几何精度学-第3章 表面精度

第3章表面精度内容:表面结构的基本概念；表面缺陷的特征，粗糙度轮廓的应用及图样标注。重点:评定参数的含义，图样标注方法。难点:取样长度、评定长度和轮廓中线的概念。第3章表面精度3.1表面结构设计的零件表面具有理想的几何形状，经过机械加工的实际零件表面，必然呈非理想状态。会产生表面缺陷、宏观和微观形状误差，对表面结构予以控制，可以提高零件的性能和寿命。3.1.1表面结构的特点表面结构是由实际表面的重复或偶然的偏差所形成的表面三维形貌，包括表面粗糙度、表面波纹度、形状误差和表面缺陷。第3章表面精度表面结构偶然性表面结构——重复性表面结构表面缺陷表面形状误差表面波纹度表面粗糙度3.1表面结构理想平面与实际表面相交所得的轮廓称为表面轮廓。第3章表面精度表面粗糙度：零件表面所具有的微观高低不平。λ10mmλ=1～10λ1mmλ10mm属于形状误差λ=1～10属于表面波纹度λ1mm属于表面粗糙度3.1表面结构表面轮廓误差的划分：第3章表面精度表面形状误差、粗糙度以及波纹度之间并没有严格的界限，通常与加工工艺和工件尺寸有关。表面粗糙度属于微观几何误差。是由加工过程中刀刃在工件表面留下的痕迹、刀具和零件表面之间的摩擦、切屑分离时的塑性变形以及工艺系统中的高频振动等原因所形成的。表面波纹度是微观和宏观之间的几何误差。是由在加工过程中加工系统的强迫振动、回转过程中的质量不均衡以及刀具进给的不规则等原因形成的，具有较强的周期性。3.1表面结构第3章表面精度3.1.2表面结构对零件工作性能的影响•影响零件的耐磨性。•影响配合性质的稳定性。•影响零件的疲劳强度。•影响零件的抗腐蚀性。•影响零件的密封性。•对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。3.1表面结构第3章表面精度3.2表面缺陷3.2.1表面缺陷的种类1、凹缺陷破裂毛孔裂缝擦痕窝陷砂眼GB/T15757－2002表面缺陷术语、定义及参数第3章表面精度2、凸缺陷树瘤疱疤飞边缝脊夹杂物氧化皮3.2表面缺陷第3章表面精度环形坑划痕切削残余腐蚀裂纹斑点3、混合表面缺陷4、区域和外观缺陷3.2表面缺陷第3章表面精度3.2.2表面缺陷的参数表面缺陷可以用缺陷的表面缺陷长度（SIMe）、宽度（SIMW）、深度（SIMsd）、高度（SIMsh）、面积（SIMa）、缺陷总面积（SIMt）、单位面积缺陷数（SIMn/A）等参数进行评定，并用允许最大极限值在图样上表达设计要求。表面缺陷的参数值尚无国家标准。3.2表面缺陷第3章表面精度3.3表面轮廓3.3.1表面轮廓的术语与定义1实际表面：实际表面是物体与周围介质分离的表面。2实际表面轮廓：由理想平面与实际表面相交所得的轮廓。原始轮廓波纹度轮廓粗糙度轮廓表面轮廓的国家标准包括：GB/T10610-1998GB/T3505-2000GB/T6062-2002第3章表面精度3、轮廓滤波器：把轮廓分成长波和短波成分的滤波器，用于区分原始轮廓、粗糙度轮廓和波纹度轮廓。轮廓滤波器按照波长可以分为λs滤波器、λc滤波器和λf滤波器。s粗粗粗粗粗粗粗粗粗粗波长传输系数/％λsλcλf波长λs，R参数λc波长λf，W参数λs波长λc，R参数3.3表面轮廓第3章表面精度4.取样长度（lr、lw、lp）粗糙度取样长度lr——一段能够反映粗糙度特征的足够短的长度（5个以上峰谷），以限制或减弱波纹度对测量的影响。取值系列：0.08、0.25、0.8、2.5、8mm3.3表面轮廓判别轮廓不规则特征时沿x方向的一段长度。第3章表面精度5.评定长度（ln）评定长度——连续的几个取样长度。目的是为了更可靠地反映表面粗糙度轮廓的特性。取值系列：0.4、1.25、4、12.5、40mm3.3表面轮廓第3章表面精度6、评定粗糙度的基准线（中线）在处理粗糙度结果时，必须建立一个新的坐标，该坐标就是基准线。xzlrlr基准线应穿过轮廓，且与轮廓走向一致，因此也称为中线。3.3表面轮廓第3章表面精度确定轮廓中心的方法有两种：（1）、轮廓的算术平均中线若中线与轮廓所包围的面积上下相等，则称为算数平均中线，有无数条。3.3表面轮廓第3章表面精度(2)、轮廓最小二乘中线满足，是唯一的一条线。min2izxzizi3.3表面轮廓第3章表面精度1.