几何精度控制技术-第三章表面粗糙度

几何精度控制技术主讲赵志刚[e-mail]13919960511兰州交通大学机电工程学院兰州交通大学机电工程学院第1章绪论第2章尺寸精度第3章表面粗糙度第4章形状和位置公差第6章测量技术基础第7章几种常用标准件的互换性第5章渐开线圆柱齿轮传动的互换性几何精度控制技术兰州交通大学机电工程学院第一节概述5.3表面特征代号及标注5.4表面粗糙度数值的选择第三章表面粗糙度及测量第二节表面粗糙度的评定参数5.5表面粗糙度的测量兰州交通大学机电工程学院第一节概述二、表面粗糙度的概念三、表面粗糙度的形成四、表面粗糙度零件使用性能的影响第三章表面粗糙度及测量一、表面质量的概念兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量第一节概述表面质量表面质量表面形貌表层加工硬化的程度和深度一、概念表面残余应力的性质和大小是指零件已加工表面的质量(也称表面完整性)。兰州交通大学机电工程学院表面形貌，按其特征可以分离为以下成分：表层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，致使其硬度比原来工件材料的硬度有显著提高的现象。表层残余应力是指已加工零件在不受外力作用下，残留在零件一定深度表层里的应力，它会影响零件表面质量和使用性能。表面粗糙度（roughness）误差—微观几何形状误差表面形状误差—基本轮廓（primaryprofile）误差表面波纹度（waveness）误差以及表面缺陷—中间几何形状误差兰州交通大学机电工程学院实际零件表面轮廓对理想零件表面轮廓的偏离程度称为零件表面形貌误差。零件的表面形貌主要可以分为：表面粗糙度、表面波纹度和有效区域内的形状误差。除此三者之外还有我们所说的伤痕、刀纹等。二、表面形貌误差本课程重点讨论表面粗糙度兰州交通大学机电工程学院1.表面粗糙度零件表面加工后形成的有较小间距和峰谷组成的微量高低不平的痕迹。一般指零件表面中峰谷的波长与波高之比值小于40或波距小于1mm大体呈周期性变化的不平程度。兰州交通大学机电工程学院2.表面波纹度指零件表面中峰谷的波长与波高之比值等于40～1000或波距等于1~10mm之间呈周期性变化的不平程度。兰州交通大学机电工程学院3.形状误差指零件表面中峰谷的波长与波高之比值大于1000或波距在10mm以上且无明显周期变化的不平程度。兰州交通大学机电工程学院4.纹理方向纹理方向是指表面刀纹的方向，它取决于表面形成过程中所采用的加工方法。兰州交通大学机电工程学院5.伤痕伤痕是在零件表面上一些个别位置出现的缺陷，如砂眼、气孔、划痕等。兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量二、表面粗糙度的概念在放大镜下，可以观察出零件表面具有高低不平的峰谷，这种由较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，称为表面粗糙度。第一节概述兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量三、表面粗糙度的形成1、加工时，刀具与工件已加工表面间的摩擦（挤压）2、工件表层金属的塑性变形3、工艺系统中的高频振动4、机床的精度、加工方法有关。第一节概述兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量四、表面粗糙度对零件使用性能的影响1．摩擦和磨损方面零件表面越粗糙，摩擦系数越大，因摩擦而消耗的能量也越大；且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，故更易磨损。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干摩擦，反而使磨损加剧。2.对配合性质稳定性的影响表面粗糙不平，会降低机器零件运动的灵敏性，还会影响机器或仪器工作精度的保持。对于间隙配合，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中的间隙迅速增大，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，从而降低了联结的可靠性，同样不能保证正常的工作。兰州交通大学机电工程学院4.