几何精度控制技术-第三章表面粗糙度.ppt

兰州交通大学机电工程学院,几何精度控制技术,主 讲 赵志刚,flapping,13919960511,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,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,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,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,),。,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（,primary profile,）误差,表面波纹度（,waveness,）误差以及表面缺陷,中间几何形状误差,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,表面粗糙度是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。,表面精度要求可以用表面缺陷、表面粗糙度和表面波纹度三种精度规范来表示。,目前，还没有划分表面粗糙度、波度和形状误差的国家标准，也有按波距的大小来考虑。波距小于,1mm大体呈周期变化的属于表面粗糙度范畴；波距在,1,10mm,之间，并呈周期性变化的属于表面波度范畴；波距在,10mm,以上而无明显周期性变化的属于表面形状误差的范畴。,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。,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,110mm,之间呈周期性变化的不平程度。,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,。,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。,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,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,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。,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,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,ISO 4287,：,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/T 3505-2000,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/T 10610-1998,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/T 1031-1995,表面粗糙度 参数及其数值,GB/T 131 1993,机械制图 表面粗糙度符号、代号及其标注,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,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,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,=5,Lr,第三章 表面粗糙度及测量,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,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,第三章 表面粗糙度及测量,2,、最大轮廓谷深,3,轮廓的最大高度,第三章 表面粗糙度及测量,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,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,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,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,l,r,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。,2,、评定长度,l,n,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,l,n,=5l,r,。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,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,l,r,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：,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,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,l,r,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：,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。,（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,R,a,:,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。,测得的,R,a,值越大，则表面越粗糙。,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,l,r,内，被测轮廓上,5,个最大轮廓峰高,(,y,pi,),的平均值与,5,个最大的轮廓谷深,(,y,vi,),的平均值之和。,测得的,R,z,值越大，则表面越粗糙。,R,z,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）。,特点：,第三章 表面粗糙度及测量,（,3,）轮廓最大高度,R,y,在取样长度,l,r,内，轮廓的最高峰顶线和最低谷底线之间的垂直距离。,R,y,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。,三个评定主参数对照,:,a,：,能客观地反映表面微观几何形状的特征。,z,：,反映表面微观几何形状特征方面不如,a,全面，但测量方便。,y,：,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,a,、,z,不能测量极小面积的不足。