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1、第4章 表面粗糙度标准,4.1 概述4.2 表面粗糙度国家标准4.3 表面粗糙度的选择及其标注4.4 表面粗糙度的测量,4.1 概述,表面粗糙度主要是指切削加工过程中由刀具和工件表面之间的强烈摩擦、切屑分离过程中的物料破损残留以及工艺系统的高频振动等原因在工件表面上引起的具有较小间距和微小峰谷不平度的微观误差现象。这种表面微观几何形状误差，对机械零件的配合性质、工作精度、耐磨损性、抗腐蚀性等有着十分密切的关系，它直接影响到机器或仪器的可靠性和使用寿命。本章所涉及的国家标准为：GB/T 3505-2000 表面结构的术语、定义及参数 GB/T 1031-1995表面粗糙度 参数及其数值 GB/T
2、 131-1993机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法,下一页,返回,4.1 概述,4.1.1 基本概念零件表面不论是用机械加工方法还是用其他方法获得，都不可能是绝对光洁平滑的，总会存在着由微小间距和微观峰谷组成的微小高低不平的痕迹。这是一种微观几何形状误差，称为微观不平度。这种微观几何形状误差可用表面粗糙度来表达，表面粗糙度越小，表面越光滑。因此，表面粗糙度是评定零件表面质量的一项重要指标。如图4-1所示，零件同一表面存在着叠加在一起的三种误差，即：形状误差（宏观几何形状误差）、表面波度误差和表面粗糙度误差。三者之间，通常可按相邻波峰和波谷之间的距离（波距）加以区分：波距在10mm以上属形
3、状误差范围，波距在110mm之间属表面波度范围，波距在1mm以下属表面粗糙度范围。,上一页,下一页,返回,4.1 概述,4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响零件表面粗糙度的大小，对零件的使用性能有很大影响，主要表现在如下几方面：（1）影响零件表面的耐磨性。表面粗糙度越大，零件工作表面的摩擦磨损和能量消耗越严重。如果表面越粗糙，配合面之间的有效接触面积减小，压强增大，磨损就越快；表面越粗糙，摩擦系数加大，由摩擦而消耗的能量就越大。相反，如果要求表面粗糙度过小，则一方面将增加制造成本，另一方面加大了金属分子间的吸附力，不利于润滑油的储存，容易使相互配合的工作表面之间形成干摩擦，使金属接触面产
4、生胶合磨损而损坏。,上一页,下一页,返回,4.1 概述,（2）影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，表面越粗糙，就越容易磨损，使工作过程中的配合间隙逐渐增大；对于过盈配合，由于压合装配时会将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈量，降低了过盈配合的连接强度。上述微观凸峰被磨损或被挤平的现象，对于那些配合稳定性要求较高、配合间隙量或配合过盈量较小的高速重载机械影响更显著，故适当的选定表面粗糙度参数值尤为重要。（3）影响零件的疲劳强度。粗糙的零件表面存在较大的微观峰谷，它们的尖锐缺口和裂纹对应力集中十分敏感，从而使零件的疲劳强度大大降低。（4）影响零件表面的抗腐蚀性，比较粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通
5、过微观峰谷渗入金属内层造成表面锈蚀。同时，微观凹谷处容易藏污纳垢，容易产生化学腐蚀和电化学腐蚀。,上一页,下一页,返回,4.1 概述,（5）影响零件表面的密封性。静力密封时，粗糙的零件表面之间无法严密地贴合，容易使气体或液体通过接触面间的微小缝隙发生渗漏。同理，对于动力密封，其配合面的表面粗糙度参数值也不能过低，否则受压后会破坏油膜，从而失去润滑作用。（6）影响机器或仪器的工作精度。表面粗糙度越大，配合表面之间的实际接触面积就越小，致使单位面积受力增大，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精度稳定性。（7）影响产品的外观、表面涂层的质量和操作人员的使用舒适性（如机床的
6、操作手柄）等。,上一页,下一页,返回,4.1 概述,（8）影响设备的振动和噪声及动力消耗。当运动副的表面粗糙度参数值过大时，运动件将会产生振动和噪声，这种现象在高速运转的发动机曲轴和凸轮、齿轮以及滚动轴承中很明显。显然，配合表面粗糙时，随着摩擦系数的增大，摩擦力增大，从而动力消耗增加。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、液体和气体的流动阻力、导体表面电流的流通等都会产生不同程度的影响。综上所述，表面粗糙度在零件的几何精度设计中是必不可少的项目，是一种十分重要的零件质量评定指标。为了保证零件的使用性能和寿命，应对其加以合理限制。,上一页,返回,4.2 表面粗糙度
