第三章表面粗糙度及检测
互换性与技术测量(第三章 几何公差及检测)
对称度
控制被测提取（实际）轴线的中心平面（或轴线）对基准中心平面（或轴线）的共 面（或共线）性误差。
位置度 控制被测要素（点、线、面）的实际位置对其理论正确位 置的变动量。理论正确位置由基准和理论正确尺寸确定。
基准：三基面体系
三基面体系 a)三基面体系的基准符号及框格字母标注 b)三基面体系的坐标解释
单一要素
该要素对其它要素不存在功能关系，仅对其本身给出形状 公差的要素。 关联要素 该要素对其它要素存在功能关系，即规定位置公差的要素。
第二节 几何公差在图样上的标注方法
在技术图样中一般都应用符号标注。 若无法用符号标注，或用符号标注很繁琐时， 可在技术要求中用文字说明或列表注明。 进行几何公差标注时，应绘制公差框格，注明 几何公差数值，并使用有关符号。
线轮廓度
理论正确尺寸：用以确定被测要素的理想形状、方向、位置的尺寸。它 仅表达设计时对被测要素的理想要求，故该尺寸不附带公差，而由形位公差
来控制该要素的形状、方向和位置。
面轮廓度
三、定向公差
定向公差是指被测关联要素的实际方向对其理论 正确方向的允许变动量，而理论正确方向则由基准确 定。
平行度 当两要素互相平行时，用平行度公差控制被测要素对基准 的方向误差。
图4.4
（3）在多个同类要素上有同一项公差要求
第三节
几何公差带：
几何公差带
用来限制被测提取（实际）要素变动的区域，
零件提取（实际）要素在该区域内为合格。
一、形状公差 是指单一提取（实际）要素形状的允许变动量。 公差带构成要素：
公差带形状——由各个公差项目特征决定。
公差带大小——由公差带宽度或直径决定。
① 单一基准是由单个要素建立的基准，用一个大写 字母表示，如图4.11（a）所示。 ② 公共基准是由两个要素建立的一个组合基准，用 中间加连字符“－”的两个大写字母表示，如图4.11（b） 所示。 ③ 多基准是由两个或三个基准建立的基准体系，表 示基准的大写字母按基准的优先顺序自左至右填写在公差 框格内，如图4.11（c）所示。
第三章薄膜材料的表征方法
❖ 椭偏光谱学是一种利用线偏振光经样品反射后转变为 椭圆偏振光这一性质以获得样品的光学常数的光谱测 量方法，它区别于一般的反射透射光谱的最主要特点 在于不直接测算光强，而是从相位空间寻找材料的光 学信息，这一特点使这种测量具有极高的灵敏度。
❖ 椭偏光谱仪有多种结构，如消光式、光度式等，消光 式椭偏仪通过旋转起偏器和检偏器，对某一样品，在 一定的起偏和检偏角条件下，系统输出光强可为零。 由消光位置的起偏和检偏器的方位角，就可以求得椭 偏参数。然而，这种方法在具有较大背景噪声的红外 波段难于实现。光度式椭偏仪引入了对光强随起偏或 检偏角变化作傅立叶分析的方法，并可通过计算机对 测量过程进行控制。
❖ 表面粗糙度仪法又叫触针法，它是利用直径很小 的触针滑过被测薄膜的表面，同时记录下触针在 垂直方向的移动情况，并画出薄膜表面的轮廓。 这种方法长期以来就用作测定表面粗糙度的方法 之一，采用这种方法可以测量从基片到表面的高 度，即测定膜厚。
❖ 粗糙度仪的触针的头部是用金刚石磨成约2～ 10mm半径的圆弧后做成的。在触针上加有1～ 30mg的可以调节的压力。垂直位移可以通过机 械、电子或光学的方法被放大几千倍甚至一百万 倍，因而垂直位移的分辨率可以达到1nm左右。
❖ 3.1 薄膜厚度的测量
❖ 薄膜厚度的测量方法主要有光学测量法和机械测 量法两种。
❖ 光学测量法不仅可以测量透明薄膜, 还可以测量 不透明的薄膜; 不仅使用方便, 而且测量精度较高 , 因此得到广泛的应用。
❖ 机械测量法中应用最广的是表面台阶测试仪, 它 是通过在复合薄膜的各个层之间制备台阶, 探针 通过在台阶的滑动来测量薄膜的厚度。应用较多 的是日本的DEKTA K 系列。
❖ 通过测量膜厚可以确定各种薄膜的沉积速率，即 以所测膜厚除以溅射时间得到平均沉积速率，因 此精确测量膜厚变显得尤为重要。
机械制造工艺学(王先逵)第三章参考答案(部分)
3-1 机械加工表面质量包括哪些具体内容？机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容：1．加工表面层的几何形貌主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度；⑵波纹度⑶纹理方向⑷表面缺陷2．表面层材料的力学物理性能和化学性能表面层材料的力学物理性能和化学性能主要反映在以下三个方面：⑴表面层金属冷作硬化；⑵表面层金属的金相组织变化；⑶表面层金属的残余应力。