对抗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也越多，且通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面锈蚀。5.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，影响密封性。3.对耐疲劳性的影响粗糙的钢质零件表面，在交变载荷作用下，对应力集中很敏感，因而影响零件的疲劳强度。第三章表面粗糙度及测量兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量一、GB/T3505-2000中的术语及定义第二节表面粗糙度的评定参数二、GB/T3505-1983中的术语及定义ISO4287：1997是当前使用的一个主要国际标准，它综合了表面特征的基本术语和评定参数。为了正确地测量和评定零件表面粗糙度轮廓以及在零件图上正确地标注表面粗糙度轮廓的技术要求，以保证零件的互换性，我国发布了以下国家标准：GB/T3505-2000《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/T10610-1998《产品几何技术规范表面结构轮廓法评定表面结构的规则和方法》GB/T1031-1995《表面粗糙度参数及其数值》GB/T1311993《机械制图表面粗糙度符号、代号及其标注》兰州交通大学机电工程学院第二节表面粗糙度的评定参数一、GB/T3505-2000中的术语及定义第三章表面粗糙度及测量（一）、一般术语及定义1、轮廓滤波器2、滤波器3、滤波器4、滤波器scf兰州交通大学机电工程学院5、实际表面6、实际表面轮廓7、原始轮廓8、粗糙度轮廓9、中线第三章表面粗糙度及测量表面粗糙度与形状误差的区别形状误差：宏观几何形状误差表面粗糙度：微观几何形状误差兰州交通大学机电工程学院10、取样长度lr限制、减弱几何形状误差及表面波纹度对测量结果的影响。11、评定长度ln评定表面粗糙度时所必须的一段长度，规定评定长度是为了充分合理地反映表面不均匀性对表面粗糙度特性的影响。一般Ln=5Lr第三章表面粗糙度及测量兰州交通大学机电工程学院1、轮廓峰2、轮廓谷3、轮廓单元4、轮廓峰高5、轮廓谷深6、轮廓单元高度7、轮廓单元宽度第三章表面粗糙度及测量（二）、几何参数术语及定义ZpZvsXtZ兰州交通大学机电工程学院1、最大轮廓峰高第三章表面粗糙度及测量（三）、表面粗糙度轮廓参数术语及定义pRmaxippRZ兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量2、最大轮廓谷深vRmaxivvRZ兰州交通大学机电工程学院3．轮廓的最大高度第三章表面粗糙度及测量maxmaxiizpvpvRRRZZzR兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量4、轮廓的总高度5、评定轮廓的算术平均偏差6、评定轮廓的均方根偏差01lrarRZxdxlaRqR201lrqRzxdxlrtRtzRR兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量7、评定轮廓的偏斜度8、评定轮廓的陡度9、评定轮廓的平均宽度RkuRsm11msiiRsmXmRsk33011lrqRskzxdxRlr44011lrqRkuzxdxRlr兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量10、轮廓的支承长度率Rmr(c)轮廓的实体材料长度Ml(c)与评定长度ln的比率.轮廓的实体材料长度11、轮廓的支承长度率曲线轮廓的支承长度率随水平位置变化的关系曲线兰州交通大学机电工程学院二、GB/T3505-1983中的术语及定义第二节表面粗糙度的评定参数第三章表面粗糙度及测量（一）、术语及定义1、取样长度lr在轮廓总的走向上量取的用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。限制、减弱几何形状误差及表面波纹度对测量结果的影响。兰州交通大学机电工程学院2、评定长度ln评定表面粗糙度时所必须的一段长度。评定长度包括一个或几个取样长度。一般取ln=5lr。是由于加工表面有着不同程度的不均匀性，为了充分合理地反映表面粗糙度特性而设立的。