7、国家标准,我国参照国际标准（ISO），对原表面粗糙度国家标准GB 1031-1983、GB 131-1983作了修订和增订，新国标有GB/T 3505-2000 表面结构的术语、定义及参数、GB/T 1031-1995表面粗糙度 参数及其数值和 GB/T 131-1993机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法。4.2.1 表面粗糙度的基本术语（1）取样长度lr：取样长度是用于判别被评定轮廓的不规则特征的X 轴方向上的一段基准线长度，它在轮廓总的走向上量取，如图4-2所示。规定和选择取样长度是为了限制和削弱表面波纹度（波距在110mm之间）对表面粗糙度测量结果的影响。lr过长，表面粗糙度的测量值
8、中可能包含有表面波纹度的成分；过短，则不能客观的反应表面粗糙度的实际情况，使测得结果有很大随机性。可见，取样长度与表面粗糙度的评定参数有关，在取样长度范围内，一般应包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。常用的取样长度的推荐值见表4-1。,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,在一般情况下，测量Ra和Rz时,推荐按表4-1选用对应的取样长度及评定长度值，此时在图样上可省略标注取样长度值。当有特殊要求不能选用表4-1中数值时，应在图样上注出取样长度值。（2）评定长度ln：评定长度是用于判别被评定轮廓的表面粗糙度特性所需的X轴方向上的长度，由于零件表面存在不均匀性，规定在评定时它包括一个或几个取样长度，
9、称为评定长度ln。在评定长度内，根据取样长度进行测量，此时可得到一个或几个测量值；取其平均值作为表面粗糙度数值的可靠值。一般情况下，取ln=5lr，如表4-1所示。当表面比较均匀时，可取ln5lr。（3）评定表面粗糙度的基准线m：评定表面粗糙度参数值大小时所用的一条参考线，称为基准线。基准线有以下两种：,上一页,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,1）轮廓最小二乘中线：轮廓的最小二乘中线根据实际轮廓用最小二乘法来确定。在取样长度范围内，使轮廓上各点至该线的距离的平方和为最小，如图4-3(a)所示。即，这条线就是最小二乘中线。2）轮廓算术平均中线：在取样长度范围内，用一条假想线将实际轮廓分
10、成上下两部分，且使上半部分的面积之和等于下半部分的面积之和，如图4-3(b)所示。即这条假想的线即为轮廓算术平均中线。,上一页,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,标准规定：一般应以最小二乘中线作为基准线。但由于在实际轮廓图形上确定最小二乘中线的位置比较困难，通常在带有计算机的测量系统中，可由相关的程序来确定。因此，规定可用轮廓算术平均中线代替最小二乘中线，以便用图解法近似确定最小二乘中线。在实际应用中，最小二乘中线与算术平均中线相差很小。轮廓算术平均中线的位置，有时也可用目测估计法确定。（4）轮廓单元：一个轮廓峰和与其相邻的一个轮廓谷的组合，称为轮廓单元，如图4-4所示。（5）轮廓峰高
11、ZP：即轮廓最高点距中线的距离。（6）轮廓谷深ZV：即中线与轮廓最低点之间的距离。（7）轮廓单元的高度Zt：即一个轮廓单元的峰高和谷深之和。（8）轮廓单元的宽度Xs：即中线与轮廓单元相交线段的长度。,上一页,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,（4-1）,（9）在水平位置c上轮廓的实体材料长度Ml(c)：即在一个给定水平位置c上，用一条平行于中线的线与轮廓单元相截所得的各段截线长度之和，如图4-5所示。用公式表示为c为轮廓水平截距，即轮廓的峰顶线和平行于它并与轮廓相交的截线之间的距离。（10）高度和间距辨别力：即应计入被评定轮廓的轮廓峰和轮廓谷的最大高度和最小间距。轮廓峰和轮廓谷的最大高
