机械精度设计与检测 第05章 表面粗糙度

表面粗糙度第5章中南林业科技大学精品课程《机械设计精度与检测》课程组制作本章重点表面粗糙度的术语、定义、标注及测量方法本章内容5.1表面粗糙度概述5.2表面粗糙度的评定5.3表面粗糙度的符号、代号及其标注5.4表面粗糙度的选用5.5表面粗糙度的测量及量具量仪5.1表面粗糙度概述表面粗糙度：切削加工时，由于振动，刀痕及刀具与零件之间的摩擦，在制造的零件表面不可避免的产生一些微小的峰谷。零件表面上这些微小的峰谷的高低程度就称为表面粗糙度。粗加工后的表面用肉眼就能看到，精加工后的表面用放大镜或显微镜仍能观察到。从相反概念的角度表面粗糙度也可以称为表面光洁度。5.1表面粗糙度概述实际上，一个完工零件的实际表面状态是极其复杂的，一般包括表面粗糙度、表面波度和几何形状误差等。5.1表面粗糙度概述表面几何形状误差(宏观几何形状误差)表面粗糙度表面波度(中间几何形状误差)按波距大小(相邻两波峰或相邻两波谷之间的距离)来划分波距小于lmm的微观几何形状误差波距在l～10mm的并呈周期性变化的几何形状误差波距大于10mm的并无明显周期性变化5.1表面粗糙度概述表面粗糙度对零件的使用性能有着重要的影响，尤其对在高温、高速、高压条件下的机器(仪器)零件影响更大。它主要影响零件的摩擦磨损、配合性质、抗疲劳强度和密封性等。5.1表面粗糙度概述因此，表面粗糙度在零件几何精度设计中是必不可少的，作为零件质量评定指标是十分重要的。5.1表面粗糙度概述GB/T3053—2009表面粗糙度国家标准构成：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/T1031-2009表面粗糙度参数及其数值GB/T131-2006机械制图表面粗糙度符号代号及其标注5.1表面粗糙度概述5.2表面粗糙度的评定5.2表面粗糙度的评定5.2.1评定表面粗糙度的几个术语和定义5.1.2表面粗糙度的评定参数5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义介绍GB/T3505-2000规定的与评定表面粗糙度有关的部分术语和定义。部分术语轮廓滤波器坐标系表面轮廓原始轮廓粗糙度轮廓取样长度评定长度中线粗糙度轮廓中线轮廓峰轮廓谷高度和间距辨别力轮廓单元纵坐标值实体材料长度1.轮廓滤波器（profilefilter）λs滤波器（λsprofilefilter）λc滤波器（λcprofilefilter）λf滤波器（λfprofilefilter）确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器。确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。把轮廓分成长波和短波的滤波器。因为原始轮廓有粗糙度轮廓、波纹度轮廓和波长更长的表面形状误差轮廓5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义波长λcλs传输系数/%波纹度轮廓粗糙度轮廓50100λf图5-1粗糙度和波纹度轮廓的传输特性5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义4．原始轮廓（primaryprofile）在应用短波滤波器λs之后的总的轮廓。它是评定原始轮廓参数的基础。5．粗糙度轮廓（roughnessprofile）对原始轮廓采用λc滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。这是故意修正的轮廓。它的频带宽是由λs和λc滤波器来限制的。它是评定粗糙度轮廓参数的基础。5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义是指用来判别被评定轮廓的不规则（粗糙）特征的X轴向上的长度。在取样长度内一般应包含有五个以上的峰谷，取样长度lr的方向与轮廓走向一致。规定取样长度的目的主要是为了限制和减弱表面波度对测量结果的影响。6．