3-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？一、机器零件的损坏，在多数情况下都是从表面开始的，这是由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。
二、加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响(一)表面质量对耐磨性的影响1．表面粗糙度、波纹度对耐磨性的影响表面粗糙度值越小，其耐磨性越好；但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增加；因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。
2．表面纹理对耐磨性的影响圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。
在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动垂直时，耐磨性最差3．冷作硬化对耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。
(二)表面质量对耐疲劳性的影响1．表面粗糙度对耐疲劳性的影响表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好2．表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。
(三)表面质量对耐蚀性的影响1．表面粗糙度对耐蚀性的影响表面粗糙度值越大，耐蚀性能就越差。
2．表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响当零件表面层有残余压应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗耐蚀的能力。
公差与配合表面粗糙度
2.定位位置公差—位置度
要求被测实际要素与基准要素有一定的位置关系。
孔轴线的位置度公差带
3.跳动位置公差—圆跳动
单个被测实际要素在任一截面上相对于基准要素的 允许跳动量。
根据允许变动的方向的不同，圆跳动可分为： 径向圆跳动 端面圆跳动 斜向圆跳动
径向圆跳动
径向圆跳动用于控制圆柱表面任一横截面上的跳动量。
二、评定表面粗糙度的参数
★ 轮廓算术平均偏差——Ra ★ 微观不平度十点高度——Ry ★ 轮廓最大高度——Rz 优先选用轮廓算术平均偏差Ra
三、表面粗糙度的代号（符）号及其标注
1、表面粗糙度的符号
b
a1
a2
C(f）
ed
a1、a2——粗糙度高度参数代号及其数 值（ μm ）；
的轴心线垂直 度公差为
8P9 0.02 B
φ0.01
Φ24H7( +00.021)
槽宽为8P9的 键槽对称中心 面Φ24H7圆 柱孔的对称中 心面对称度公 差为0.02mm
Φ24H7圆孔 轴心线的直 线度公差为
φ0.01mm
0.05mm
例2、识读阶梯轴所注的形位公差的含义。
圆锥体任一截面的圆 度公差为0.04mm
A 与 该要素的尺 寸线对齐
3、形位公差代号的识读
（1） 识读形状公差代号标注的步骤如下： a．读被测要素。 b．读形状公差项目。 c．读形状公差数值。
(2) 识读位置公差代号标注的步骤如下： a．读被测要素。 b．读位置公差项目。 c．读位置公差数值。 d．读基准要素。
二. 有关“偏差、公差、”的术语和定义
1、尺寸偏差
尺寸偏差=某一尺寸-基本尺寸 偏差包括： 实际偏差=实际尺寸-基本尺寸
表面粗糙度的检测方法
表面粗糙度的检测方法
表面粗糙度的检测是通过测量表面的微观形状和轮廓来评估表面质量的过程。
有多种方法可以用于表面粗糙度的检测，其中一些常见的方法包括：
表面轮廓仪（Surface Profilometer）：表面轮廓仪是一种用于测量物体表面轮廓的设备。
它通过沿表面滑动或扫描，利用探测器检测高度变化，并生成相应的高度剖面图。
通过分析这些剖面图，可以得出表面的粗糙度参数。
激光干涉仪（Laser Interferometer）：激光干涉仪利用激光光束的干涉效应来测量表面的高度变化。
这种方法对于高精度的表面粗糙度测量很有效，可以提供亚微米级别的分辨率。
原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）：AFM是一种在原子尺度上测量表面形状和粗糙度的工具。
它使用微小的探针扫描样品表面，通过探测器的运动来生成高分辨率的表面图像。