12、度通常用RZ或任一振幅参数的百分率来表示；最小间距则以取样长度的百分率给出。,上一页,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,4.2.2 表面粗糙度的评定参数及数值为了能够定量描述零件表面微观几何形状特征，在国家标准中规定了表面粗糙度评定参数及其数值和一般规定。表面粗糙度的评定参数应从轮廓算术平均偏差(Ra)和轮廓最大高度(RZ)两个主要评定参数中选取。除两个高度参数外。根据表面功能的需要。还可从轮廓单元的平均线高度Rc、轮廓单元的平均宽度RSm和轮廓的支承长度率Rmr(c)三个附加参数中选取。为了满足对表面不同的功能要求，GB/T3505-2000产品几何技术规范 轮廓法 表面结构的术语、
13、定义及参数从微观几何形状的高度、间距和形状等几个方面的特征规定了相应的特征参数。,上一页,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,（4-2）,国标规定采用中线制来评定表面粗糙度，设计时应按国家标准GB/T1031-1995表面粗糙度参数及其数值规定的参数值系列选取。1.与高度特性有关的参数（幅度参数）（1）轮廓算术平均偏差Ra。在一个取样长度lr内，轮廓上各点至基准线的距离的绝对值的算术平均值。如图4-6所示。或近似值为式中，z为轮廓偏距（轮廓上各点至基准线的距离）；zi为第i点的轮廓偏距（i=1，2，3n）。Ra越大，则表面越粗糙。Ra能客观地反映表面微观几何形状的特性，但因受到计量器具功
14、能的限制，不能用作过于粗糙或太光滑表面的评定参数。轮廓算术平均偏差Ra的参数值见表4-2。,上一页,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,（4-3）,（4-4）,（2）轮廓最大高度RZ。在一个取样长度lr内，最大轮廓峰高ZP和最大轮廓谷深ZV之间的距离。如图4-7所示。式中，ZP为轮廓最大峰高；ZV为轮廓最大谷深。轮廓最大高度RZ的参数值见表4-3。（3）轮廓单元平均线高度Rc。在一个取样长度lr内，轮廓单元高度zt的平均值。如图4-8所示。用公式表示为对参数Rc需要辨别高度和间距。除非另有要求，省略标注的高度分辨力按RZ的10%选取；省略标注的间距分辨力应按取样长度的1%选取。这两个条件
15、都应满足。,上一页,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,（4-5）,（4-6）,2.与间距特性有关的参数（间距参数）轮廓单元平均宽度RSm：在一个取样长度lr内,轮廓单元宽度Xs的平均值。如图4-9所示。轮廓单元平均宽度RSm参数的系列值见表4-4。3.与形状特性有关的参数（曲线参数）轮廓支承长度率Rmr(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ln的比率。如图4-5所示。（注：图4-5只画出了一个取样长度上的Ml(c)）,上一页,下一页,返回,4.2 表面粗糙度国家标准,由图4-5可见，轮廓的实体材料长度Ml(c)与轮廓的水平截距c有关。轮廓的支承长度率Rmr(
16、c)应该对应于水平截距c给出。c值多用轮廓最大高度Rz的百分数表示。具体参数系列值见表4-5。轮廓支承长度率Rmr(c)与零件的实际轮廓形状有关，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，在相同的评定长度内给出相同的水平截距，Rmr(c)越大，则表示零件表面凸起的实体部分就越大，承载面积就越大，因而接触刚度就越高，耐磨性能就越好。如图4-10(a)的耐磨性能较好，图4-10(b)的耐磨性能较差。由图4-10不难看出，此时若采用高度特性参数和间距特性参数，就很难区分两者表面粗糙度的差异，而采用形状特性参数便能加以区分。,上一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,4.3.1 表面
17、粗糙度评定参数及数值的选择（1）评定参数的选用评定参数的选择首先应考虑零件使用功能的要求，同时也应考虑检测的方便性及仪器设备条件等因素。在国家标准中给出了Ra、Rz、RSm、Rmr(c)等参数，正确地选用参数对保证零件表面质量及使用功能十分重要。在表面粗糙度的评定参数中，Rc、Rz两个高度参数为基本参数，RSm、Rmr(c)为附加参数。这些参数分别从不同角度反映了零件的表面形貌特征，但都存在着不同程度的不完整性。因此，在具体选用时要根据零件的功能要求、材料性能、结构特点以及测量的条件等情况，适当选用一个或几个作为评定参数。,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,（1）在零件表面没有特
