《公差配合与测量技术》图文课件第4章.ppt

公差配合与测量技术公差配合与测量技术1 本章主要内容为本章主要内容为：v表面粗糙度参数的选用与标注表面粗糙度参数的选用与标注v表面粗糙度概述表面粗糙度概述v表面粗糙度的术语及评定参数表面粗糙度的术语及评定参数v表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量第第4章章 表面粗糙度及其测量表面粗糙度及其测量2零件或工件的表面是指物体与周围介质区分的物理边界。加零件或工件的表面是指物体与周围介质区分的物理边界。加工形成的实际表面一般都存在误差。按加工面的表面特征，工形成的实际表面一般都存在误差。按加工面的表面特征，误差可以分为微观几何形状误差误差可以分为微观几何形状误差表面粗糙度误差、基本表面粗糙度误差、基本轮廓误差轮廓误差表面形状误差、中间几何形状误差表面形状误差、中间几何形状误差表面波表面波纹度误差及表面缺陷。纹度误差及表面缺陷。本章重点介绍表面粗糙度的相关参数及其应用。涉及的国家本章重点介绍表面粗糙度的相关参数及其应用。涉及的国家标准有：标准有：(1)GB/T 35052009产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPS）表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 术语、定义及表面结构参数术语、定义及表面结构参数。(2)GB/T 106102009产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPS）表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 评定表面结构的规则和方法评定表面结构的规则和方法。(3)GB/T 1312006产品几何技术规范产品几何技术规范(GPS)技术产品文件技术产品文件中表面结构的表示法中表面结构的表示法。34.1 表面粗糙度概述表面粗糙度概述4.1.1 表面质量的概念表面质量的概念表面质量是指零件已加工表面的质量（也称为表面完整性）。它表面质量是指零件已加工表面的质量（也称为表面完整性）。它包括表面粗糙度、表面加工硬化的程度和深度、表面残余应力的包括表面粗糙度、表面加工硬化的程度和深度、表面残余应力的性质和大小。性质和大小。表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标，表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标，它主要由加工过程中刀具间的摩擦、切屑分出时工件表层金属的它主要由加工过程中刀具间的摩擦、切屑分出时工件表层金属的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等因素造成。表面加工硬化塑性变形以及工艺系统中的高频振动等因素造成。表面加工硬化是指在切削过程中，由于刀具前刀面的推挤以及后刀面的挤压与是指在切削过程中，由于刀具前刀面的推挤以及后刀面的挤压与摩擦，工件已加工表面层的晶粒发生很大的变形，致使其硬度显摩擦，工件已加工表面层的晶粒发生很大的变形，致使其硬度显著提高的现象。一方面，切削加工所造成的加工硬化，常常伴随著提高的现象。一方面，切削加工所造成的加工硬化，常常伴随着表面裂纹，因而降低了零件的疲劳强度和耐磨性；另一方面，着表面裂纹，因而降低了零件的疲劳强度和耐磨性；另一方面，由于已加工表面产生硬化层，在下一步切削时，将加速刀具的磨由于已加工表面产生硬化层，在下一步切削时，将加速刀具的磨损。一般用加工硬化程度和加工硬化层深度来度量。损。一般用加工硬化程度和加工硬化层深度来度量。4表面残余应力是指已加工零件在不受外力作用时，残留在零件表面残余应力是指已加工零件在不受外力作用时，残留在零件一定深度的表层里的应力，它会影响零件表面质量和使用性能。一定深度的表层里的应力，它会影响零件表面质量和使用性能。若各部分的残余应力分布不均匀，还会使零件发生变形，影响若各部分的残余应力分布不均匀，还会使零件发生变形，影响尺寸和形位精度。表面残余应力根据其性质又分为残余拉应力尺寸和形位精度。表面残余应力根据其性质又分为残余拉应力（又称为残余张应力）和残余压应力。（又称为残余张应力）和残余压应力。对于重要的零件，除限制表面粗糙度外，还要控制其表面加工对于重要的零件，除限制表面粗糙度外，还要控制其表面加工硬化的程度和深度，以及表面残余应力的性质和大小。硬化的程度和深度，以及表面残余应力的性质和大小。