表面粗糙度仪（Surface Roughness Tester）：这是一种专门用于测量表面粗糙度的便携式仪器。
通常采用钻头或球形探头，测量表面在垂直方向的高低变化，并输出相应的粗糙度参数，如Ra、Rz等。
光学显微镜：在一些情况下，使用光学显微镜可以对表面进行观察和评估。
虽然其分辨率较低，但对于一些较大尺度的粗糙度评估仍然有效。
在选择适当的检测方法时，需要考虑表面的特性、粗糙度范围和检测精度的要求。
根据具体的应用场景，可以选择最合适的工具和技术。
粗糙度测量培训教案
粗糙度测量培训教案第一章：粗糙度测量概述1.1 粗糙度的定义和重要性1.2 粗糙度对产品性能的影响1.3 粗糙度的测量方法1.4 粗糙度测量的发展趋势第二章：粗糙度测量原理2.1 触针式粗糙度测量原理2.2 光束扫描式粗糙度测量原理2.3 激光散射式粗糙度测量原理2.4 超声波式粗糙度测量原理第三章：粗糙度测量仪器及操作3.1 粗糙度测量仪器概述3.2 粗糙度测量仪器的选择3.3 粗糙度测量仪器的操作步骤3.4 粗糙度测量仪器的维护与保养第四章：粗糙度测量参数及其选择4.1 粗糙度测量参数概述4.2 主要粗糙度测量参数4.3 粗糙度测量参数的选择与设定4.4 粗糙度测量参数的调整与优化第五章：粗糙度测量数据的处理与分析5.1 粗糙度测量数据的收集与记录5.2 粗糙度测量数据的处理方法5.3 粗糙度测量数据的分析与评价第六章：粗糙度测量实操训练6.1 实操训练目的与意义6.2 实操训练设备与工具6.3 实操训练步骤与要求6.4 实操训练注意事项第七章：不同材料粗糙度测量7.1 金属材料粗糙度测量7.2 非金属材料粗糙度测量7.3 复合材料粗糙度测量7.4 特殊材料粗糙度测量第八章：粗糙度测量在工业应用中的案例分析8.1 机械制造行业中的应用8.2 汽车制造行业中的应用8.3 电子制造行业中的应用8.4 其他行业中的应用第九章：粗糙度测量技术的创新与发展9.1 新型粗糙度测量技术介绍9.2 粗糙度测量技术的发展趋势9.3 粗糙度测量技术在未来的应用前景9.4 我国粗糙度测量技术的发展现状与展望第十章：粗糙度测量培训总结与考核10.1 培训课程总结10.2 粗糙度测量技能考核10.3 粗糙度测量知识问答10.4 优秀学员表彰与奖励重点和难点解析一、粗糙度测量概述难点解析：粗糙度的微观结构及其对产品性能的具体影响机制二、粗糙度测量原理难点解析：各种测量原理的物理基础和数学模型三、粗糙度测量仪器及操作难点解析：不同仪器的特点和适用范围，以及操作中的细节问题四、粗糙度测量参数及其选择难点解析：如何根据不同材料和表面特性选择合适的测量参数五、粗糙度测量数据的处理与分析难点解析：数据处理中的统计学和信号处理方法，以及分析评价的标准和技巧六、粗糙度测量实操训练难点解析：实操中可能遇到的问题及解决方案七、不同材料粗糙度测量难点解析：不同材料表面特性的差异及其对粗糙度测量的影响八、粗糙度测量在工业应用中的案例分析难点解析：如何根据粗糙度测量结果进行工艺优化和质量控制九、粗糙度测量技术的创新与发展难点解析：新技术的原理和应用前景，以及如何适应和应用这些新技术十、粗糙度测量培训总结与考核难点解析：如何评价和提高粗糙度测量技能及知识水平全文总结和概括：本教案全面覆盖了粗糙度测量的基本概念、原理、仪器操作、参数选择、数据处理、实操训练、应用案例、技术发展以及培训总结与考核等内容。
精度设计与质量控制基础--第3章--表面粗糙度课件(1)
GB 131-93规定： ➢当允许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，应在图中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所有实测值不允许超过规定值时， 应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值。
2、表面粗糙度代号及标注（6）
表面粗糙度标注方法示例
yi
2、微观不平度十点高度Ｒz
定义 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
5
ypi yvi
Rz i1
i1
5
3、轮廓最大高度Ｒy
定义： 在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间 的距离。 Ry =︱ypmax︱+︱yvmax︱
Ry
4、轮廓微观不平度平均间距Sm
GB6061-85 轮廓法测量表面粗糙度的仪器-术语；
GB6062-85 轮廓法触针式表面粗糙度测量仪—轮廓记录仪及中级制轮廓计；
