1、,第四章 表面微观轮廓精度,4-1 基本概念,产生原因： 1 刀具或砂轮切削后遗留的刀痕 2 切削过程中切屑分离时的塑性变形 3 机床的振动等,表面微观轮廓误差对零件使用性能的影响： 1 耐磨性 2 配合性质稳定性 3 耐疲劳性 4 抗腐蚀性 5 耐密封性 6 导电性和导热性 7 表面反射能力 8 流体流动阻力,9 表面接触刚度,10 影响表面涂层质量 表面粗糙度会影响金属板的喷涂特性和喷涂表面的美观程度。 对于电镀的机体表面，建议采用车削或端铣，而不用磨削，并控制纹路间距和沟槽截面形状，以使镀层牢固。,相关国家标准： GB/T 3505-2009 产品几何技术规范（GPS) 表面结构 轮廓法
2、 术语、定义及表面结构参数 GB/T 10601-2009 产品几何技术规范（GPS) 表面结构 轮廓法 评定表面结构的规则和方法 GB/T 1031-2009 产品几何技术规范（GPS) 表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值 GB/T 131-2006 产品几何技术规范（GPS) 技术产品文件中的表面结构的表示法 GB/T 15757-2002 产品几何技术规范（GPS) 表面缺陷 术语、定义及参数等,4-2 表面微观轮廓精度的评定,零件表面的粗糙度是否满足设计要求，需要进行测量和评定。 为了使测量和评定结果统一，根据国家标准的要求，应规定取样长度、评定长度、基准线和评定参数。,一 取样
3、长度和评定长度 1 取样长度,是指测量或评定表面粗糙度时所规定的一段基准长度，用符号 lr 表示。 目的是限制、减弱波纹度、形状误差对测量结果的影响。 取样长度应适当，过短则不能反映表面的微观起伏程度，过长则可能使测量结果受到波纹度甚至形状误差的影响。,从以下的系列中选取： 0.08，0.25，0.8，2.5，8.0 （mm）,2 评定长度,是指为了合理且较全面地反映整个表面的粗糙度特征，而在测量和评定表面粗糙度时所必需的一段最小长度，用符号 ln 表示。 目的是限制、减弱表面加工不均匀性对测量结果的影响。评定长度可以包含一个或几个取样长度。一般取5个取样长度。,二 基准线（中线） 通过测量手
4、段获得表面轮廓曲线以后，需要提供一条定量评定表面粗糙度量值的基准线，作为计算各种参数的基础。 轮廓算术平均中线 轮廓最小二乘中线,1 轮廓算数平均中线,是指具有理想轮廓形状并在取样长度 lr 内与轮廓走向一致的基准线，该基准线将实际轮廓分成上、下两个部分，且使上部分面积之和等于下部分面积之和。 F 1+ F 3 + = F 2 + F 4 +,F 1 + F 3 + = F 2 + F 4 +,2 轮廓最小二乘中线 具有理想轮廓形状并划分被测轮廓的基准线，在取样长度 lr 内使轮廓上的各点到该基准线的距离的平方和为最小。,三 评定参数 为了满足对表面不同的功能要求，GB/T3505-2009从
5、表面粗糙度微观几何形状的高度、间距和形状等三个方面的特征，相应规定了表面的高度特征参数、间距特征参数和形状特征参数。,1 高度特征参数 （1）轮廓算数平均偏差Ra 在取样长度 lr 内，被测轮廓上各点到基准线的距离 Zi 的绝对值的算术平均值。,（2）轮廓最大高度Rz 在取样长度 lr 内，最大轮廓峰高Zp与最大轮廓谷深Zv之和的高度。Rz=Zp+ Zv,2 间距特征参数 轮廓单元平均宽度RSm 一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组合叫做轮廓单元。 在取样长度 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。 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
