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1、第 3 章 表面精度,本章知识点,1、 表面粗糙度基本术语 表面轮廓、取样长度、评定长度、基准中线 、表面粗糙度的评定参数 主要参数：轮廓的算术平均偏差、轮廓最大高度 其它参数：轮廓单元平均宽度、轮廓支撑长度率、微观不平度十点高度 、表面粗糙度的标注 标注符号、标注方法 、表面粗糙度的选择 选择：评定参数、评定参数值、基准长度,在零件加工过程中，如图3-1所示轴类零件车削，由于机床、刀具的振动，刀具与零件表面间的摩擦，以及材料被切削时产生塑性变形等原因，零件表面在加工后不可能是理想的光滑表面。 在放大镜或显微镜下观察，可以看到高低不平的状况，凸起的部分称为峰，低凹的部分称为谷。 这种表征零件表
2、面在加工后形成的由较小间距的峰谷组成的微观几何形状特征称为表面粗糙度，又叫表面精度。,图3-1 车削外圆柱面,表面粗糙度会影响零件的耐磨性、强度和抗蚀性等，还会影响配合性质的稳定性。 例如，对于间隙配合来说，相对运动的表面因粗糙不平而迅速磨损，从而使间隙增大； 对于过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，从而降低了连接强度； 对于过渡配合，表面粗糙度也会使配合变松。 此外，表面粗糙度对接触刚度、密封性、产品外观及表面反射能力等均有明显的影响。,表面粗糙度对使用性能的影响,因此，在保证零件尺寸、形状和位置精度的同时，必须对表面质量提出相应精度要求。 本章讨论有关表面粗糙度的基
3、本术语、评定参数、标注方法及选择思路等内容。,零件表面几何形状误差分类,根据波长分类为： 宏观表面几何形状误差形状误差 1mm 中观表面几何形状误差表面波纹度（简称波度） ：1mm10mm 微观表面几何形状误差表面粗糙度 10mm,图3-2零件的表面几何形状误差,3.1 表面粗糙度基本术语,1. 表面轮廓 表面轮廓是指理想平面与实际平面垂直相交所得的轮廓线，如图3-3所示。在评定表面粗糙度时，通常是指与加工方向垂直截面上的横向轮廓。,图3-3 零件表面轮廓,2.基准长度,(1) 取样长度lr 取样长度是指评定表面粗糙度时所取的一段基准线长度，如图3-4所示。标准规定在取样长度范围内，一般不少于
4、5个以上的轮廓峰和轮廓谷，并在轮廓总的走向上量取。,图3-4 取样长度lr和评定长度ln,(2)评定长度ln,评定长度是指评定表面轮廓所必需的最小长度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定均匀，一个取样长度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征，故需多取几个取样长度来评定表面粗糙度。 评定长度包括n（n = 1,2,3,）个取样长度，一般取ln = 5lr，如图3-4所示（若被测表面均匀，可取ln5lr；均匀性差，可取ln5lr）。标准规定的取样长度和评定长度见表3-6。,3. 基准中线,基准中线是评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线，有两种确定方法：轮廓最小二乘中线、轮廓算术平均中线。,（1
5、）轮廓最小二乘中线 轮廓最小二乘中线是指在取样长度内，实际被测轮廓线上各点到该线的距离Z的平方和为最小（见图3-6），即,（2）轮廓算术平均中线 轮廓算术平均中线是指在取样长度内，将实际轮廓划分为上下两部分，使上下面积相等的直线，如图3-5所示，即 F1+F2+ Fn=G1+ G2 + Gm,图3-5 轮廓算术平均中线,3.2 表面粗糙度的评定参数,国家标准GB/T 3503-2000（替代GB/T 3503-1983）规定表面粗糙度的评定参数有：高度参数、间距参数及混合参数等，在生产中应用最多的是高度参数。 主要高度参数有： 轮廓算术平均偏差Ra 轮廓最大高度RZ。,1.轮廓算术平均偏差Ra
6、 轮廓算术平均偏差是指在取样长度内，被测实际轮廓上各点到轮廓中线的距离Z的绝对值的平均值，如图3-6所示。其数学表达式为,或,Ra值越大，表面越粗糙。参数Ra客观地反映了零件实际表面的微观不平程度，并且测量方便（见5.3节表面精度检测），因而被标准定为首选参数，在生产中广泛采用。,2.轮廓最大高度RZ 轮廓最大高度是指在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的最大距离，如图3-7所示。其数学表达式为 RZ =|zpmax|+|zvmax|,图3-7 轮廓最大高度RZ值示意图,RZ参数对不允许出现较深加工痕迹的表面和小零件的表面质量有着实际意义，尤其是在交变载荷作用下，是防止出现疲劳破坏源的一项保