18、殊要求时，一般仅选用高度参数!在高度特性参数常用的参数值范围内（Ra为0.0256.3m，Rz为0.125m），推荐优先选用Ra值，因为Ra既能反映加工表面的微观几何形状特征，又能反映微观凸峰高度，且在测量时便于进行数值处理。但以下情况不宜选用Ra：1）在零件加工表面过于粗糙（Ra6.3m）或太过光滑（Ra0.025m）时，应选用Rz，因为此范围便于选择用于测量Rz的仪器进行测量。2）在零件材料较软时，不能选用Ra，因为Ra值一般采用针描法进行测量，如果针描法用于软材料的测量，不仅会划伤被测零件的表面，而且测量所得的结果也不准确。3）如果测量面积很小，例如顶尖、刀刃以及仪表小元件的表面，在取样
19、长度内，轮廓的峰或谷少于5个时，可以选用Rz值。,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,（2）如果零件表面有特殊功能要求，为了保证功能和提高产品质量，可以同时选用几个参数来综合控制表面质量：1）当表面要求耐磨时，可以选用Ra、Rz和Rmr(c)。2）当表面要求承受交变应力时，可以选用Rz 和RSm。3）当表面着重要求外观质量和可漆性时，可选用Ra 和 RSm。,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,2.评定参数值的选用对零件表面粗糙度参数值的选用原则是：在满足功能要求的前提下，尽量选用较大的参数允许值，以减小加工困难，降低生产成本。值得指出的是，并不是表面粗
20、糙度参数值越小越好，否则不但加工困难、成本提高，有时反而会影响使用性能。在选取表面粗糙度参数值时，应按国家标准GB/T131-1995规定的参数值系列来选取表面粗糙度参数允许值。见表4-1、表4-2、表4-3、表4-4、表4-5。在实际应用中，由于粗糙度和零件的功能关系相当复杂，难以全面而精确地按零件表面功能要求确定粗糙度的参数允许值，因此，常用类比法来初步确定表面粗糙度，然后再对比工作条件做适当调整。调整时应考虑以下几点：（1）同一零件上，工作表面比非工作表面的粗糙度参数值小。,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,（2）摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的表
21、面粗糙度参数值要小；运动速度高、单位压力大的摩擦表面应比运动速度低、单位压力小的摩擦表面的表面粗糙度参数值要小。（3）受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、沟槽），表面粗糙度参数值要小。（4）要求配合稳定可靠时，表面粗糙度值也应小些。配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的表面粗糙度参数值。（5）配合性质相同时，零件尺寸越小则表面粗糙度参数值应越小；同一精度等级时，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值应小。表4-6及表4-7列出了常用表面粗糙度的参数值及表面粗糙度参数值与所适用的零件表面，供选择时参考。,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的
22、选择及其标注,表面粗糙度参数值应与尺寸公差及形位公差相协调。绝大多数情况下，尺寸公差数值最大、表面位置公差次之、表面形状公差又次之、表面粗糙度参数值最小。但是在实际生产中也有特殊情况，如机床的手轮或手柄的表面，它们的尺寸公差和表面形状公差数值很大，但表面粗糙度数值却要求很小，所以说，它们之间并不存在确定的函数关系。一般来说，表面粗糙度与尺寸公差之间有一定的对应关系。设表面形状公差值为T，尺寸公差值为IT，则它们之间可参照以下对应关系 若：则：,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,4.3.2 表面粗糙度的符号、代号及其标注GB/T131-1993对表面粗糙度的符号、代号及其标