6、廓单元的宽度 Xsi 的平均值。,3 形状特征参数 轮廓支承长度率 Rmr(c) 在评定长度 ln 内，一条平行于中线的直线从峰顶线向下移动到某一水平位置（移动距离 c ）时，轮廓的实体材料长度 Ml(c) 与评定长度 ln 之比（用百分率表示）。,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的指标。其他条件相同时，Rmr(c) 越大，支承面积越大，接触刚度越高，耐磨性能越好。 标准规定：上述特征参数，与高度有关的评定参数是基本评定参数，与间距和形状特性有关的参数是附加评定参数，在有特殊要求时才选用。,确定零件表面粗糙度轮廓评定参数及允许值和其他技术要求后，应按
7、照国家标准的规定，以表面粗糙度轮廓符号和代号的形式，正确地标注在零件图上。,4-3 表面微观轮廓精度的标注方法,1.表面粗糙度轮廓的符号和代号, a表示表面粗糙度特征参数及数值，单位为m，参数代号必须标注。传输带或取样长度后应有一斜线“/”，之后是表面结构参数代号，最后是数值。,如：0.0025 0.8/RZ 6.3, b表示注写第2个或多个表面结构要求。 c注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求。, d表示加工纹理方向。 e表示加工余量，单位为mm。,加工纹理方向符号 标注,2.表面粗糙度高度参数值的注写及涵义,用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra的最大值为3.2m,用去除材料的方法
8、获得的表面粗糙度Ra最大值为3.2m，最小值为1.6m,用任何方法获得的表面粗糙度Ra的上限值为1.6m,用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra上限值为6.3m，下限值为3.2m,用任何方法获得的表面粗糙度Rz的上限值为3.2m,用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra上限值为6.3m， Rz上限值为12.5m,给定上限值：同一评定长度范围内，幅度参数所有实测值中，大于上限值的个数少于总数的16%，则认为合格。 给定上限值和下限值：同一评定长度范围内，幅度参数所有实测值中，大于上限值的个数少于总数的16%，且小于下限值的个数少于总数的16%，则认为合格。,给定最大值：整个被测表面上幅度参数所有的实测
9、值皆不大于允许值，则认为合格。 给定最大值和最小值：整个被测表面上幅度参数所有的实测值皆在最大与最小允许值范围内，才认为合格。,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6
10、,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0
11、.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器
12、 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,
13、极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,U“X” 0.08-0.8 /Ra3 max 1.6,1.5,磨,=,加工 工艺类型,加工 余量,表面 结构纹理,加工 工艺,传输带,上、下限 符号,轮廓,特征,评定长度,极限判断 规则,极限值,滤波器 类型,Rz 0.4,含义： 表示去除材料； 单向上限值； 默认传输带； R轮廓； 粗糙度的最大高度0.4m； 评定长度为5个取样长度（默认）； 16
