第五章-表面粗糙度轮廓及检测

1第五章表面粗糙度轮廓及其检测§1表面粗糙度轮廓的基本概念§2表面粗糙度轮廓的评定§3表面粗糙度轮廓的技术要求§4表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上的标注2§1表面粗糙度轮廓的基本概念1.轮廓滤波器（ProfileFilter）轮廓滤波器是指把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。3§1表面粗糙度轮廓的基本概念2.坐标系（CoordinateSystem）确定表面结构参数的坐标体系。其轴线形成一右手笛卡儿坐标系。3.实际表面（RealSurface）物体与周围介质分离的表面称为实际表面。4§1表面粗糙度轮廓的基本概念4.表面粗糙度的界定（SurfaceProfile）5被加工零件表面的形状是复杂的，一般包括表面粗糙度、表面波纹度和形状误差，可以按波距（波形起伏间距）λ来划分：波距λ＜1mm属于表面粗糙度波距λ在1～10mm属于表面波纹度波距λ＞10mm属于形状误差6图5-2实际表面轮廓经轮廓滤波器滤波后分为：7表面粗糙度轮廓的产生：(3)以及机床等工装系统的振动等。(2)切削过程中切屑分离时的塑性变形；(1)切削后遗留的刀痕；表面粗糙度是指加工后零件表面的微小峰谷（Z）高低程度和间距（λ）状况。间距λ高低Z81.对摩擦和磨损的影响2.对配合性质的影响3.对抗疲劳强度的影响4.对抗腐蚀性的影响表面粗糙度轮廓对零件使用性能的影响:表面不是越光越好。另外，对密封性、接触刚度和零件的外观等都有很大影响。91.取样长度lr—测取样长度是指测量或评定表面粗糙度轮廓时规定的一段基准线长度。为什么要规定测取样长度lr？（1）为了限制或减弱表面波纹度轮廓，对表面粗糙度轮廓测量的影响。（2）排除形状误差等，§2表面粗糙度轮廓的评定一、取样长度、评定长度及传输带10ln5lr;ln5lr。2.评定长度ln—一般ln＝5lr(连续的);评定长度是指测量或评定表面粗糙度轮廓时规定的一段最小的测量长度。若被测表面比较均匀时，若被测表面不均匀时，为什么要规定一段最小的测量长度ln？因为表面的峰谷和间距的不均匀性，为了可靠地反映表面粗糙度轮廓的特性。113.中线—中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线（图5-3所示）。图5-3取样长度和评定长度124.传输带长波轮廓滤波器的截止波长λc=lr短波轮廓滤波器的截止波长λs（截止波长λs和λc的标准化值由附表5-1查取）附表5-1轮廓算术平均偏差Ra、轮廓最大高度Rz和轮廓单元的平均宽度Rsm，标准取样长度和标准评定长度（摘自GB/T1301－2009、GB/T10610－2009）、表示滤波器传输带λs～λc这两个极限值的标准化值取自GB/T6062－2002。1314在lr内，使轮廓上各点至该线的距离Zi平方和为最小。1.轮廓最小二乘中线lrdxxZ02)(niiZ12min图5-4最小二乘中线ziXZ(x)xlr最小二乘中线二、表面粗糙度轮廓的中线为了定量地评定表面粗糙度轮廓，首先应确定一条中线。以中线为基础来计算各种评定参数的数值。152.轮廓的算术平均中线（图5-5）在一个取样长度lr范围内，轮廓的算术平均中线将实际轮廓划分为上、下两部分，使上部分各个峰面积之和等于下部分各个谷面积之和。图5-516三、评定参数1.幅度参数（高度参数）dxxZlrRarl0)(1（1）轮廓的算术平均偏差在lr内，纵坐标值Z(x)的绝对值的算术平均值(见下图）。Ra—niiZnRa11ZiZ(x)XlrRa算术平均偏差Ra17（2）轮廓的最大高度Rz在lr内：Rz=Zpmax+ZvmaxmaxPZmaxvZZ(x)Xlr1PZ1vZ2vZRz最大高度Rz中线182.间距参数轮廓单元的平均宽度Rsm:在lr内，轮廓单元宽度Xsi的平均值。轮廓单元:一个轮廓峰和相邻轮廓谷的组合。轮廓单元宽度:中线与一个轮廓单元相交线段的长度。