23、准作了规定，现就其基本内容作简要介绍。1.表面粗糙度的符号按GB/T131-1993在图样上表示表面粗糙度的符号有五种，见表4-8。2.表面粗糙度的代号表面粗糙度及其有关规定在符号中注写的位置如图4-11所示。由表面粗糙度符号和各种必要的特征规定，共同组成表面粗糙度的代号。,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,图4-11中，a1，a2表面粗糙度高度参数代号及其数值(m);b加工要求、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等;c取样长度(mm)或波纹度(m);d加工纹理方向符号;e加工余量(mm);f表面粗糙度间距参数值(mm)或轮廓支承长度率;表面粗糙度代号的具体标注实例见表4-9
24、。表面粗糙度高度参数是基本参数，Ra值前可不标注参数代号；Rz前需标注参数代号。,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,当要求在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图样上标注表面粗糙度的上限值或下限值；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的最大值或最小值。表面粗糙度附加参数的标注示例见表4-10。镀（涂）覆或其他表面处理要求的标注见表4-11。国标规定，必要时可规定加工纹理方向。表面加工纹理是指表面微观结构的主要方向，由所采用的加工方法或其他因素形成。图4-12表示要求该表面的加工纹理垂直于标注代号的投
25、影面。常见的加工纹理方向符号见表4-12所示。国标规定，表面粗糙度符号及代号的书写比例和尺寸如图4-13所示。,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,规定及说明：（1）符号线宽，数字、字母笔画宽度皆为1/10h；（2）在同一张图上，每个表面一般只标注一次，其大小应一致。3.表面粗糙度在图样上的标注方法表面粗糙度代号、符号一般应标注在可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或它们的延长线上，也可以标注在指引线上。符号的尖端必须从材料外指向被注表面，代号中数字及符号的方向必须与尺寸线上的数字方向一致。如图4-14所示。当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时，对其中使用最多的一种符号、代
26、号可以统一标注在图样的右上角，并加注“其余”两字。如图4-14(a)、图4-18所示。当零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，其标注如图4-15所示。,上一页,下一页,返回,4.3 表面粗糙度的选择及其标注,在齿轮、蜗轮、渐开线花键等零件图样标注中，如果零件图上没有画出所要求的齿形，其表面粗糙度代号可标注在节圆上。如图4-16和图4-17所示。在螺纹的工作表面没有画出螺纹牙形时，可按图4-17的方式标注。在标注表面粗糙度时，应当尽量采用简化标注，如图4-18所示。中心孔的工作表面，键槽工作表面，圆角、倒角等要素的表面粗糙度代号标注方法，如图4-19所示。如果同一表面上有不同的表面粗糙度要求
27、，则需使用细实线标明其分界线，并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸。采用细实线连接的不连续的同一表面，其粗糙度代号只能标注一次，如图4-20所示。对零件上的连续表面及重复要素（如孔、槽、齿等）的表面，可按图4-21所示的方式标注。,上一页,返回,4.4 表面粗糙度的测量,表面粗糙度测量与一般长度测量相比较，具有被测量小，测量精度要求高等特点。测量表面粗糙度的仪器和形式有多种多样，但从测量原理上看，目前最常用的表面粗糙度测量方法有：比较法、光切法、干涉法和针描法。4.4.1 比较法比较法是将已知其高度参数值的表面粗糙度样块与被测表面相比较，通过人的感官，或借助放大镜、显微镜来判断被测零件表面粗糙度的
28、一种检测方法。比较时，所用的表面粗糙度样块的材料、形状、加工方法、纹理方向等应尽可能与被测表面相同，以减少检测误差，提高判断的准确性。当大批量生产时，也可以从合格的被加工零件中挑选出样件，经检定后作为表面粗糙度样块使用。,下一页,返回,4.4 表面粗糙度的测量,比较法测量表面粗糙度具有简单易行的优点，适合在车间条件下使用。该方法的缺点是，评定结果的准确性在很大程度上取决于检验人员的经验，仅适用于评定表面粗糙度要求不严格的工件。4.4.2 光切法光切法是利用“光切原理”测量零件表面粗糙度的方法。光切显微镜（又称为双管显微镜）就是应用这一原理设计而成的，它适宜测量Rz值，测量范围一般为0.560m