14、%规则（默认）。,Rz max 0.4,含义： 表示去除材料； 单向上限值； 默认传输带； R轮廓； 粗糙度最大高度最大值0.4m； 评定长度为5个取样长度（默认）； 最大规则。,3.表面粗糙度在图样上的标注 标注表面粗糙度代号时，代号的尖端指向可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或它们的延长线上，必须从材料外指向零件表面。,旧标准中的标注,Ra 0.8,Rz 12.5,Ra 6.3,Rz 3.2,Ra 0.8,Ra 3.2,Ra 0.8,用细实线相连的不连续的同一表面只标注一次。当零件所有表面具有相同的粗糙度时，其代号可在图样的右上角统一标注。,？,？,旧标准的规定,用细实线相连的不连续的同一表面只
15、标注一次。当零件所有表面具有相同的粗糙度时，其代号可在图样的标题栏附近统一标注。,Ra 6.3,（ ）,新标准的规定,同一表面上有不同的要求时，用细实线画出其分界线，并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸。 零件需要局部热处理或镀涂时，应用粗点划线画出其范围，并注出相应的尺寸，也可将其要求注写在表面粗糙度代号上。,Ra 0.8,Ra 6.3,表面粗糙度代号标注示例,表面粗糙度参数及其数值选用的合理与否，直接影响到机器的使用性能和寿命，特别是对装配精度要求高、运动速度要求高、密封性能要求高的产品，更具有重要的意义。,4-4 表面微观轮廓精度设计,设计者在选用表面粗糙度的参数和数值时，应该从使用功能出发
16、，并考虑包括载荷、润滑、材料、运动方向、速度、温度、成本等因素，经调查研究后予以确定。在缺少充分资料的条件下，类似的设计和加工方法的经验，常能提供有用的参考和选择。以免采用不合理的技术要求和加工过程。,一 参数的选用 a.与高度特性有关的评定参数是基本评定参数，通常只给出 Ra 或 Rz 及允许值。 b. 与间距和形状特性有关的参数是附加评定参数，在有特殊要求时才选用。, 参数 Ra 的概念直观， Ra 值反映表面粗糙度轮廓特性的信息量大，且 Ra 值用触针式轮廓仪测量比较容易，普遍采用。 对于极光滑的表面和粗糙表面，采用 Rz 作为评定参数。,二.参数值的选用原则 应考虑： 1 零件表面的功
17、能要求及严格程度； 2 加工的经济性； 3 在GB/T1031 -2009规定参数值中选； 4 每个数值的应用场合； 5 选择时可采用类比法。,Ra标准值,在生产实际中，对零件表面微观特征的控制，并不在于寻求最光滑的表面，而是为了获得符合使用要求的适当的表面粗糙度，而且要采取最经济的加工方法保证实现这个目的。,在满足功能要求的前提下，尽量选用较大的粗糙度参数值。 同一零件上，工作面比非工作面粗糙度值小。 摩擦表面比非摩擦表面粗糙度值小。,滚动摩擦表面比滑动摩擦表面粗糙度值小。 相对运动速度高，单位面积压力大，受交变应力作用的表面粗糙度值应取小些。 配合性质要求稳定的表面，表面粗糙度值应取小些。
18、, 表面粗糙度参数值应与尺寸公差和几何公差协调。 凡有关标准已对表面粗糙度要求做出规定的（例如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度） ，按标准规定选取。, 同一公差等级的零件，小尺寸零件的表面粗糙度值比大尺寸零件的表面粗糙度值要小一些。 相互配合的孔、轴，轴表面的粗糙度值应比孔表面的要小些。,其他条件相同时，间隙配合的表面粗糙度值应比过盈配合的表面粗糙度值小些。 对防腐蚀、密封性要求高的表面，粗糙度参数值应小些。 对于机械设备上的操作手柄、食品用具及卫生设备等特殊用途的零件表面，应选取较小的粗糙度参数值。,三.参数值的应用场合,12.5 m: 粗加工非配合表面。如轴端面、倒角、钻孔、键槽非
