第5章 表面粗糙度及其检测讲解

二、表面粗糙度的概念
表面粗糙度：零件表面经加工后，特别是经过高精度加工 后，肉眼看起来很光滑，经放大后表面上会留下微观的凹凸不 平的刀痕和间距较小的轮廓峰谷。这种加工表面上具有较小间 距和蜂谷所组成的微观几何形状特征，称为表面粗糙度。
表面粗糙度形成的原因： (1) 加工过程中的刀痕； (2) 切屑分离时的塑性交形； (3) 刀具与已加工表面间的摩擦； (4) 工艺系统的高频振动。
测轮廓线上的各点至该线的距离平方和为最小。
最小二乘中线
Fra Baidu bibliotek
yi
lr
图5-4 表面粗造度轮廓的最小二乘中线
（2）轮廓算术平均中线 在取样长度范围内，将实际
轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线。
算术平均中线
F1
F2
n
n
? ? Fi ?
Fi '
i?1
i?1
Fi
F1′
Fi′
F2′
lr
图4-5表面粗造度轮的算术平均中线
lr l
ln ln Z(x) y
参数 轮廓的最大高度 轮廓的算术平均偏差 轮廓单元的平均宽度
2009 版 1983 版
宏观形状轮廓 ? 大于 10 mm
显然, 上述传统划分方法并不严谨。实际上表面形状 误差、 表面粗糙度以及表面波纹度之间, 并没有确定的 界线, 它们通常与生成表面的加工工艺和零件的使用功能 有关。为此, 国际标准化组织(ISO) 近年来, 加强了对表 面滤波方法和技术的研究, 对复合的表面特征采用软件或 硬件滤波的方式, 获得与使用功能相关联的表面特征评定 参数。
对实际表面微观几何特征的研究是用轮廓法进行的。平 面与实际表面相交的交线为零件的实际表面轮廓，也称为实 际轮廓。实际轮廓是由无数大小不同的波形叠加在一起形成 的复杂曲线（见下图）。
图5-1 表面轮廓
完工零件实际 表面轮廓
实际表面轮廓
表面粗糙度轮廓 ? 小于1 mm
λ
波纹度轮廓 ? 在1～10 mm
三、表面粗糙度对零件使用性能的影响
1．对配合性质的影响
对于间隙配合，表面粗糙值过大则易磨损，使间隙很快
地增大，从而引起配合性质的改变。对于过盈配合，表面粗
糙值过大，配合零件经压装后，零件表面的峰顶会被压平，
会减少实际有效过盈，从而降低连接强度。
2．对摩擦、磨损的影响
表面粗糙度的存在使实际有效接
触面积很小，导致单位压力增大，若
表面间有相对运动，则峰顶间的接触
作用会对运动产生摩擦阻力，同时使
零件产生磨损。
磨损量与Ra 的关系曲线
3．对腐蚀性影响 金属腐蚀往往是由于化学作用或电化学作用造成的。零件
表面越粗糙，则积聚在零件表面上的腐蚀性气体、液体也越多， 且通过微观凹谷向零件内层渗透，使腐蚀加剧。因此，提高零 件表面粗糙度质量，可以增强其抗腐蚀能力。 4．对疲劳强度的影响
线长度，至少包含5个微峰和5个微谷。
中线
lr
lr
lr
lr
lr
ln
图5-3 取样长度和评定长度
4．评定长度ln
取标准评定长度ln ＝5lr 。若被测表面比较均匀，可选 ln ＜5lr ；若均匀性差，可选ln ＞5lr 。
5. 中线 表面粗糙度轮廓中线是为了定量地评定表面粗糙度轮廓
而确定的一条基准线。该基准线有以下两种。 （1）轮廓最小二乘中线 在取样长度范围内，实际被
第五章 表面粗糙度及其检测
主要内容： 1、表面粗糙度的概念； 2、表面粗糙度的评定参数； 3、表面粗糙度的标注； 4、表面粗糙度的选用； 5、表面粗糙度的测量及量具量仪
第一节 概 述
一、表面结构与粗糙度轮廓
为保证零件装配后的使用要求，除了对零件各部分结构 给出尺寸公差、几何公差的要求外，还要根据功能需要对零 件的表面质量——表面结构给出要求。 表面结构是表面粗糙 度、表面波纹度、表面缺陷、表面纹理和表面几何形状的总 称。
即Rz = Zp + Zv
Zp1
Rz Zv1 Zv2
Zp2
Zp3
Zp4 Zp5
Zp6
Zv3 Zv4
Zv 5
Zv 6
中线
lr
图5-7 表面粗糙度轮廓的最大高度Rz的确定
2．间距特征参数 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长度叫做 轮廓单元的宽度，用符号Xsi 表示。
波纹度和原始轮廓的仪器中使用三种滤波器。它们的传输特 性相同, 截止波长不同, 分别为λs、λc和λf。
2. λc轮廓滤波器(λc profile filter) 确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。当
测量信号通过λc滤波器后将抑制波纹度的影响。
3. 取样长度lr 取样长度：是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准
长度 ln 的比率。
用符号 Rmr(c) 表示
Ml (c) Rmr (c) ? ln
支承长度率曲线
三、GB/T 3505 —2006 与GB 3505 —1983 两标准中基本术语与参数符号的比较
表面粗糙度新旧标准基本术语与参数符号比较表
基本术语
参数
基本术语 取样长度 评定长度 纵坐标值
2006 版 1983 版
零件表面越粗糙，表面上的凹痕和裂纹越明显，对应力集 中越敏感。尤其是当零件受到交变载荷时，零件的疲劳损坏可 能性越大，疲劳强度越差。
此外，表面粗糙度还影响零件的密封性能、产品的美观和 表面涂层的质量等。
第二节 表面粗糙度的评定
一、基本术语及定义
1. 轮廓滤波器(profile filter) 把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。在测量粗糙度、
1）轮廓单元的平均宽度：是指在一个取样长度lr 范围 内所有轮廓单元的宽度Xsi 的平均值，用符号RSm表示，即
? RSm ?
1 m
m
Xsi
i?1
Xs1
Xs2 Xs3
Xs4
Xs5
Xs6
中线
lr
图5-8 轮廓单元的宽度与轮廓单元的平均宽度
3．形状特征（混合）参数
1) ．轮廓的支承长度率
在给定水平位置c 上轮廓的实体材料长度Ml( c) 与评定
二、 表面粗糙度评定参数
1．幅度参数 1) 轮廓的算术平均偏差 在一个取样长度内，轮廓上各点
到中线纵坐标绝对值的算术平均值，记为Ra。
? Ra ? 1
l
y dx
l0
y1 y2
? 1 n
Ra ? n i ? 1 y i
Ra yi
x yn
图5-6 轮廓算术平均偏差Ra的确定
2) 轮廓的最大高度
在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高Zp与最大轮廓谷 深Zv 之和称之为轮廓最大高度，用符号Rz表示，