4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响表面粗糙度对零件使用性能的影响表面粗糙度对机械零件的耐磨性、耐腐蚀性、配合性质、疲劳表面粗糙度对机械零件的耐磨性、耐腐蚀性、配合性质、疲劳强度及结合面密封性等都有很大的影响。强度及结合面密封性等都有很大的影响。1.对耐磨性的影响对耐磨性的影响零件表面越粗糙，摩擦系数越大，两配合表面间的实际有效接零件表面越粗糙，摩擦系数越大，两配合表面间的实际有效接触面积越小，单位面积压力越大，越易磨损。但是，表面过于触面积越小，单位面积压力越大，越易磨损。但是，表面过于光滑，不利于润滑油的贮存，易使工作面间形成半干摩擦甚至光滑，不利于润滑油的贮存，易使工作面间形成半干摩擦甚至干摩擦，反而比粗糙表面更易磨损。干摩擦，反而比粗糙表面更易磨损。52.对耐腐蚀性的影响对耐腐蚀性的影响表面越粗糙，则积聚在零件表面上的腐蚀性气体或液体就越表面越粗糙，则积聚在零件表面上的腐蚀性气体或液体就越多，这些腐蚀性介质很容易通过表面的微观凹谷渗入到金属多，这些腐蚀性介质很容易通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面锈蚀。内层，造成表面锈蚀。3.对配合性质的影响对配合性质的影响表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，表面表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，表面越粗糙，就越易磨损，从而会使工作过程中的配合间隙迅速越粗糙，就越易磨损，从而会使工作过程中的配合间隙迅速增大，过早地失去配合精度；对于过盈配合，由于在压入装增大，过早地失去配合精度；对于过盈配合，由于在压入装配时，把粗糙表面的凸峰挤平，减小了实际过盈量，从而降配时，把粗糙表面的凸峰挤平，减小了实际过盈量，从而降低了连接的可靠性，同样不能保证正常的工作。低了连接的可靠性，同样不能保证正常的工作。4.对疲劳强度的影响对疲劳强度的影响表面粗糙的钢质零件，在交变负载作用下，对应力集中很敏表面粗糙的钢质零件，在交变负载作用下，对应力集中很敏感，影响零件的疲劳强度。感，影响零件的疲劳强度。65.对结合面密封性的影响对结合面密封性的影响粗糙的表面结合时，两表面只在局部点上接触，中间有缝隙，粗糙的表面结合时，两表面只在局部点上接触，中间有缝隙，影响密封性。影响密封性。由此可见，在设计零件时，确定表面粗糙度的要求是公差配合由此可见，在设计零件时，确定表面粗糙度的要求是公差配合设计中不可缺少的一个方面。设计中不可缺少的一个方面。4.2 表面粗糙度的术语及评定参数表面粗糙度的术语及评定参数GB/T 35052009产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPS）表面结构表面结构 轮廓轮廓法法 术语、定义及表面结构参数术语、定义及表面结构参数规定，用轮廓法确定表面结构规定，用轮廓法确定表面结构（粗糙度、波纹度和原始轮廓）的术语、定义和参数。这些参（粗糙度、波纹度和原始轮廓）的术语、定义和参数。这些参数涉及触针式仪器测量信号的不同部分。表面粗糙度参数用首数涉及触针式仪器测量信号的不同部分。表面粗糙度参数用首位字母位字母R（roughness）表示，表面波纹度参数用首位字母）表示，表面波纹度参数用首位字母W（waveness）表示，原始轮廓参数用首位字母）表示，原始轮廓参数用首位字母P（primary profile）表示。本节将主要介绍在粗糙度轮廓上计算的参数，）表示。本节将主要介绍在粗糙度轮廓上计算的参数，即即R参数（参数（R-parameter）。）。74.2.1 一般术语一般术语1.轮廓滤波器轮廓滤波器轮廓滤波器（轮廓滤波器（profile filter）是把轮廓分成长波和短波成分的）是把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用滤波器。在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用3种种轮廓滤波器，如图轮廓滤波器，如图4-1所示。所示。图图4-1 粗糙度和波纹度的传输特性粗糙度和波纹度的传输特性82.s轮廓滤波器轮廓滤波器s轮廓滤波器是确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波轮廓滤波器是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，见图的成分之间相交界限的滤波器，见图4-1。3.c轮廓滤波器轮廓滤波器c轮廓滤波器是确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤轮廓滤波器是确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器，见图波器，见图4-1。