第三章表面粗糙度及测量兰州交通大学机电工程学院轮廓中线是评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线。中线包括最小二乘中线和轮廓的算术平均中线。（1）轮廓最小二乘中线在取样长度lr内，使被测轮廓上各点至一条假想线的偏距的平方和为最小。即：min12niiy实际上很难确切地找到它，故很少应用。3.轮廓中线第三章表面粗糙度及测量兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量（2）轮廓算术平均中线在取样长度lr内，由一条假想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。即：niiniiFF1'1算术平均中线是为了用图解法近似地确定最小二乘中线，故其与最小二乘中线相差很小，实用中常用它来代替最小二乘中线。通常用目测估计的办法来确定。兰州交通大学机电工程学院（二）、评定参数第三章表面粗糙度及测量表面粗糙度评定参数分别从轮廓高度、间距和形状等三个方面的特性来适当表征实际轮廓。1、高度特性参数----主参数（1）轮廓算术平均偏差Ra:在一个取样长度内，被测实际轮廓上各点至基准线的距离的绝对值的算术平均值。特点：客观反映实际表面。dxylRla01niiaynR11测得的Ra值越大，则表面越粗糙。兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量（2）微观不平度十点平均高度Rz在取样长度lr内，被测轮廓上5个最大轮廓峰高(ypi)的平均值与5个最大的轮廓谷深(yvi)的平均值之和。515151iivipizyyR测得的Rz值越大，则表面越粗糙。Rz只能反映被测表面轮廓凸峰的高度，不能反映轮廓的几何特性（峰顶的尖锐或平钝）。兰州交通大学机电工程学院特点：第三章表面粗糙度及测量（3）轮廓最大高度Ry在取样长度lr内，轮廓的最高峰顶线和最低谷底线之间的垂直距离。Ry只是对被测轮廓峰与谷的最大高度的单一评定，测量非常方便,所反映表面微观几何形状特征更不全面。兰州交通大学机电工程学院三个评定主参数对照:Ｒa：能客观地反映表面微观几何形状的特征。Ｒz：反映表面微观几何形状特征方面不如Ｒa全面，但测量方便。Ｒy：所反映表面微观几何形状特征更不全面，但测量十分简便，弥补了Ｒa、Ｒz不能测量极小面积的不足。第三章表面粗糙度及测量兰州交通大学机电工程学院2.与间距特性有关的评定参数（1）轮廓微观不平度的平均间距Sm在取样长度lr内，轮廓微观不平度的间距Smi的平均值。轮廓微观不平度的间距Smi，是指含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度。nimimSnS11兰州交通大学机电工程学院（2）轮廓单峰平均间距S在取样长度lr内，轮廓的单峰间距Si的平均值。niimSnS11轮廓单峰间距Si是指两相邻单峰的最高点之间的距离投影在中线上的长度。与间距有关的评定参数Sm和S，反映了轮廓表面的横向特性，可对表面加工纹理的细密度作出评价，Sm反映了轮廓对于中线的交叉密度，S则表征了峰的密度。兰州交通大学机电工程学院3.与形状特性有关的评定参数—轮廓支承长度率tp在取样长度lr范围内，取一条平行于中线的直线，该线与轮廓相截，在轮廓上各段截线长度bi之和称为轮廓支承长度ηp。ηp与取样长度lr之比称之为轮廓支承长度率tp。r1rlbltniipp从峰顶向下所取的水平截距c不同，其支承长度率tp也不同。因此，tp值应对应于水平截距c给出。轮廓支承长度率tp用百分率表示，水平截距c用μm或轮廓最大高度Ry的百分数表示。水平截距c相同时，支承长度越长，表面接触刚度越大，耐磨性也越好。说明：表面粗糙度一般只给出主要参数即可，主要参数不能满足表面功能时，可选用附加参数。兰州交通大学机电工程学院第三章表面粗糙度及测量第三节表面粗糙度参数的选用与标注二、表面粗糙度的符号、代号三、表面粗糙度的图样标注一、表面粗糙度参数的选用兰州交通大学机电工程学院第三节表面粗糙度参数的选用与标注第三章表面粗糙度及测量一、表面粗糙度参数的选用•评定参数的选用■推荐在常用值范围内（Ra为0.025～6.3μm，Rz为0.1~25μm），优先选用Ra；（不宜用于太粗或太光的表面）■当表面过于粗糙（Ra＞6.3μm）或过于光滑（