取样长度lr(Samplinglength)5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义表5-1取样长度标准值mm2582.50.80.250.08lr表5-2lr和ln0.41.254.012.540.00.080.250.82.58.0≥0.025~0.100.10~0.500.50~10.010.0~50.050.0~320≥0.008~0.020.02~0.100.10~2.02.0~10.010.0~80ln/μmlr/μmRz/μmRa/μm一般情况下，在测量不同的表面粗糙度参数时，推荐按表5-2选取对应的取样长度值，此时取样长度值在标注中可省略。5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义7.评定长度ln(Evaluationlength)是指用于判别被评定轮廓的x方向上的长度。它可包括几个取样长度，一般为5个，即ln＝5lr；对均匀件好的表面，可少于5个，反之可多于5个。5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义8．中线（meanlines）具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义9．粗糙度轮廓中线（meanlinesfortheroughnessprofile）用轮廓滤波器λc抑制了长波轮廓成分相对应的中线。根据建立中线的方法不同，中线有以下两种：5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义（1）轮廓最小二乘中线（leastsquareameanlineoftheprofile）：在取样长度内，使轮廓线上各点到该线的纵坐标值Z(x)的平方和最小。F'nF'3F'2F'1FiFFFOlrln轮廓总的走向轮廓的算术平均中线轮廓的最小二乘中线轮廓总的走向lnlrO5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义（2）轮廓算术平均中线（arithmeticalmeanlineoftheprofile）：在取样长度内，与轮廓走向一致，并将轮廓划分为上、下两部分面积相等的基准线，即F'nF'3F'2F'1FiFFFOlrln轮廓总的走向轮廓的算术平均中线轮廓的最小二乘中线轮廓总的走向lnlrO'11nniiiiFF5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义显然，对于一个实际轮廓，其最小二乘中线是唯一的，而一般情况下，算术平均中线不是唯一的。5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义10．轮廓峰（profilepeak）连接（轮廓和X轴）两相邻交点向外（从材料到周围介质）的轮廓部分。11．轮廓谷（profilevalley）连接（轮廓和X轴）两相邻交点向内（从周围介质到材料）的轮廓部分。5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义12．高度和间距辨别力（heightand/orspacingdiscrimimation）应计入被评定轮廓的轮廓峰和轮廓谷的最小高度和最小间距。在这里，最小高度通常用Rz或任一振幅参数的百分率表示，最小间距则以lr的百分率表示。13．轮廓单元（profileelement）轮廓峰和轮廓谷的组合。5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义14．纵坐标值Z(x)(ordinatevalueZ(x))被评定轮廓在任一位置距X轴的高度。若Z(x)是在X轴的下方视为负值，反之视为正值。15．在水平位置C上轮廓的实体材料长度Ml(c)(materiallengthofprofileatthelevelCMl(c))在水平给定位置C上用一条平行于X轴的线与轮廓单元相截所得到的各段截线长度之和。XMl(c)=Ml1+Ml2Ml2Ml1C取样长度5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义GB/T3505-2009中规定的有关评定表面粗糙度的参数有幅度参数（Z轴方向）9项、间距参数（X轴方向）1项、混合参数1项以及曲线和相关参数5项，共4大类16项。这里选择介绍下面几种，这几种评定参数有的已在GB/T3505-1983中出现过。