4.f轮廓滤波器轮廓滤波器f轮廓滤波器是确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波轮廓滤波器是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，见图的成分之间相交界限的滤波器，见图4-1。5.坐标系坐标系坐标系（坐标系（coordinate system）用于定义表面结构参数。通常采）用于定义表面结构参数。通常采用一个直角坐标系，其轴线形成一个右旋笛卡儿坐标系，用一个直角坐标系，其轴线形成一个右旋笛卡儿坐标系，X轴与中线方向一致，轴与中线方向一致，Y轴也处于实际表面中，而轴也处于实际表面中，而Z轴则在从材轴则在从材料到周围介质的外延方向上。本章所介绍的参数和术语都是料到周围介质的外延方向上。本章所介绍的参数和术语都是在此坐标系中定义的。在此坐标系中定义的。96.实际表面实际表面实际表面（实际表面（real surface）是指物体与周围介质分离的表面。）是指物体与周围介质分离的表面。工件的实际表面是由粗糙度、波纹度以及形状误差叠加形工件的实际表面是由粗糙度、波纹度以及形状误差叠加形成的表面，如图成的表面，如图4-2所示。所示。图图4-2 实际表面实际表面107.表面轮廓表面轮廓表面轮廓（表面轮廓（surface profile）是指一个指定平面与实际表面）是指一个指定平面与实际表面相交所得的轮廓。表面轮廓由粗糙度轮廓、波纹度轮廓以相交所得的轮廓。表面轮廓由粗糙度轮廓、波纹度轮廓以及形状轮廓叠加而成，如图及形状轮廓叠加而成，如图4-3所示。所示。图图4-3 表面轮廓表面轮廓118.原始轮廓原始轮廓原始轮廓（原始轮廓（primary profile）是指应用短波长轮廓滤波器）是指应用短波长轮廓滤波器s之后的总之后的总轮廓。原始轮廓是评定原始轮廓参数的基础。轮廓。原始轮廓是评定原始轮廓参数的基础。9.粗糙度轮廓粗糙度轮廓粗糙度轮廓（粗糙度轮廓（roughness profile）是指对原始轮廓采用）是指对原始轮廓采用c轮廓滤波器轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓，是经过人为修正的轮廓。粗糙度抑制长波成分以后形成的轮廓，是经过人为修正的轮廓。粗糙度轮廓的传输频带是由轮廓的传输频带是由s和和c轮廓滤波器来限定的，粗糙度轮廓是评轮廓滤波器来限定的，粗糙度轮廓是评定粗糙度轮廓参数的基础。定粗糙度轮廓参数的基础。10.中线中线中线（中线（mean line）是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。用）是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。用c轮廓滤波器抑制长波轮廓成分以后所对应的中线称为粗糙度轮轮廓滤波器抑制长波轮廓成分以后所对应的中线称为粗糙度轮廓中线。廓中线。中线是评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线。中线的几何形中线是评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线。中线的几何形状与工件表面几何轮廓的走向一致。状与工件表面几何轮廓的走向一致。1211.取样长度取样长度取样长度取样长度lr（sampling length）是指用于判别被评定轮廓的不）是指用于判别被评定轮廓的不规则特征的规则特征的X轴方向上的长度。评定粗糙度的取样长度轴方向上的长度。评定粗糙度的取样长度lr在数在数值上与值上与c轮廓滤波器的截止波长相等。轮廓滤波器的截止波长相等。12.评定长度评定长度评定长度评定长度ln（evaluation length）是用于评定被评定轮廓的）是用于评定被评定轮廓的 X轴方向上的长度，包含一个或几个取样长度。轴方向上的长度，包含一个或几个取样长度。4.2.2 几何参数术语几何参数术语1.轮廓峰轮廓峰轮廓峰（轮廓峰（profile peak）是指被评定轮廓上连接轮廓与）是指被评定轮廓上连接轮廓与X轴两相轴两相邻交点的向外（从材料到周围介质）的轮廓部分，如图邻交点的向外（从材料到周围介质）的轮廓部分，如图4-4所所示。示。13图图4-4 波纹度轮廓峰和谷波纹度轮廓峰和谷2.轮廓谷轮廓谷轮廓谷（轮廓谷（profile valley）是指被评定轮廓上连接轮廓与）是指被评定轮廓上连接轮廓与X轴两相邻交轴两相邻交点的向内（从周围介质到材料）的轮廓部分，见图点的向内（从周围介质到材料）的轮廓部分，见图4-4。3.