miiXsmRsm11中线193.混合参数（形状参数）在给定的轮廓截面高度C上，轮廓的实体材料长度Ml(C)与ln的比率。轮廓的支承长度率Rmr(C)轮廓截面高度C:C=Rz%nniilbcRmr/)(1nlCMl/)(20表面粗糙度轮廓评定参数共4个：基本参数2个附加参数(辅助参数)2个Ra—轮廓算术平均偏差Rz—轮廓最大高度Rsm—轮廓单元平均宽度Rmr(c)—轮廓支承长度率在零件图上，对零件某一表面的表面粗糙度轮廓要求，按需要选择Ra或Rz标注。Rsm和Rmr(c)属于附加评定参数，只能与Ra或Rz同时选用，不能独立采用。21§3表面粗糙度轮廓的技术要求一、表面粗糙度轮廓技术要求的内容在零件图上规定表面粗糙度轮廓的技术要求时，必须标注幅度参数符号及允许值，同时还应标注传输带、取样长度、评定长度的数值（若默认采用标准化值，则不标注）、极限值判断规则（若默认采用16%规则，则不标注）。必要时可以标注补充要求，如表面加工纹理及方向、加工余量、附加的RSm等。22二、表面粗糙度轮廓幅度参数的选择在机械零件精度设计中，对于表面粗糙度轮廓的技术要求，通常只给出幅度参数符号（Ra或Rz）及极限值，而其他要求则采用默认的标准化值。一般采用Ra作为评定参数。对于极光滑和粗糙的表面，不能用Ra仪器测量，而采用Rz作为评定参数。表面粗糙度轮廓幅度参数极限值的选择原则是：在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。23表面粗糙度轮廓的参数数值摘自GB/T1031-2009Ra的数值(μm)0.0120.203.2500.0250.406.30.0500.8012.50.1001.6025Rz的数值(μm)0.0250.406.310010000.0500.8012.52000.1001.60254000.203.250800240.0060.1001.600.01250.203.20.0250.406.30.0500.8012.5Rsm的数值(mm)1015202530405060708090Rmr(c)(℅)的数值(mm)轮廓截面高度c用微米或Rz的百分数表示。251.评定参数的选用（1）幅度参数（高度参数）的选用—一般情况下从Ra和Rz中任选一个。但普遍采用Ra，因为它反映表面粗糙度特性的信息量大和用轮廓仪测量容易。Rz用于极光滑表面和粗糙表面，一般用双管显微镜测量。即基本参数的选用26（2）间距参数和混合参数的选用—有特殊使用要求时,才附加选用Rsm和Rmr(c)。即附加参数的选用用于对涂漆性能、抗裂纹和抗腐蚀等有要求时；但同时要给出轮廓截面高度C值。用于对耐磨性和接触刚度等有要求时，Rsm—Rmr(c)—272.参数值的选用参数值的选用主要根据功能要求，其次考虑经济性和工艺的可能性。选用时应注意符合以下原则：（1）同一零件上，工作表面的Ra(或Rz)值小于非工作表面；（2）摩擦表面的Ra(或Rz)值小于非摩擦表面；（4）配合性质要求高的配合表面、受重载荷作用的过盈配合表面Ra(或Rz)值要小；（3）过盈配合表面的Ra（或Rz）值小于间隙配合的表面；28（6）对于配合的孔轴为同一公差等级时，轴的Ra(或Rz)值要小于孔；（7）对于同一公差等级的不同尺寸，小尺寸的Ra(或Rz)值要小于大尺寸。选用方法一般采用类比法,参考表5.6～5.8。（5）在确定Ra(或Rz)值时，应注意与尺寸公差（T）和几何公差（t）的协调：t≈0.6T时，Ra≤0.05T，Rz≤0.3Tt≈0.4T时，Ra≤0.025T，Rz≤0.15Tt≈0.25T时，Ra≤0.012T，Rz≤0.07T29303132§4表面粗糙度轮廓技术要求在零件图上的标注一、表面粗糙度轮廓的基本图形符号和完整图形符号绘制机械零件图时，需要使用1个基本图形符号和3个完整图形符号，来标注表面粗糙度轮廓各种不同的技术要求。33（a）图为基本图形符号。（b）图为用于任何工艺的完整图形符号。（c）图为用于去除材料的完整图形符号。（d）图为用于不去除材料的完整图形符号。