19、工作面、垫圈接触面、不重要的安装支承面、螺钉孔表面等,6.3 m: 半精加工表面。用于不重要的零件的非配合表面，如支柱、轴、支架、外壳、衬套、盖等的端面；螺钉、螺栓和螺母的自由表面；不要求定心和配合特性的表面，如螺栓孔、螺钉通孔、铆钉孔等；飞轮、皮带轮、离合器、联轴器、凸轮、偏心轮的侧面；平键及键槽上下面，花键非定心表面，齿顶圆表面；所有轴和孔的退刀槽；不重要的连接配合表面；犁铧、犁侧板、深耕铲等零件的摩擦工作面；插秧爪面等,3.2 m: 半精加工表面。外壳、箱体、盖、套筒、支架等和其他零件连接而不形成配合的表面；不重要的紧固螺纹表面，非传动用梯形螺纹、锯齿螺纹表面；燕尾槽表面；键和键槽的工作
20、面；需要发蓝的表面；需滚花的预加工表面；低速滑动轴承和轴的摩擦面；张紧链轮、导向滚轮与轴的配合表面；滑块及导向面（速度2050m/min）收割机械切割器的摩擦片、动刀片、压力片的摩擦面，脱粒机格板工作面等,1.6 m: 要求有定心及配合特性的固定支承、衬套、轴承和定位销的压入孔表面；不要求定心及配合特性的活动支承面，活动关节及花键结合面；8级齿轮的齿面，齿条齿面；传动螺纹工作面；低速转动的轴颈；楔形键及键槽上、下面；轴承盖凸肩（对中心用），三角皮带轮槽表面，电镀前金属表面等,0.8 m: 要求保证定心及配合特性的表面。锥销和圆柱销表面；与0和6级滚动轴承相配合的孔和轴颈表面；中速转动的轴颈，过
21、盈配合的孔IT7，间隙配合的孔IT8，花键轴定心表面，滑动导轨面。 不要求保证定心及配合特性的活动支承面；高精度的活动球状接头表面、支承垫圈、榨油机螺旋榨辊表面等,0.2 m: 要求能长期保持配合特性的孔IT6、IT5，6级精度齿轮齿面，蜗杆齿面（67级），与5级滚动轴承配合的孔和轴颈表面；要求保证定心及配合特性的表面；滚动轴承轴瓦工作表面；分度盘表面；工作时受交变应力的重要零件表面；受力螺栓的圆柱表面，曲轴和凸轮轴工作表面，发动机气门圆锥面，与橡胶油封相配的轴表面等,0.1 m: 工作时受较大交变应力的重要零件表面，保证疲劳强度、防腐蚀性及在活动接头工作中耐久性的一些表面；精密机床主轴箱与套
22、筒配合的孔；活塞销的表面；液压传动用孔的表面，阀的工作表面，汽缸内表面，保证精确定心的锥体表面；仪器中承受摩擦的表面，如导轨、槽面等,0.05 m: 特别精密的滚动轴承套圈滚道、滚珠及滚柱表面，摩擦离合器的摩擦表面，工作量规的测量表面，精密刻度盘表面，精密机床主轴套筒外圆面等,0.025 m: 特别精密的滚动轴承套圈滚道、滚珠及滚柱表面；量仪中较高精度间隙配合零件的工作表面；柴油机高压泵中柱塞副的配合表面；保证高度气密的接合表面等,0.012 m: 仪器的测量面；量仪中高精度间隙配合零件的工作表面；尺寸超过100mm量块的工作表面等 0.008 m: 量块的工作表面；高精度测量仪器的测量面，光
23、学测量仪器中金属镜面；高精度仪器摩擦机构的支撑面等,四.加工方案及其经济精度,五.表面微观轮廓精度设计示例,减速器的输出轴,减速器的输出轴,为了保证输出轴的配合性质和使用性能，除了设计输出轴各几何部分的尺寸公差和几何公差外，还要确定表面粗糙度参数值，评定参数通常选择轮廓算术平均偏差Ra的上限值，可采用类比法或查设计手册。,减速器的输出轴,解： （1）两个52k6轴颈分别与两个相同规格的0级滚动轴承内圈配合，则该表面的粗糙度Ra值的确定可查表，在表中，与0和6级滚动轴承相配合的孔和轴颈表面粗糙度Ra值对应为0.8m； 对应尺寸公差等级IT6、公称尺寸为52mm的轴颈表面粗糙度Ra值对应为0.8m