轮廓单元轮廓单元轮廓单元（轮廓单元（profile element）是轮廓峰和相邻轮廓谷的组合。在取样）是轮廓峰和相邻轮廓谷的组合。在取样长度始端或末端的被评定轮廓的向外部分和向内部分应看做一个轮长度始端或末端的被评定轮廓的向外部分和向内部分应看做一个轮廓峰或一个轮廓谷。当在若干个连续的取样长度上确定若干个轮廓廓峰或一个轮廓谷。当在若干个连续的取样长度上确定若干个轮廓单元时，在每一个取样长度的始端或末端评定的峰和谷仅在每个取单元时，在每一个取样长度的始端或末端评定的峰和谷仅在每个取样长度的始端计入一次。样长度的始端计入一次。144.轮廓峰高轮廓峰高轮廓峰高轮廓峰高Zp（profile peak height）是轮廓峰最高点至中线垂直）是轮廓峰最高点至中线垂直距离，见图距离，见图4-4。5.轮廓谷深轮廓谷深轮廓谷深轮廓谷深Zv（profile valley depth）是轮廓峰最低点至中线垂直）是轮廓峰最低点至中线垂直距离，见图距离，见图4-4。6.轮廓单元高度轮廓单元高度轮廓单元高度轮廓单元高度Zt（profile element height）是轮廓单元的峰高与）是轮廓单元的峰高与谷深之和，见图谷深之和，见图4-4。7.轮廓单元宽度轮廓单元宽度轮廓单元宽度轮廓单元宽度Xs（profile element width）是轮廓单元在中线上）是轮廓单元在中线上的长度，见图的长度，见图4-4。154.2.3 表面粗糙度轮廓参数术语表面粗糙度轮廓参数术语1.幅度参数幅度参数1）表面粗糙度最大轮廓峰高）表面粗糙度最大轮廓峰高表面粗糙度最大轮廓峰高表面粗糙度最大轮廓峰高Rp（maximum profile peak height）是指）是指在一个取样长度内，最高的轮廓峰至中线的垂直距离。如图在一个取样长度内，最高的轮廓峰至中线的垂直距离。如图4-5所示，所示，表面粗糙度最大轮廓峰高应为表面粗糙度最大轮廓峰高应为 图图4-5 最大轮廓峰高最大轮廓峰高162）表面粗糙度最大轮廓谷深）表面粗糙度最大轮廓谷深表面粗糙度最大轮廓谷深表面粗糙度最大轮廓谷深Rv（maximum profile valley depth）是）是指在一个取样长度内，最低的轮廓谷至中线的垂直距离。如图指在一个取样长度内，最低的轮廓谷至中线的垂直距离。如图4-6所示，表面粗糙度最大轮廓谷深应为所示，表面粗糙度最大轮廓谷深应为 图图4-6 最大轮廓谷深最大轮廓谷深173）表面粗糙度轮廓的最大高度）表面粗糙度轮廓的最大高度表面粗糙度轮廓的最大高度表面粗糙度轮廓的最大高度Rz（maximum height of profile）是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高与最大轮廓）是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和。如图谷深之和。如图4-7所示，表面粗糙度轮廓的最大高度应为所示，表面粗糙度轮廓的最大高度应为 图图4-7 轮廓的最大高度轮廓的最大高度184）轮廓单元的平均高度）轮廓单元的平均高度轮廓单元的平均高度轮廓单元的平均高度Rc（mean height of profile elements）是指在一个取样长度内，轮廓单元高度）是指在一个取样长度内，轮廓单元高度Zt的的平均值，即平均值，即 5）轮廓总高度）轮廓总高度轮廓总高度轮廓总高度Rt（total height of profile）是指在评定长）是指在评定长度内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和。由于轮廓度内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和。由于轮廓的总高度定义在评定长度上而不是取样长度上，所以的总高度定义在评定长度上而不是取样长度上，所以对于任何轮廓总有对于任何轮廓总有 196）评定轮廓的算术平均偏差）评定轮廓的算术平均偏差评定轮廓的算术平均偏差评定轮廓的算术平均偏差Ra（arithmetical mean deviation of the assessed profile）是指在一个取样）是指在一个取样长度内，轮廓纵坐标值长度内，轮廓纵坐标值Z(x)绝对值的算术平均值，绝对值的算术平均值，如图如图4-8所示。即所示。即图图4-8 轮廓的纵坐标轮廓的纵坐标207）评定轮廓的均方根偏差）评定轮廓的均方根偏差评定轮廓的均方根偏差评定轮廓的均方根偏差Rq（root mean square deviation of the assessed profile）是指在一个取样长度内，轮廓纵坐标值）是指在一个取样长度内，轮廓纵坐标值Z(x)的均方根值，见图的均方根值，见图4-8，即，即8）评定轮廓的偏斜度）评定轮廓的偏斜度评定轮廓的偏斜度评定轮廓的偏斜度Rsk（skewness of the assessed profile）是）是指在一个取样长度内，轮廓纵坐标值指在一个取样长度内，轮廓纵坐标值Z(x)的的3次方的平均值与次方的平均值与Rq的的3次方的比值，即次方的比值，即21偏斜度用来表征轮廓分布的对称度。