,第三章 表面粗糙度及测量,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,S,m,在取样长度,l,r,内，轮廓微观不平度的间距,S,mi,的平均值。,轮廓微观不平度的间距,S,mi,，,是指含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度。,（,2,）轮廓单峰平均间距,S,在取样长度,l,r,内，轮廓的单峰间距,S,i,的平均值。,轮廓单峰间距,S,i,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,S,m,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，,S,m,反映了轮廓对于中线的交叉密度，,S,则表征了峰的密度。,3.,与形状特性有关的评定参数,轮廓支承长度率,t,p,在取样长度,l,r,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,b,i,之和称为轮廓支承长度,p,。,p,与取样长度,l,r,之比称之为轮廓支承长度率,t,p,。,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，,t,p,值应对应于水平截距,c,给出。,轮廓支承长度率,t,p,用百分率表示，水平截距,c,用,m,或轮廓最大高度,R,y,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。,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,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,0.025,6.3,m,，,Rz,为,0.125,m,），,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,6.3m,）或过于光滑（,Rz,0.025m,）时，可选用,Rz,；当零件较软时，可采用,Rz,。（采用,Rz,作为评定参数的原因是：一方面，由于触针式轮廓仪功能的限制，不适 应于极光滑表面和粗糙表面；另一方面，对测量部位小、峰谷 少或有疲劳强度要求的零件表面，选用,Rz,作为评定参数，方便、可靠。）,超精加工表面用,Rz,；,微小面积用,Ry,；,如顶尖、刀具的刃部、仪表的小元件的表 表面,Ry,也可与,Ra,、,Rz,联用，控制表面微观裂纹。,国家标准规定，确定表面粗糙度时，高度特征参数是基本的评定参数，其他的为附加评定参数。,*评定参数值的选用,原则：在满足功能要求的前提下，尽量选用大的参数值。,方法：采用类比法选择,类比法选择表面粗糙度参数值时,可先根据经验统计资料初 步选定表面粗糙度参数值,然后再对比工作条件作适当调整。,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,*调整时应考虑的 因素：,同一零件上，工作表面的粗糙度值应比非工作表面小。摩擦表面的粗糙度值应比非摩擦面小。,运动速度高，单位面积压力大的表面数值要小。,交变载荷的工作面的粗糙度数值应小一些。,配合性质要求越稳定，数值应小。同一公差等级轴的表面粗糙度值应比孔的数值小。,表面粗糙度数值与尺寸、形位公差协调。,尺寸精度和形状精度要求高的表面，粗糙度数值应小一些。,防腐性、密封性要求高、外表美观的表面，粗糙度值应小。,要求耐腐蚀的零件表面，粗糙度数值应小一些。,凡有关标准已对表面粗糙度要求作出了规定,(,如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面等,),的，则应按该标准确定表面粗糙度参数值。,表面粗糙度的基本符号,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,1,、符号：,:,用不限定方法获得表面,：用去除材料方法获得表面,：用不去除材料方法获得表面,表面粗糙度轮廓的符号和代号,由,GB/T131-93,机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法,规定。,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,2,、,代号：,a,、,主参数允许值；,b,、,加工方法；,c,、,取样长度；,d,、,加工纹理方向；,e,、,加工余量；,f,、,间距参数。,若仅需要加工，但对表面粗糙度的其他规定没有要求时，允许只注表面粗糙度符号。,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,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,三、,表面粗糙度图样标注,位置：标在可见轮廓线、尺寸界线上，及其延长线上,方向：符号尖端从材料外指向材料里，代号数字及符号的注写方向必须与尺寸数字方向一致。,当零件的大部分表面的粗糙度值要求相同时，不必一一标注，对其中使用最多的一种符号、代号可统一注在图样的右上角，并加注“其余”两字，如图所示。,当零件所有表面具有相同的表面粗糙度轮廓技术要求时，可以采用图示的表面粗糙度轮廓特殊符号，即在三个基本符号的长边加一条横线，并且在长边与横线的拐角处加一个小圆。,齿轮、渐开线花键、螺纹等工作表面没有画出齿,(,牙,),形时，其表面粗糙度特征代号可分别按图的标注方式。,若零件需要局部热处理或局部镀,(,涂,),时，应使用粗点划线画出其范围，并标注相应的尺寸，也可将其要求注在表面粗糙度符号内，如图所示。,表面粗糙度技术要求其它项目的标注,1.,按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样上省略标,注，否则应按如图所示方法标注取样长度，图中取样长,长度取值为,0.8,mm,。,2.,如果某表面的粗糙度要求按指定的加上方法（如铣削）,获得时、可用文字标注见图。,3.,如果需要标注加工余量（设加工总余量为,5,mm,），应将,其标注见图。,4.,如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹理方向,符号如图。标准规定了加工纹理方向符号如下页所示。,例：,用磨削的方法获得的表面的,R,a,的最大值为,1.6um,，非标准的取样长度为,0.7mm,，间距参数,Sm,不得超过,0.05mm,，加工纹理方向平行于标注代号的视图的投影面。,第四节 表面粗糙度的测量,目测或感触法,非接触测量法,接触测量法,双管显微镜,干涉显微镜,聚焦探测法,扫描电子显微镜,扫描探针显微镜,电动轮廓仪,迈克尔逊干涉式触针测量仪,光栅干涉式触针测量仪,三维表面侧糙度自动测量分析系统,二、测量表面粗糙度的注意事项,1,测量方向,2,测量部位,3,测量部位,4,表面缺陷,第三章 表面粗糙度及测量,第四节 表面粗糙度参数的测量,粒子束轰击后硅片表面粗,糙度原子力显微镜照片,第三章 表面粗糙度及测量,粗,糙度,处理结果,第三章 表面粗糙度及测量,Thank You!,