24、。 综合考虑后确定两个52k6轴颈表面粗糙度Ra值为0.8m。,0.8 m: 要求保证定心及配合特性的表面。锥销和圆柱销表面；与0和6级滚动轴承相配合的孔和轴颈表面；中速转动的轴颈，过盈配合的孔IT7，间隙配合的孔IT8，花键轴定心表面，滑动导轨面。 不要求保证定心及配合特性的活动支承面；高精度的活动球状接头表面、支承垫圈、榨油机螺旋榨辊表面等,减速器的输出轴,（2）56r6的轴颈与齿轮孔为基孔制过渡配合，要求保证定心及配合特性，查表，要求保证定心及配合特性的表面粗糙度Ra值对应为0.8m，对应尺寸公差等级IT6、公称尺寸为56mm的轴颈表面粗糙度Ra值对应为0.8m，因此，确定56r6轴颈表
25、面粗糙度Ra值为0.8m。,减速器的输出轴,（3）40m6的轴颈与联轴器或传动件的孔配合，为了使传动平稳，必须保证定心及配合特性，通过查表，确定40 m6轴颈表面粗糙度Ra值为0.8m。 （4） 50的轴颈属于非配合表面，没有标注尺寸公差等级，其表面粗糙度参数Ra值可放宽要求，通过查阅表，确定50轴颈表面粗糙度Ra值为12.5m（也可确定Ra值为6.3m）。,减速器的输出轴,（5） 40m6轴颈上的键槽两侧面为工作面，尺寸及公差带代号为12N9，通过查表，确定12N9键槽两侧面粗糙度Ra值为3.2m；40m6轴颈上的键槽深度表面为非工作面，查表，确定12N9键槽深度表面粗糙度Ra值为6.3m。
26、,3.2 m: 半精加工表面。外壳、箱体、盖、套筒、支架等和其他零件连接而不形成配合的表面；不重要的紧固螺纹表面，非传动用梯形螺纹、锯齿螺纹表面；燕尾槽表面；键和键槽的工作面；需要发蓝的表面；需滚花的预加工表面；低速滑动轴承和轴的摩擦面；张紧链轮、导向滚轮与轴的配合表面；滑块及导向面（速度2050m/min）收割机械切割器的摩擦器动刀片、压力片的摩擦面，脱粒机格板工作面等,6.3 m: 半精加工表面。用于不重要的零件的非配合表面，如支柱、轴、支架、外壳、衬套、盖等的端面；螺钉、螺栓和螺母的自由表面；不要求定心和配合特性的表面，如螺栓孔、螺钉通孔、铆钉孔等；飞轮、皮带轮、离合器、联轴器、凸轮、偏
27、心轮的侧面；平键及键槽上下面，花键非定心表面，齿顶圆表面；所有轴和孔的退刀槽；不重要的连接配合表面；犁铧、犁侧板、深耕铲等零件的摩擦工作面；插秧爪面等,减速器的输出轴,（6）56r6轴颈上的键槽两侧面尺寸及公差带代号为16N9，通过查阅表，确定16N9键槽两侧面粗糙度Ra值为3.2m；56r6轴颈上的键槽深度表面为非工作面，查表，确定16N9键槽深度表面粗糙度Ra值为6.3m。,表面粗糙度的测量方法主要有比较法、触针法、光切法和干涉法 1 比较法 比较法是指将被测零件表面与表面粗糙度样块直接进行比较，从而确定实际被测表面的粗糙度是否在图样上规定的评定参数值范围内。,4-5 表面微观轮廓精度的检
28、测,2 触针法 又称感触法或针描法，是一种接触测量表面粗糙度的方法。 金刚石触针针尖与被测表面相接触，当触针以一定速度沿被测表面移动时，触针垂直于轮廓方向的运动产生电信号，经过处理后，可以获得表面粗糙度的参数值。 测量方向垂直于表面的加工纹理方向,最常用的仪器是电动轮廓仪，可直接显示 Ra 值（0.0255m）。,3 光切法 是应用光切原理测量表面粗糙度的方法。 常用的仪器是光切显微镜（又称双管显微镜）。 通常用于测量 Rz 值（263m）。,4 干涉法 是利用光波干涉原理测量表面粗糙度的方法。 常用的仪器是干涉显微镜。 通常用于测量极光滑表面的 Rz 值（0.0631.0m）。,德国产的轮廓仪,表面粗糙度检查记录仪,双管显微镜,光栅干涉 显微镜,作业： 教材P94,4-7,4-9,4-10 按时交作业，过后不收，作业质量计入平时成绩！,