如图偏斜度用来表征轮廓分布的对称度。如图4-9所示，如果表面所示，如果表面含有较多的谷和较少的峰，轮廓的偏斜度为负，反之为正。含有较多的谷和较少的峰，轮廓的偏斜度为负，反之为正。图图4-9 具有正负偏斜度的轮廓具有正负偏斜度的轮廓9）评定轮廓的陡度）评定轮廓的陡度评定轮廓的陡度评定轮廓的陡度Rku（kurtosis of the assessed profile）是指在）是指在取样长度内，轮廓纵坐标值取样长度内，轮廓纵坐标值Z(x)的的4次方的平均值与次方的平均值与Rq的的4次方次方的比值，即的比值，即222.间距参数间距参数轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm（mean width of profile elements）是指在一个取样长度内，轮廓单元宽度值是指在一个取样长度内，轮廓单元宽度值Xs的平均值，如图的平均值，如图4-10所示，即所示，即图图4-10 轮廓单元宽度轮廓单元宽度233.曲线和相关参数曲线和相关参数1）轮廓支承长度率）轮廓支承长度率轮廓支承长度率轮廓支承长度率Rmr(c)（material ratio of the profile）是指在）是指在给定的水平位置给定的水平位置c上，轮廓的实体材料长度上，轮廓的实体材料长度Ml(c)与评定长度与评定长度ln的比率。如图的比率。如图4-11（a）所示，在给定水平位置）所示，在给定水平位置c1时，时，Rmr(c1)=35%；当在给定水平位置；当在给定水平位置c2时，时，Rmr(c2)=100%。2）轮廓支承长度率曲线）轮廓支承长度率曲线轮廓支承长度率曲线（轮廓支承长度率曲线（material ratio curve of the profile）是表）是表示轮廓支承长度率随水平位置变化的关系曲线，如图示轮廓支承长度率随水平位置变化的关系曲线，如图4-11（b）所示。）所示。24图图4-11 轮廓支承长度率轮廓支承长度率4.3 表面粗糙度参数的选用与标注表面粗糙度参数的选用与标注GB/T 131中规定了表面结构要求图样标注，但表面结构符号的详细解释在其他中规定了表面结构要求图样标注，但表面结构符号的详细解释在其他表面结构标准中，而不在表面结构标准中，而不在GB/T 131中。该标准演变到现在，已是第三版。不同中。该标准演变到现在，已是第三版。不同的的GB/T 131版本所涉及的国家标准如下：版本所涉及的国家标准如下：(1)GB/T 1312006，第三版，参照，第三版，参照1996年和年和1997年发布的年发布的ISO表面结构标准。表面结构标准。(2)GB/T 1311993，第二版，参照，第二版，参照1992年发布的年发布的ISO表面粗糙度标准。表面粗糙度标准。(3)GB/T 1311983和相关标准和相关标准GB/T 10311983，不包含解释符号的详细信息。，不包含解释符号的详细信息。254.3.1 表面粗糙度参数的选用表面粗糙度参数的选用1.评定参数值的选择原则评定参数值的选择原则表面粗糙度评定参数值选择的一般原则如下：表面粗糙度评定参数值选择的一般原则如下：（1）同一零件上，工作表面的粗糙度应比非工作表面要求严）同一零件上，工作表面的粗糙度应比非工作表面要求严格。格。（2）对于摩擦表面，速度越高，单位面积压力越大，则表面）对于摩擦表面，速度越高，单位面积压力越大，则表面粗糙度要求应越严格，尤其是对滚动摩擦表面应更严格。粗糙度要求应越严格，尤其是对滚动摩擦表面应更严格。（3）受交变负载时，特别是在零件圆角、沟槽处的表面粗糙）受交变负载时，特别是在零件圆角、沟槽处的表面粗糙度要求应严格。度要求应严格。（4）要求配合性质稳定可靠时，表面粗糙度要求应严格。）要求配合性质稳定可靠时，表面粗糙度要求应严格。（5）在确定零件配合表面的粗糙度时，应与其尺寸公差相协）在确定零件配合表面的粗糙度时，应与其尺寸公差相协调。调。此外，还应考虑加工方法、应用场合及其他特殊因素和要求。此外，还应考虑加工方法、应用场合及其他特殊因素和要求。262.评定参数值的规定及取样长度、评定长度的选用评定参数值的规定及取样长度、评定长度的选用表面粗糙度各评定参数值的规定及取样长度、评定长度的选表面粗糙度各评定参数值的规定及取样长度、评定长度的选用要点如下：用要点如下：（1）在规定表面粗糙度要求时，必须给出表面粗糙度参数值）在规定表面粗糙度要求时，必须给出表面粗糙度参数值和测量时的取样长度这两项基本要求，必要时还要加选附加和测量时的取样长度这两项基本要求，必要时还要加选附加参数、表面加工纹理、加工方法等。