7、证措施。因此RZ参数主要应用于有交变载荷作用的场合（辅助Ra使用），以及小零件的表面（不便使用Ra）。,注意：在GB/T 3503-1983中，RZ用于“微观不平度十点高度”，而RY用于表示轮廓最大高度，应用时应特别注意，但轮廓最大高度的含义新、旧国标是一致的。关于新、旧国标的一些对照在内容介绍。 国家标准规定高度参数是基本评定参数，Ra、Rz两个主要参数允许值的数值系列如表3-1、表3-2所示（优先选用系列值）。 其他参数为附加评定参数，当表面有其他功能要求时可附加选用（在内容中介绍）。,3.3 表面粗糙度的标注,GB/T 131-1993机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法规定了零件表面
8、粗糙度符号（代号）及其在图样上的注法。,1.表面粗糙度符号（也称代号） 技术图样上所标注的表面粗糙度符号是该表面加工完成后的表面质量要求。 表面粗糙度符号及含义如表3-4所示。表面粗糙度的高度参数标注示例及含义表3-5所示。,2.表面粗糙度的标注方法 表面粗糙度符号的尖端应从材料外指向被注表面，一般标注在轮廓线上，但也可标注于尺寸界线或其延长线上，如图3-12（a）所示。 在倾斜表面标注时，在图中尺寸标注“30”的区域内应加引线引出后标注，如图3-12（a）所示。 当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度时，可统一标注在图样的右上角，并加注“其余”二字。如图3-12（b）所示。,图3-12 表面
9、粗糙度的标注, 齿轮、花键粗糙度代号应注在节圆线上，如图3-13所示。,图3-13, 螺纹处需标粗糙度时，如图3-14所示，两种方法任选其一即可。 同一表面上各部位有不同粗糙度要求时，应以细实线画出界限，如图3-15所示。,图3-14 图3-15,3.4 表面粗糙度的选择,表面粗糙度是一项重要的技术经济指标，其允许值的大小对零件的使用性能和寿命有直接影响。 选取时应在满足零件功能要求的前提下，同时考虑工艺的可行性和经济性。,1.评定参数的选择 在表面粗糙度的评定参数中，一般主要选择高度参数，只有当高度参数不能满足表面功能要求时，才选择间距参数或其他参数。 在高度评定参数中，国家标准推荐在常用数
10、值范围（Ra为0.025m6.3m）内，优先选择轮廓算术平均值Ra参数，因为在上述范围内用轮廓仪测量Ra很方便。,当表面相当粗糙（Ra为6.3100）或相当光滑（Ra为0.008m0.020m）时，用光切显微镜、干涉显微镜等测量RZ比较方便。 当某些表面上不允许出现较深加工痕迹和控制小零件的表面质量时，需要采用其他高度评定参数，如当有交变载荷作用时，应附加轮廓最大高度RZ。,2. 评定参数值的选择 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，参数允许值应尽量大，以减小加工难度，降低加工成本。,表面粗糙度参数值的选择通常采用类比法 具体选择时应注意以下几点: 同一零件上工作表面比非工作表
11、面粗糙度值应小。 摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度值应小。 承受交变载荷表面及易引起应力集中的结构表面（如圆角、沟槽等），粗糙度值应取小些。, 要求配合稳定可靠时，粗糙度值应小些，如小间隙配合表面、承受重载荷作用的过盈配合表面等。 表面粗糙度应与尺寸及形状精度协调一致。通常尺寸及形状公差小，则表面粗糙度值也应取小；同尺寸的轴比孔的粗糙度值应取小。,设表面形状公差为t，尺寸公差为T，则它们之间通常可按以下关系来设计： 普通精度t0.6T Ra0.05T Rz0.2T 较高精度t0.4T Ra0.025T Rz0.1T 提高精度t0.25T Ra0.012T Rz0.25T
12、 高精度 t0.25T Ra0.15T Rz0.6T 但是三项基本精度之间并不存在函数关系，如机器及仪器上的手轮、手柄、外壳等部位，其尺寸、形状精度要求并不高，但表面精度却要求高（即粗糙度值小）。, 密封性、防腐性要求高的表面或外观美观的表面粗糙度值应取小。 凡有关标准已对表面粗糙度作出规定的结构面（如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面），应按该标准确定的表面粗糙度取值。,3.取样长度和评定长度的选择 取样长度和评定长度的选择，主要根据评定参数数值，可参照表3-6规定值选取。 当有特殊要求时，设计者可自行规定取样长度值，如被测表面均匀性好，可选用小于规定值；如被测表面均匀性差，可选择大于规定值。,4.加工方法的选择 表面粗糙度的表面特征及其对应的经济加工方法，如表3-7所示。,表3-1 轮廓算术平均偏差Ra系列值 单位：m,表3-2 轮廓最大高度RZ系列值 单位：m,表3-4 表面粗糙度符号及其含义,表3-5 表面粗糙度标注示例及其含义,表3-6 lr与ln的数值,表3-7 表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例,