5.2.1评定表面粗糙度的术语和定义01()rlarRZxdxl（1）评定轮廓的算术平均偏差Ra（arithmeticalmeandeviationoftheassessedRa）在一个取样长度内，纵坐标Z(x)绝对值的算术平均值。5.2.2表面粗糙度的评定参数(幅度参数)F'nF'3F'2F'1FiFFFOlrln轮廓总的走向轮廓的算术平均中线轮廓的最小二乘中线轮廓总的走向lnlrO（2）轮廓的最大高度Rz（maximumheightofprofileRz）在一个取样长度内，最大轮廓峰高Zp与最大谷深Zv之和的高度。Zv7Zv6Zv5Zv4Zv3Zv2Zv1Zp6Zp5Zp4Zp3Zp2Zp1Rz取样长度5.2.2表面粗糙度的评定参数(幅度参数)11mciiRZtm（3）轮廓单元的平均线高度RC（meanheightofprofileelementsRC）在一个取样长度内轮廓单元高度Zt的平均值。Zt6Zt5Zt4Zt3Zt2Zt1取样长度5.2.2表面粗糙度的评定参数(幅度参数)选择此参数需要注意“高度和间距辨别力”。除非另有规定，省略标注的高度分辨力应为RZ的10%，间距分辨力为lr的1%，此两条件需同时满足。5.2.2表面粗糙度的评定参数(幅度参数)轮廓单元的平均宽度RSm（meanwidthoftheprofileelementsRSm）在一个取样长度内轮廓单元宽度Xs的平均值。11mmiiRSXsm同理，选择此参数也需要注意“高度和间距分辨力”。条件与Rc相同。5.2.2表面粗糙度的评定参数(间距参数)轮廓的支撑长度率Rmr(c)(materialratiooftheprofileRmr(c))在给定水平位置C上轮廓的实体材料长度Ml(c)与评定长度之比。即：这里应指出的是，此参数是在评定长度而不是在取样长度上定义的，因为这样提供的曲线和相关参数更稳定。5.2.2表面粗糙度的评定参数(曲线和相关参数)GB/T3505-2009所规定的所有表面粗糙度评定参数，在实际中根据需要选用，但幅度参数Ra或（和）Rz是必须标注的。从Ra和Rz的定义可以看出，Ra所反映的轮廓信息量比Rz要多，所以Ra参数是首选。如果零件表面有密封性和耐磨性要求，则还要考虑间距参数或曲线和相关参数。5.2.2表面粗糙度的评定参数(曲线和相关参数)5.3表面粗糙度符号、代号及其标注5.3表面粗糙度的符号、代号及其标注5.3.1表面粗糙度的符号5.3.2表面粗糙度的代号5.3.3表面粗糙度的符号、代号在图样上的标注示例5.3.1表面粗糙度的符号按GB/T131-2006，标注的基本原则：在图样上表示表面粗糙度的符号时，需在图样上用细实线画出。在同一个图上，每个表面一般只标注一次表面粗糙度代号。用不去除材料的方法获得的或是保持原供应状况的表面，一般只标注相应的表面粗糙符号。表面粗糙代号一般注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上。符号尖端从材料外指向表面。5.3.1表面粗糙度的符号基本图形符号表面粗糙度基本图形符号如图所示（a）(b)(c)(d)(e)(f)5.3.1表面粗糙度的符号表面粗糙度基本图形符号的含义如下：(a)用任何方法获得的表面；(b)用去除材料的方法获得的表面，如车、铣、刨、磨、电火花等加工方法；(c)用不去除材料的方法获得的表面，如铸、锻、轧等加工方法；(d)表示在图样某个视图上构成封闭轮廓的各表面有相同的表面结构要求时，用任何方法获得的表面；(e)表示在图样某个视图上构成封闭轮廓的各表面有相同的表面结构要求时，用去除材料的方法获得的表面；(f)表示在图样某个视图上构成封闭轮廓的各表面有相同的表面结构要求时，用不去除材料的方法获得的表面。5.3.2表面粗糙度的标注表面粗糙度代号是以表面粗糙度符号、参数、参数值及其它有关要求的标注组合形成的。其表面特征各项规定的注写位置如图所示。a－传输带、取样长度、表面结构参数代号、极限值。（μm）；a和b－a处写第一个表面结构要求，b处写第二个表面结构要求；c－加工方法、表面处理、涂层或其它加工工艺要求；d－加工纹理方向及符号；e－加工余量(mm)；符号说明示意图符号说明示意图=纹理平行于标注代号的视图的投影面C纹理呈近似同心圆⊥纹理垂直于标注代号的视图的投影面R纹理呈近似放射形╳纹理呈两相交的方向P纹理无方向或呈凸起的细粒状M纹理呈多方向加工纹理方向符号若表中所列符号不能清楚地表明所要求的纹理方向，应在图样上用文字说明5.3.2表面粗糙度的标注5.3.3图样标注示例（1）5.3.3图样标注