（a）（b）（c）（d）图5-834二、表面粗糙度轮廓技术要求在完整图形符号上的标注1.表面粗糙度轮廓各项技术要求在完整图形符号上的标注位置在完整图形符号的周围标注评定参数的符号及极限值和其他技术要求。各项技术要求应分别标注在该符号周围的指定位置上。在周围标注了技术要求的完整图形符号称为表面粗糙度轮廓代号，简称粗糙度代号。35位置a：下列符号和数值依次排成一行位置b：附加评定参数（如RSm，mm）位置c：加工方法位置d：表面纹理位置e：加工余量（mm）图5-9上、下限值符号；传输带数值/幅度；参数符号；评定长度值；极限值判断规则(空格)；幅度参数极限值(μm)36表面粗糙度的单一要求标注示例(1)位置a处--注写表面粗糙度的单一要求，该要求不能省略。①上限或下限的标注：表示双向极限时应标注上限符号“U”和下限符号“L”。如果同一参数具有双向极限要求，在不引起歧义时，可省略“U”和“L”的标注。若为单向下限值，则必需加注“L”。37表面粗糙度的单一要求标注示例②传输带和取样长度的标注：传输带是指两个滤波器的截止波长值之间的波长范围。长波滤波器的截止波长值就是取样长度lr。传输带的标注时，短波在前，长波在后，并用连字号“—”隔开。在某些情况下，传输带的标注中，只标一个滤波器，也应保留连字号“—”，来区别是短波还是长波。③参数代号的标注：参数代号标注在传输带或取样长度后，它们之间用“/”隔开。④评定长度的标注：如果默认的评定长度(5lr)时，可省略标注。如果不等于5lr时,则应注出取样长度的个数。38⑤极限值判断规则和极限值的标注：极限值判断规则的标注如图5.11中所示上限为“16％规则”，下限为“最大规则”。为了避免误解，在参数代号和极限值之间插入一个空格。表面粗糙度的单一要求标注示例394041422.表面粗糙度轮廓幅度参数极限值的标注（1）标注极限值中的一个数值且默认为上限值（图5-10）图5-10（2）同时标注上、下限值（图5-11）图5-11433.极限值判断规则的标注（1）16%规则（图5-10、图5-11）16%规则是表面粗糙度轮廓技术要求中的默认规则。若采用，则图样上不需注出。（2）最大规则（图5-12、图5-13）在幅度参数符号Ra或Rz的后面标注一个“max”的标记。图5-12图5-13444.传输带和取样长度、评定长度的标注需要指定传输带时，传输带（mm）标注在幅度参数符号的前面，并用斜线“/”隔开（图5-14a、b、c）。λc=lr。图5-14需要指定评定长度时，则应在幅度参数符号的后面注写取样长度的个数（图5-15a、b）。图5-15455.表面纹理的标注需要标注表面纹理及其方向时，则应采用规定的符号（图5-16）进行标注。如果这些符号不能清楚地表示表面纹理要求，还可以在零件图上加注说明。46图5-16476.附加评定参数和加工方法的标注需要标注附加评定参数或（和）加工方法时的标注示例见图5-17。该图亦为表面粗糙度轮廓各项技术要求在完整图形符号上标注的示例。图5-177.加工余量的标注图5-1848三、表面粗糙度轮廓代号在零件图标注的规定和方法1.一般规定表面粗糙度要求对零件的每一个表面一般只标注一次,粗糙度代号尽可能标注在注了相应的尺寸及其极限偏差的同一视图上。粗糙度代号上的各种符号和数字的注写和读取方向应与尺寸的注写和读取方向一致。粗糙度代号的尖端必须从材料外指向并接触零件表面。4950不续表5.125152续表5.125354续表5.1255表面粗糙度轮廓技术要求标注的总结一、表面粗糙度轮廓标注的图形符号基本图形符号扩展扩展图形符号加一横线完整图形符号加一圆特殊图形符号56二、表面粗糙度轮廓技术要求在图形中的标注1.标注位置a—第一个表面粗糙度轮廓(Ra、Rz)要求（μm）；b—第二个表面粗糙度轮廓(Rsm、Rmr)要求；c—加工方法；d—表面纹理和纹理方向；e—加工余量（mm）。图5.10粗糙度要求的注写的为位置2.表面粗糙度轮廓参数值的标注（1）只标一个参数值①默认为上限值,如右图1、2②若为下限值时，必须标注