轮廓的算术平均偏差Ra3.3.2、表面轮廓的评定参数Ra——在取样长度lr范围内，轮廓上各点至中线的纵坐标值Z(x)的绝对值的算术平均值。dxxzlRalr01niixznRa113.3表面轮廓xzilrZ(x)第3章表面精度Rz——在一个取样长度lr范围内，被评定廓的最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之和的高度。2.轮廓的最大高度RzlrzxRz=Rp＋Rv3.3表面轮廓第3章表面精度3.轮廓单元的平均宽度RSmlrzxxS1xS2xS3xS4xS5xS6xS7miSixmRSm11轮廓单元：沿中线方向上一个轮廓峰与相邻轮廓谷的距离。3.3表面轮廓第3章表面精度xlrzxcMl1Ml2Ml3Ml4Ml5Ml6%niinRmrMll111004、轮廓支承长度率Rmr该参数可较好反映耐磨性3.3表面轮廓第3章表面精度国家标准规定的粗糙度参数有：幅度参数：Rz、Rc、Rt、Ra、Rq、Rsh、Rku间距参数：RSm混合参数：R△q曲线和相关参数：Rmt(c)、Rδc、Rmr设计中，最常用的参数是幅度参数Ra或Rz，其他参数根据需要选择，使用较少。3.3表面轮廓第3章表面精度3.4表面粗糙度及其应用GB/T3505-1983：表面粗糙度的术语、表面及参数GB/T3505-2000：表面结构的术语定义及参数代替GB/T3505-1983GB/T1031-1995：参数及数值规定GB/T131-1993：符号、代号及注法GB/T131-2006：产品文件中表面结构的表示代替GB/T131-1993表面粗糙度主要标准的应用情况：与GB/T3505-1983配套与GB/T3505-2000配套第3章表面精度3.4.1新旧标准的主要差别1、内容上的差别新标准包括对粗糙度轮廓（R）、波度轮廓W）、原始轮廓（P），旧标准仅为表面粗糙度的评定。2、主要评定参数的符号、定义的差别（1）轮廓算术平均偏差Ra：新老标准符号、定义相同；（2）轮廓最大高度Rz(旧标准Ry）：定义相同；（3）微观不平度十点高度Rz（旧标准，新标准无此项目）；（4）轮廓单元的平均宽度RSm（旧标准微观不平度的平均间距Sm）定义相同；（5）轮廓单峰平均间距S（旧标准，新标准无此项目）；（6）轮廓支承长度率Rmr（旧标准tP）定义相同。3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度3.4.2表面粗糙度的图样标注（GB/T131-1993）1、表面粗糙度的符号和代号基本符号：用任意方法获得的表面用去除材料的方法获得的表面不去除材料的方法获得的表面edbc/faa—幅度参数的允许值（μm）b—加工方法或其它表面处理；c—取样长度（mm）d—加工纹理方向符号e—加工余量（mm）f—间距参数值或其他参数。3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度2、粗糙度代号及数值的标注（旧国标）这里仅举例说明最常用的幅度参数标注（去除材料）3.23.21.6Rz3.23.2max3.2max1.6minRz3.2maxRa上限值为3.2μmRa上限值为3.2μm,下限值为1.6μmRz上限值为3.2μmRa最大值为3.2μmRa最大值为3.2μm,最小值为1.6μmRz最大值为3.2μm3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度0.1＝精磨0.7/RSm0.050.83.4表面粗糙度及其应用进行精磨，加工余量为0.1mm，Ra上限值为0.8μm，取样长度为0.7mm，轮廓单元平均宽度RSm的上限值为0.05mm。第3章表面精度（1）应将代号标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面。3、注意事项3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度（2）当选用Ra，“Ra”本身可以省略；其余参数都应标出；3.2（3）上限值和最大值区别：上限值：允许有16%的实测值超过规定的上限值最大值：所有的实测值皆不能超过允许值3.2maxRz3.20.1＝精磨0.7/RSm0.050.83.23.