GB10610—89 触针式仪器测量表面粗糙度的规则和方法；
GB/T12472—2003 木制件表面粗糙度参数及其数值
§3.2 表面粗糙度GB介绍
一、主要术语及定义
1.取样长度l
二、参数值的确定方法（2）
③ 承受交变载荷的表面及容易引起应力集中的部分，粗糙 度要求高些；
④ 对配合性质有稳定可靠性要求的表面，粗糙度要求应高 些；
⑤ 配合性质相同时，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙 度要求要高些；
⑥ 对特殊用途的零件，表面粗糙度参数值的选择应按照特 殊要求考虑。
二、参数值的确定方法（3）
Ra μm ≥0.008～0.02 >0.02~0.1 >0.1~2.0 >2.0~10.0 >10.0~80.0
机械加工表面质量
第三章机械加工表面质量第一节概述评价零件是否合格的质量指标除了机械加工精度外，还有机械加工表面质量。
机械加工表面质量是指零件经过机械加工后的表面层状态。
探讨和研究机械加工表面，掌握机械加工过程中各种工艺因素对表面质量的影响规律，对于保证和提高产品的质量具有十分重要的意义。
一机械加工表面质量的含义机械加工表面质量又称为表面完整性，其含义包括两个方面的内容：1．表面层的几何形状特征表面层的几何形状特征如图3-1所示，主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度它是指加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差，其评定参数主要有轮廓算术平均偏差R a或轮廓微观不平度十点平均高度R z；⑵表面波度它是介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。
⑶表面加工纹理它是指表面切削加工刀纹的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机加工方法及其切削运动的规律。
⑷伤痕它是指在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等，它们大多随机分布。
2．表面层的物理力学性能表面层的物理力学性能主要指以下三个方面的内容：⑴表面层的加工冷作硬化；⑵表面层金相组织的变化；⑶表面层的残余应力。
二表面质量对零件使用性能的影响1．表面质量对零件耐磨性的影响零件的耐磨性是零件的一项重要性能指标，当摩擦副的材料、润滑条件和加工精度确定之后，零件的表面质量对耐磨性将起着关键性的作用。
由于零件表面存在着表面粗糙度，当两个零件的表面开始接触时，接触部分集中在其波峰的顶部，因此实际接触面积远远小于名义接触面积，并且表面粗糙度越大，实际接触面积越小。
在外力作用下，波峰接触部分将产生很大的压应力。
当两个零件作相对运动时，开始阶段由于接触面积小、压应力大，在接触处的波峰会产生较大的弹性变形、塑性变形及剪切变形，波峰很快被磨平，即使有润滑油存在，也会因为接触点处压应力过大，油膜被破坏而形成干摩擦，导致零件接触表面的磨损加剧。
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S、Sm和tp称为间距参数，值越小，轮廓表面越细密，密 封性愈好。
第一节 表面粗糙度的评定 表面粗糙度代号及标注
第一节 表面粗糙度的评定
表面粗糙度数值及其有关规定在符号中注写的 位置。
第二节 表面粗糙度评定参数值的选择
评定参数的选择 （1）如无特殊要求，优先选用Ra。在高度参数中，Ra值
能较完整、全面地表达零件表面的微观几何特征，应优先选 用。Rz值常用在小零件（如顶尖、刀具的刃部、仪表的小元 件等）或表面不允许有较深的加工痕迹（防止应力过于集中） 的零件。
（2）一些重要表面有特殊要求时，如有涂镀性、抗腐蚀 性、密封性要求时才选S或Sm参数来控制间距的细密度。
第二节 表面粗糙度评定参数值的选择
取样长度是在测量表面粗糙度时所取的一段与轮廓总的走 向一致的基本长度。
规定：取样长度范围内至少包含五个以上的轮廓峰和谷。 （2）评定长度ln （新标准用ln）
评定长度是指评定表面粗糙度所需的一段长度。 规定：国家标准推荐， ln=5l；对均匀性好的表面，可选ln ＜5l；对均匀性较差的表面，可选ln＞ 5l。
个最大的轮廓谷深平均值之和：
5
5
y y Rz值越大，表p 面越i粗糙。vi
R zi 1
i 1
5
R z(h 2 h 4 h 15 )0 (h 1 h 3 h 9)