29、。,上一页,下一页,返回,4.4 表面粗糙度的测量,(4-7),上一页,下一页,返回,光切法测量原理如图4-22所示。光学显微镜的光学系统由两个互成90o的光管组成，一个为照明光管，另一个为观察光管。从光源1发出的光，经聚光镜2、狭缝3和物镜4后，变成一扁平的带状光束，以45o倾角的方向投射到被测表面8上；再经被测表面反射，通过与照明光管成90o的观察光管内的物镜5，在目镜视场7中可以看到一条狭窄的高亮度光带，这条光带就是扁平光束与被测表面交线的影像，亦即被测表面在45o斜向截面上实际轮廓线的已经过放大的影像。此轮廓线的波峰 与波谷 通过物镜分别成像在分划板6的 和 点,两点之间的距离 即是峰
30、谷影像的高度差。从 可以求出被测表面的微观峰谷高度差值H：式中V为物镜的放大倍数，可通过仪器所附的一块“标准玻璃刻度尺”来确定。目镜中的影像高度 可用测微目镜千分尺测出。,4.4 表面粗糙度的测量,上一页,下一页,返回,图4-23为光切法双管显微镜的外形结构。整个光学系统装在一个封闭的壳体7内，其上装有目镜11和可换物镜组10。可换物镜组有四组，可根据被测零件表面粗糙度参数值的大小选用，并由手柄8借助弹簧力固紧。被测工件安放在工作台9上，先使零件表面的加工纹理方向与扁平光带垂直。松开锁紧旋钮5，转动粗调螺母4可使横臂3连同壳体7沿立柱2上下移动，进行显微镜的粗调焦。旋转微调手轮6进行显微镜的精
31、细调焦。然后，在目镜视场中可以看到清晰的狭窄波状高亮度光带。如图4-24所示。转动目镜千分尺旋钮13，分划板上的十字线就会移动，就可测量影像高度。,4.4 表面粗糙度的测量,（4-8）,上一页,下一页,返回,具体测量方法为：测量时，先调节目镜千分尺旋钮，使目镜中十字线的水平线与光带平行；然后旋转千分尺旋钮，使水平线与光带的最高点和最低点先后相切；记下两次的读数差a。由于读数是在测微目镜千分尺轴线（与十字线的水平线成45o）方向测得的（如图4-24），因此两次读数差 与目镜中影像高度 的关系为将式(4-8)代入式(4-7)得应当注意：测量 值时，应选择两条光带边缘中比较清晰的一条边缘进行测量，不
32、要把光带的宽度测量进去，以免误读。,4.4 表面粗糙度的测量,4.4.3 干涉法干涉法是利用光波干涉原理来测量表面粗糙度的。被测表面直接参与光路，用同一标准反射镜比较，以光波波长来度量干涉条纹的弯曲程度，从而测得该表面的表面粗糙度参数值。干涉法通常用于测定Rz值，其测量范围为0.0250.8m。用干涉法测量表面粗糙度的仪器是干涉显微镜，其光学系统原理如图4-25(a)所示。由光源1发出的光线，经2、3组成的聚光滤色镜组聚光滤色，再经光栏4和透镜5至分光镜7分为两束光：一束经补偿镜8、物镜9到平面反射镜10，被10反射又回到分光镜7，再由7反射经聚光镜11到反射镜13，由13进入目镜12；另一束
33、光线向上经物镜6射向被测零件表面，由被测表面反射回来，通过分光镜7，聚光镜11到反射镜13，由13反射也进入目镜12。在目镜12的视场内可以看到这两束光线因光程差而形成的干涉条纹。,上一页,下一页,返回,4.4 表面粗糙度的测量,(4-9),若被测表面为理想平面，则干涉条纹为一组等距平直的平行光带；若被测表面粗糙不平，则干涉条纹就会弯曲，如图4-25(b)所示。根据光波干涉原理，光程差每增加半个波长(/2)，就形成一条干涉带，故被测表面的不平高度（即峰、谷高度差）h为式中，a为干涉条纹的弯曲量；b为相邻干涉条纹的间距；为光波波长（绿色=0.53m）；a、b值可利用测微目镜测出。根据测出的a、b
34、值，按式(4-9)算出h值。干涉法测量所得到的测量值精度较高，适用于测量Rz小于1m的微观不平度。,上一页,下一页,返回,4.4 表面粗糙度的测量,4.4.4 针描法针描法是一种接触式测量表面粗糙度的方法，最常用的仪器是电动轮廓仪。图4-26为国产BCJ-2型电动轮廓仪，其测量的基本原理是：将被测工件1放在工作台6的定位块7上，调整工件（或驱动箱4）的倾斜度，使工件被测表面平行于传感器3的滑行方向。调整传感器及触针2的高度，使触针与被测表面适当接触。启动电动机，使传感器带动触针沿工件被测表面滑行。由于被测表面有微小的峰谷，使触针在滑行的同时还沿轮廓的垂直方向上下运动。触针的运动情况实际上反映了
