對 稱度, 下圖所示. Sk=1/((Rq)3. N) ΣYi3 此參數顯示波形中波峰及波谷之突出 數量比, 此數值為正時, 表示有突出波峰 ; 此數值為負時, 表示有突出波谷, 對於 耐磨較佳的表面此值應為負.
Ku
振幅分布之陡峭度(Kurtosis, Ku),又 稱尖銳度 Ku=1/((Rq)4. N) ΣYi4 此參數顯示振幅分布圖的尖銳與否, 即是否呈常態分布, 正值愈高表示 振幅愈陡峭.
通過空氣探針測量,探測空氣壓力變化. 1,適於髒表面; 2, 非接觸式; 3, 只是一種比較測量
5. 探針式表面粗糙度量測儀:
目前使用范圍最廣、最普遍的表面粗糙度量 測儀器, 避免過去以標準片憑人的感覺加以 比對判斷之缺失。 電子探針式表面粗糙度 量測儀之工作原理, 如圖 主要元件部分包括 探針、收錄器、驅動器、記錄器、濾波器及 微處理器。
TR100袖珍式粗糙度仪 技术参数： •传感型式：压电晶体 •显示型式：液晶显示 •测量型式：Ra、Rz •测量范围：Ra：0.05-10 um Rz:0.1-50 um •取样长度：0.25mm、0.8mm、2.5mm •评定长度：1.25mm、0.8mm、2.5mm •扫描长度：6mm •工作温度：0-40度 •重量：0.2kg •外型尺寸：125*73*26mm
3.光探針式自動對焦伺服探頭感測 法
以雷射式收錄器替代探針式收錄器, 通常 配有雙軸精密滑台, 透過軟體記錄分析, 可作2D或3D Roughness量測。 N0TE: 非接觸式Laser探頭適用於軟性材 質工件, 唯價格過高, 且對於工件反光折 射不好, 如黑色材料,則無法應用。
4.氣動表面測量法
基本原理: 測針沿工件表面某一方向運動, 把采集 到垂直方向移動轉換成電信號並經放大, 瀘波處理, 統計分析得到不同的粗糙度參 數值.
Note:
a. 一般: 5um 半徑, 90度角,錐形接觸力 不超過15mN(1.5g)。 Ra與測針半徑關 系: 半徑與實際Ra比值越大, 顯示變小; 比值>20倍時, 誤差越大 b. Shoe/Skid VS Skidless type stylus之 用法不同: 如圖所示
三,切斷長度/標準長度/評估長 度
濾波長度(或切斷長度) 濾波器從波形中分離
出粗度, 也即粗度曲線中最長曲線波形長度;
取樣長度等于濾波長度(或切斷長度)
標準長度/評估長度
原則上評估長度應為切斷值的3倍以上
四、表面粗糙度參數
三大類: 1.振幅參數-由波峰,波谷同時決定(垂直特性)
2.波長或間距參數-表面上間距決定(水平特 性)
有些多功能零件要求很復雜的表面﹐才能 最好地發揮作用。比如發動機的汽缸內 壁必須足夠光滑﹐以便為活塞環提供良 好的密封表面﹐利于壓縮﹐並防止漏氣。 同時﹐表面上還必須具有尺寸﹑數量和 分布都合適的凹點﹐為的是保持潤滑油。
一,表面質量
車﹑銑﹑刨﹑磨及其它所有機械加工過 程給零件表面留下特殊的參差不齊現 象﹐切削刀具的選擇﹑機床狀態﹑轉 速﹑進刀量﹑振動及其它環境干擾等因 素對這些參差不齊也有影響。 根據分析可以把表面質量分解為三個組成 部分﹕
6.光學方法作表面粗糙度量測
斑點利用反射回來的光量測量表面粗糙度
END
測量儀器利用離散的“截止波”區分表 面光潔度的幾個分量。通過電濾波技術 選擇和實現截止波長﹐使儀器可以單獨 測量粗糙度﹑波度﹐或測量粗糙度﹑波 度和波形組成的“總輪廓”
二, 加工方式與表面粗糙度及成本
For example: Lap: 拋光; Hone: 精磨; Grind: 粗磨 Note: Rz=5Ra(噴砂面); Rz=(10~20)Ra(研磨面)
五, Surface Texture Symbols
Max Waviness Height Max Waviness Width Max Ra
0.002.-2
63
Min Ra
32
^
0.030 0.015
cut-off Lay
Max Roughness Spacing
六, 表面粗糙度之量測方法
以后，各国又相继研制出多种测量表面粗 糙度的仪器。目前，测量表面粗糙度常用 的方法有：比较法、光切法、干涉法、针 描法和印模法等，而测量迅速方便、测值 精度较高、应用最为广泛的就是采用针描 法原理的表面粗糙度测量仪。 註:因為表面粗糙度量測精度要求高, 故應 避免振動, 溫度, 油污, 磁場等影響。