参数、表面加工纹理、加工方法等。（2）表面粗糙度的评定不包括表面缺陷，如沟槽、气孔和划）表面粗糙度的评定不包括表面缺陷，如沟槽、气孔和划痕等。痕等。（4）在测量）在测量R参数时，可根据国家标准选用相应的取样长度参数时，可根据国家标准选用相应的取样长度lr和评定长度和评定长度ln。采用规定的取样长度时，在图样上可以省略。采用规定的取样长度时，在图样上可以省略取样长度值的标注。当有特殊要求时，设计者可自行规定取取样长度值的标注。当有特殊要求时，设计者可自行规定取样长度值，如被测表面均匀性较好，测量时可选用小于规定样长度值，如被测表面均匀性较好，测量时可选用小于规定的长度；均匀性较差的表面可选用大于规定的数值。的长度；均匀性较差的表面可选用大于规定的数值。274.3.2 表面粗糙度的符号、代号及符号相关的标注表面粗糙度的符号、代号及符号相关的标注有关表面粗糙度的各项参数在符号中的注写位置，如图有关表面粗糙度的各项参数在符号中的注写位置，如图4-12所示。所示。图图4-12 表面粗糙度参数的注写位置表面粗糙度参数的注写位置其中，位置其中，位置a注写表面结构的单一要求，标注表面结构参数代号、注写表面结构的单一要求，标注表面结构参数代号、极限值和传输带或取样长度。为了避免误解，在参数代号和极限极限值和传输带或取样长度。为了避免误解，在参数代号和极限值间应插入空格。传输带或取样长度后应有一条斜线值间应插入空格。传输带或取样长度后应有一条斜线“/”，之后，之后是表面结构参数代号，最后是数值；位置是表面结构参数代号，最后是数值；位置a和和b注写两个或多个表注写两个或多个表面结构要求（在位置面结构要求（在位置a注写第一个表面结构要求）；位置注写第一个表面结构要求）；位置c注写加注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等，如车、磨、镀工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等，如车、磨、镀等加工表面；位置等加工表面；位置d注写表面纹理和方向；位置注写表面纹理和方向；位置e注写加工余量，注写加工余量，以以mm为单位给出数值。为单位给出数值。284.3.3 表面结构要求在图样中的标注表面结构要求在图样中的标注每一表面一般只标注一次表面结构要求，并尽可能标注在相应每一表面一般只标注一次表面结构要求，并尽可能标注在相应的尺寸及其公差的同一视图上。除非另有说明，一般所标注的的尺寸及其公差的同一视图上。除非另有说明，一般所标注的表面结构要求是对完工零件表面的要求。表面结构的注写和读表面结构要求是对完工零件表面的要求。表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致，如图取方向与尺寸的注写和读取方向一致，如图4-13所示。表面要所示。表面要求可标注在轮廓线上，其符号应从材料外指向并接触表面。必求可标注在轮廓线上，其符号应从材料外指向并接触表面。必要时，表面结构符号也可用带箭头或黑点的指引线引出标注，要时，表面结构符号也可用带箭头或黑点的指引线引出标注，如图如图4-14和图和图4-15所示。在不致引起误解时，表面结构要求可所示。在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上，如图以标注在给定的尺寸线上，如图4-16所示；可以标注在形位公所示；可以标注在形位公差的上方，如图差的上方，如图4-17所示；也可以直接标注在延长线上，或用所示；也可以直接标注在延长线上，或用带箭头的指引线引出标注，如图带箭头的指引线引出标注，如图4-18所示。圆柱和棱柱表面的所示。圆柱和棱柱表面的结构要求只标注一次，见图结构要求只标注一次，见图4-18。但如果圆柱和棱柱表面的表。但如果圆柱和棱柱表面的表面结构要求不同，则应分别单独标注，如图面结构要求不同，则应分别单独标注，如图4-19所示。所示。29图图4-13 表面结构要求的注写方法表面结构要求的注写方法图图4-14 表面结构要求在轮廓线上的标注表面结构要求在轮廓线上的标注图图4-15 用指引线引出标注表面结构要求用指引线引出标注表面结构要求图图4-16 表面结构要求标注在尺寸线上表面结构要求标注在尺寸线上30图图4-17 表面结构要求标注在形位公差框格的上方表面结构要求标注在形位公差框格的上方图图4-18 表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上表面结构要求标注在圆柱特征的延长线上图图4-19 圆柱和棱柱的表面结构要求的标注圆柱和棱柱的表面结构要求的标注314.4 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量国标规定的高度参数值是指它的最大允许值。