第一节 表面粗糙度的评定 （3）轮廓最大高度Ry
在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。
Ra、Rz和Ry称为表面粗糙度的高度参数。
（7）凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定者（如轴 承，量规，齿轮等），应按标准规定作选取表面粗糙度参数 值。
第二节 表面粗糙度评定参数值的选择
表面粗糙度与尺寸公差、形状公差的对应关系： 若T≈0.6IT， 则Ra≤0.05IT， Rz ≤ 0.21IT； 若T≈0.4IT， 则Ra≤0.025IT， Rz ≤ 0.11IT； 若T≈0.25IT，则Ra≤0.012IT， Rz ≤ 0.05IT； 若T≤0.25IT，则Ra≤0.15T， Rz ≤ 0.6T；
第一节 表面粗糙度的评定 零件的截面轮廓形状
第一节 表面粗糙度的评定
表面粗糙度对零件质量的影响 （1）影响零件的耐磨性、强度和抗腐蚀性等。 （2）影响零件的配合稳定性。 （3）影响零件的接触刚度、密封性、产品外观等。
第一节 表面粗糙度的评定
表面粗糙度的评定 表面粗糙度的基本术语 （1）取样长度l (新标准用lr)
第一节 表面粗糙度的评定
（4）轮廓单峰平均间距S 指在一个取样长度内，全部ຫໍສະໝຸດ 廓单峰间距Si的平均值。n
1 （5）轮廓微观不平度平均间距Sm
S S 指在一个取样长度内，所有轮廓微观不平i 度间距Smi的平
n 均值。
i 1
Sm
1 n
n i1
Smi
第一节 表面粗糙度的评定 （5）轮廓的支承长度率tp
第三章表面粗糙度及检测
2020/11/26
第一节 表面粗糙度的评定
国家标准： 旧标准：《表面粗糙度—术语、表面及其参数》（GB/T35051983 ），《表面粗糙度参数及其数值》 （GB/T1031-1995 ）。 新标准： 《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/T3505-2000）
第三节 表面粗糙度的测量
比较法 光切法 干涉法 针描法
谢谢观赏！
2020/11/26
21
表面粗糙度概述 零件表面几何形状误差的分类 （1）表面粗糙度 ：零件表面峰谷波距<1mm，大体呈周期变化的属于表 面粗糙度范畴，即微观几何形状误差。 （2）表面波纹度： 零件表面峰谷波距在1~10mm，周期变化的属于表 面波度。 （3）形状误差：零件表面峰谷波距>10mm，无明显周期变化的属于表 面形状误差的范畴，即宏观几何形状误差。
第一节 表面粗糙度的评定 取样长度、评定长度和轮廓中线
第一节 表面粗糙度的评定
（3）中线 中线是指用以评定表面粗糙度参数的一条基准线。有
以列两种： （a）轮廓的最小二乘中线：在取样长度内，使轮廓 线上各点的纵坐标值yi的平方和为最小的直线。 （b）轮廓的算术平均中线： 在取样长度内，将实际 轮廓划分为上下两部分，且使上下面积相等的直线。
评定参数值的选择 总原则：在满足功能要求的前提下，尽量选择较大的表
粗糙度参数值，以减小加工难度，降低成本。 选择方法：类比法。 一般原则：
（1）同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度参数值小。 （2）摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值小，滚动摩擦 表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小。 （3）承受交变载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆 角，沟槽）粗糙度参数值应小些。
第一节 表面粗糙度的评定
表面粗糙度的评定参数
（1）轮廓的算术平均偏差Ra 在一个取样长度内，各点相对中线纵坐标y（x）绝对
值的算术平均值 ，数学表达式为：
Ra值越大，表面越粗糙。
R a1 l 0 l y(x)dx或R a1 ni n1yi
第一节 表面粗糙度的评定
（2）微观不平度十点高度Rz 在一个取样长度内，五个最大的轮廓峰高平均值与五
第二节 表面粗糙度评定参数值的选择
（4）要求配合稳定可靠时，粗糙度参数值应小些，小间 隙配合表面，受重载作用的过盈配合表面，其粗糙参数值要 小。
（5）表面粗糙度与尺寸及形状公差应协调，通常尺寸及 形状公差小，表面粗糙度参数值也要小，同一尺寸公差的轴 比孔的粗糙度参数值要小。
（6）密封性。防腐蚀性要求要求高的表面或外观美观的 表面其粗糙度值应小些。