35、被测表面轮廓的情况。将触针运动的微小变化通过传感器转换成电信号，并经计算和放大处理，便可由指示表5直接显示出Ra的大小。,上一页,下一页,返回,4.4 表面粗糙度的测量,针描法测量表面粗糙度的最大优点是能够直接读出表面粗糙度Ra的数值，此外它还能测量平面、轴、孔和圆弧面等各种形状的表面粗糙度。但因为它是接触式测量，为保证触针与被测表面的可靠接触，需要适当的测量力，这对材料较软或Ra、Rz值很小的表面容易产生划痕。此外，由于受触针针尖圆弧半径的限制（现有仪器多在2.512.5m）范围内，若测量过于粗糙的零件表面，则会损伤触针。若测量十分光滑的表面，则由于表面的凹谷细小，针尖难以触到凹谷底部，因而
36、测不出轮廓的真实状况。所以，此类测量方法的测量范围一般为Ra=0.15m。用轮廓法测量时，也可用记录仪记录下表面轮廓曲线，通过对曲线图形的数学处理，便可得出Ra、Rz的数值。,上一页,返回,图4-1 形状误差、表面粗糙度、表面波度,返回,图4-2 取样长度和评定长度,返回,表4-1 lr和ln的数值（摘自GB/T1031-1995）,返回,图4-3 轮廓中线,(a)轮廓最小二乘中；(b)轮廓算术平均中线,返回,图4-4 轮廓单,返回,图4-5 轮廓的实体材料长度,返回,图4-6 轮廓算术平均偏差,返回,表4-2 轮廓算术平均偏差Ra的数值（摘自GB/T1031-1995）,m,返回,图4-7
37、轮廓的最大高度,返回,表4-3 轮廓不平度最大高度Rz的数值（摘自GB/T1031-1995）,m,返回,图4-8 轮廓单元的平均线高度,返回,图4-9 轮廓单元的宽度,返回,表4-4 轮廓单元平均宽度RSm的数值（摘自GB/T1031-1995）,mm,返回,表4-5 轮廓支承长度率Rmr(c)的数值（摘自GB/T1031-1995）,返回,图4-10 不同实际轮廓形状的实体材料长度,(a)耐磨性较好的轮廓形；(b)耐磨性较差的轮廓形状,返回,表4-6 表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例,返回,下一页,表4-6 表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例,续表,返回,上一页,表4
38、-7 表面粗糙度Ra的推荐选用,m,返回,下一页,表4-7 表面粗糙度Ra的推荐选用,续表,返回,上一页,表4-8 表面粗糙度符号,返回,图4-11 表面粗糙度代号,返回,表4-9 表面粗糙度代号标注示例,返回,表4-10 表面粗糙度附加参数的标注示例,返回,下一页,表4-10 表面粗糙度附加参数的标注示例,续表,返回,上一页,表4-11 镀（涂）覆或其他表面处理要求的标注,返回,图4-12 表面加工纹理的标注,返回,图4-13 表面粗糙度符号、代号的书写比例,（h=尺寸数字高度；H1=1.4h；H22H1）,返回,表4-12 加工纹理方向符号,返回,图4-14 表面粗糙度代号标注示例,(a)
39、图样标注示例；(b)数字及符号的方向,返回,图4-15 所有表面要求相同时的标注示例,返回,图4-16 齿轮、花键的表面粗糙度标注示例,(a)标注示例1；(b)标注示例2；(c)标注示例3,返回,图4-17 螺纹的表面粗糙度标注示例,(a)标注示例1；(b)标注示例2；(c)标注示例3,返回,图4-18 表面粗糙度的简化标注示例,(a)简化标注示例1；(b)简化标注示例2,返回,图4-19 结构要素的表面粗糙度标注示例,返回,图4-20 特殊情况的表面粗糙度标注示例,(a)同一表面有不同的要求；(b)不连续的表面有相同的要求,返回,图4-21 特殊情况的表面粗糙度标注示例,(a)连续表面的标注
40、示例；(b)重复要素的标注示例,返回,图4-22 光切法测量原理,(a)测量装置结构简图；(b)目镜视场的影像；(c)测量原理简图1光源；2聚光镜；3狭缝；4、5物镜；6分划板；7目镜；8被测表面,返回,图4-23 光切法双管显微镜外形结构,1底座；2立柱；3横臂；4粗调螺母；5锁紧旋钮；6微调手轮；7壳体；8手柄；9工作台；10可换物镜组；11目镜；12燕尾；13目镜千分尺旋钮,返回,图4-24 目镜视场的影像,返回,图4-25 干涉法测量原理,(a)测量装置结构简图；(b)目镜视场的影像；(c)测量原理简图1光源；2、3聚光滤色镜组；4 光栏；5透镜；6、9物镜；7分光镜；8补偿镜；10、13反射镜；11聚光镜；12目镜,返回,图4-26 BCJ2电动轮廓仪,1被测工件；2触针；3传感器；4驱动箱；5指示表；6工作台；7定位块,返回,