对于有一定加工纹理方国标规定的高度参数值是指它的最大允许值。对于有一定加工纹理方向的表面，应在垂直于加工纹理方向进行测量；对于无一定加工纹理向的表面，应在垂直于加工纹理方向进行测量；对于无一定加工纹理方向的表面，如电火花加工表面等，应在几个不同的方向上进行测量，方向的表面，如电火花加工表面等，应在几个不同的方向上进行测量，然后取最大值作为测量结果。另外，测量时还应注意，不要把表面缺然后取最大值作为测量结果。另外，测量时还应注意，不要把表面缺陷，如沟槽、气孔、划痕等测量进去。陷，如沟槽、气孔、划痕等测量进去。表面粗糙度的检测方法，目前主要有比较法、光切法、干涉法、针描表面粗糙度的检测方法，目前主要有比较法、光切法、干涉法、针描法等。法等。4.4.1 比较法比较法比较法是将被测表面与已知高度参数值的粗糙度比较样块相比较，通比较法是将被测表面与已知高度参数值的粗糙度比较样块相比较，通过视觉和触觉来判断被测表面粗糙度的方法。为了使判断比较准确，过视觉和触觉来判断被测表面粗糙度的方法。为了使判断比较准确，选用粗糙度比较样块的材料、表面形状和加工方法应尽可能与被测表选用粗糙度比较样块的材料、表面形状和加工方法应尽可能与被测表面相同，也可从加工零件中选出样品，经过检定合格后作为表面粗糙面相同，也可从加工零件中选出样品，经过检定合格后作为表面粗糙度比较样块使用。度比较样块使用。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定粗糙度较大的工件 324.4.2 光切法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用的仪器是光切显微镜(又称为双管显微镜又称为双管显微镜)，它适宜测量轮廓单元的，它适宜测量轮廓单元的平均高度平均高度Rc和轮廓最大高度和轮廓最大高度Rz值，测量值，测量Rc值范围一般为值范围一般为0.86.3 m。1.双管显微镜的测量原理双管显微镜的测量原理双管显微镜的外形如图双管显微镜的外形如图4-20所示，其测量原理如图所示，其测量原理如图4-21所示。由光源所示。由光源1发出的光线经狭缝发出的光线经狭缝2（绿色挡板）及物镜（绿色挡板）及物镜3形成一个扁平的光束，此形成一个扁平的光束，此光束以光束以45的方向投射到被测表面而形成一条绿色的光带，光带边缘的方向投射到被测表面而形成一条绿色的光带，光带边缘的形状即为被测工件在的形状即为被测工件在45截面的轮廓。光带经反射后，通过显微镜截面的轮廓。光带经反射后，通过显微镜的物镜的物镜4成像于目镜成像于目镜5前的分划板前的分划板6上。目镜上。目镜5中看到的影像是与被测表中看到的影像是与被测表面成面成45方向截面上的轮廓曲线，并经物镜放大了方向截面上的轮廓曲线，并经物镜放大了M倍，故表面的实倍，故表面的实际粗糙度最大高度际粗糙度最大高度h与影像与影像h的关系为的关系为 33图图4-20 双管显微镜的外形结构双管显微镜的外形结构1基座；基座；2工作台纵向移动百分尺；工作台纵向移动百分尺；3立柱；立柱；4升降螺母；升降螺母；5横臂；横臂；6微调手轮；微调手轮；7横臂锁紧螺钉；横臂锁紧螺钉；8光源；光源；9目镜锁紧螺钉；目镜锁紧螺钉；10测微目镜；测微目镜；11目镜百分尺；目镜百分尺；12镜头架；镜头架；13物镜锁紧手柄；物镜锁紧手柄；14可换物镜组；可换物镜组；15V形块；形块；16工作台；工作台；17工作台横向移动百分尺；工作台横向移动百分尺；18工作台锁紧螺钉工作台锁紧螺钉34图图4-21 双管显微镜的测量原理双管显微镜的测量原理1光源；光源；2狭缝；狭缝；3、4物镜；物镜；5目镜；目镜；6分划板分划板35由图由图4-21（c）可知，测微器中的十字线与测微器读数方向成）可知，测微器中的十字线与测微器读数方向成45，当用十字线中的任一直线与影像峰、谷相切来测量波高，当用十字线中的任一直线与影像峰、谷相切来测量波高时，波高时，波高h=hcos 45。其中。其中，h为测微器两次读数的差值，为测微器两次读数的差值，被测表面的粗糙度最大高度为被测表面的粗糙度最大高度为 2.测量步骤测量步骤利用双管显微镜测量表面粗糙度数值的步骤如下：利用双管显微镜测量表面粗糙度数值的步骤如下：（1）按图纸要求或用比较法估计被测表面的粗糙度值，选择）按图纸要求或用比较法估计被测表面的粗糙度值，选择合适放大倍数的物镜安装在仪器上。将工件安置在工作台合适放大倍数的物镜安装在仪器上。