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度（4）其余标注与全周标注图上所有未标注的表面粗糙度Ra的允许值皆为25μm图上封闭轮廓全周表面粗糙度Ra的允许值皆为6.3μm3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度表面结构符号分类的变化：3.4表面粗糙度及其应用2、表面结构要求标注方法新标准GB/T131-2006第3章表面精度新旧国标的差别edbc/faa—幅度参数的允许值（μm）b—加工方法或其它表面处理；c—取样长度（mm）d—加工纹理方向符号e—加工余量（mm）f—间距参数值或其他参数。edbaca—表面粗糙度的允许值（μm）b—加工方法c—同一表面的粗糙度有不同要求d—加工纹理方向e—加工余量（mm）旧国标新国标3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度允许采用去除材料的方法获得Rz12.5时，表面结构参数标注修改前后对比Ra1.6Rz12.51.6Rz12.5Rz12.5Rz12.53.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度3.4.3表面粗糙度精度设计零件图样上的每一个表面都必须规定表面粗糙度轮廓的技术要求，其主要内容有两项：（1）、选择哪些评定参数；（2）、评定参数的允许值选多大。表面粗糙度轮廓的评定参数及允许值的大小应根据零件的功能要求和经济性来选择。3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度国家标准规定的粗糙度参数有：幅度参数：Rz、Rc、Rt、Ra、Rq、Rsh、Rku间距参数：RSm混合参数：R△q曲线和相关参数：Rmt(c)、Rδc、Rmr设计中，最常用的参数是幅度参数Ra或Rz，其他参数根据需要选择，使用较少。1、评定参数的选择3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度2、粗糙度参数允许值的选择在图样上，粗糙度是用特定符号和相应的允许值表示，例如：3.2允许值越小，它的工作性能就越好，使用寿命也越长，但加工成本要相应提高。因此，选择允许值的基本原则是：在满足零件功能要求的前提下，应尽量选用较大的参数值，以获得最佳的技术经济效益。3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度选择粗糙度参数允许值应注意以下几点：（１）粗糙度参数允许值已经标准化，应选择规定的参数值；3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度第3章表面精度（2）重要工作面的允许值应该小。如摩擦表面，运动速度高、单位面积压力大，要求配合性质稳定的表面等。（3）粗糙度参数的允许值应与尺寸公差、形状公差协调。同时可参考应用实例。3.4表面粗糙度及其应用第3章表面精度Ra（μm）应用举例0.0080.012量块的工作表面;高精度测量仪器的测量面和摩擦机构的支撑面;仪器的测量表面和高精度间隙配合零件的工作表面；尺寸超过100mm的量块工作表面等0.0250.05量仪中中等精度间隙配合零件的工作表面；保证高度气密的结合表面;特别精密的滚动轴承套圈滚道、滚球及滚柱表面；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0.100.20工作时承受较大反复应力的重要零件表面；保证零件的疲劳强度、耐蚀性和耐久性，并在工作时不破坏配合特性的表面；精密机床主轴配合表面；液压传动用孔的表面；阀的工作面；气缸内表面；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0.40要求能长期保持所规定的配合特性的孔H6,7级精度的齿轮工作面；与2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；滑动轴承轴瓦的工作表面；受力螺栓的圆柱表面，曲轴和凸轮轴的工作表面；发动机气门头圆锥面，与橡胶油封相配的轴表面等0.80要求保证定心及配合特性的表面；锥销与圆柱销的表面；与5级和4级精