将工件安置在工作台16上上的的V形块形块15中，松开工作台锁紧螺钉中，松开工作台锁紧螺钉18，转动工作台，使得工，转动工作台，使得工件加工痕迹与光带方向平行，拧紧工作台锁紧螺钉件加工痕迹与光带方向平行，拧紧工作台锁紧螺钉18，见图，见图4-20。通过变压器接通电源。通过变压器接通电源。36（2）调整仪器，松开横臂锁紧螺钉）调整仪器，松开横臂锁紧螺钉7，转动升降螺母，转动升降螺母4，使镜头，使镜头架架12缓慢下降到靠近工件表面，但不能接触工件，使得测微目缓慢下降到靠近工件表面，但不能接触工件，使得测微目镜镜10中出现一条绿色光带，锁紧横臂锁紧螺钉中出现一条绿色光带，锁紧横臂锁紧螺钉7。再通过反复调。再通过反复调节微调手轮节微调手轮6及光带位置调节钮，使得光带清晰。松开目镜锁紧及光带位置调节钮，使得光带清晰。松开目镜锁紧螺钉螺钉9，转动测微目镜，转动测微目镜10，使目镜中十字线中的水平线与光带大，使目镜中十字线中的水平线与光带大致平行，然后锁紧目镜锁紧螺钉致平行，然后锁紧目镜锁紧螺钉9。（3）根据粗糙度允许值查表确定取样长度）根据粗糙度允许值查表确定取样长度lr，在取样长度范围，在取样长度范围之内，转动目镜百分尺之内，转动目镜百分尺11，使十字线中的水平线分别与每个波，使十字线中的水平线分别与每个波峰、波谷相切，取读数的最大差值为测量值。测量值与系数峰、波谷相切，取读数的最大差值为测量值。测量值与系数E的的乘积即为表面粗糙度的轮廓最大高度乘积即为表面粗糙度的轮廓最大高度Rz。374.4.3 干涉法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，通常用来测量干涉法所用的仪器是干涉显微镜，通常用来测量Rc和和Rz值，测量值，测量Rc值的范围一般为值的范围一般为0.41 m。1.干涉显微镜的测量原理干涉显微镜的测量原理 干涉显微镜的外形如图干涉显微镜的外形如图4-22所示，其测量原理如图所示，其测量原理如图4-23所示。由所示。由光源光源1发出的光线，经聚光滤色镜组发出的光线，经聚光滤色镜组2聚光和滤色，再经反射镜聚光和滤色，再经反射镜3转向，通过光栏转向，通过光栏4、5和物镜和物镜6，投射于分光镜，投射于分光镜7的半透明半反射的半透明半反射膜后分成两路光束，一路光束透过分光镜膜后分成两路光束，一路光束透过分光镜7和补偿镜和补偿镜10、物镜、物镜11射向工件被测表面射向工件被测表面P2，经，经P2反射后原路返回，再射在分光镜上，反射后原路返回，再射在分光镜上，射向观察目镜射向观察目镜16。另一路光束由分光镜。另一路光束由分光镜7反射，经滤色片反射，经滤色片8、物、物镜镜9射向标准反射镜射向标准反射镜P1，再由，再由P1反射也经原路返回，透过分光镜，反射也经原路返回，透过分光镜，射向观察目镜射向观察目镜16。38由于同一光源分为两路的相干光束之间有光程差，相由于同一光源分为两路的相干光束之间有光程差，相遇后便产生干涉，在目镜遇后便产生干涉，在目镜16中可观察到产生于分划板中可观察到产生于分划板15上的明暗相间的干涉条纹。如果被测表面是理想表上的明暗相间的干涉条纹。如果被测表面是理想表面，则干涉条纹为一组等距离的平行条纹线；若被测面，则干涉条纹为一组等距离的平行条纹线；若被测表面存在微观不平，则形成弯曲条纹，其弯曲程度随表面存在微观不平，则形成弯曲条纹，其弯曲程度随微观不平度的高度发生变化，如图微观不平度的高度发生变化，如图4-24所示。用测量所示。用测量装置分别测出弯曲度装置分别测出弯曲度a和相邻两条干涉条纹的距离和相邻两条干涉条纹的距离b，根据光波干涉原理，表面粗糙度的轮廓最大高度根据光波干涉原理，表面粗糙度的轮廓最大高度Rz的的计算公式为计算公式为 39图图4-22 干涉显微镜的外形干涉显微镜的外形1光源；光源；2光源调节螺钉；光源调节螺钉；3、5工作台微动千分尺；工作台微动千分尺；4工作台；工作台；6工作台固定螺钉；工作台固定螺钉；7仪器调修时用的手柄；仪器调修时用的手柄；8遮光板转动手柄；遮光板转动手柄；9调整干涉条纹方向及宽度的手柄；调整干涉条纹方向及宽度的手柄；10调焦旋钮；调焦旋钮；11底座；底座；12照相机；照相机；13侧微目镜调节手轮；侧微目镜调节手轮；14目镜；目镜；15遮光片移动手柄遮光片移动手柄40图图4-23 干涉显微镜的测量原理干涉显微镜的测量原理1光源；光源；2聚光滤色镜组；聚光滤色镜组；3反射镜；反射镜；4、5光栏；光栏；6、9、11、17物镜；物镜；7、14分光镜；分光镜；8滤色片；滤色片；10补偿镜；补偿镜；12、13反光镜；反光镜；15分划板；分划板；16目镜目镜41图图4-24 4-24 干涉条纹干涉条纹2.测量步骤测量步骤利用干涉显微镜测量表面粗糙度数值的步骤如下：利用干涉显微镜测量表面粗糙度数值的步骤如下：（1）将被测零件放在仪器工作台）将被测零件放在仪器工作台4上，被测表面向下对