表面粗糙度轮廓及检测.ppt

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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,1 表面粗糙度轮廓的 基本概念,1.轮廓滤波器（Profile Filter）轮廓滤波器是指把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。,1 表面粗糙度轮廓的 基本概念,2.坐标系（Coordinate System）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（Real Surface）物体与周围介质分离的表面称为实际表面。,1 表面粗糙度轮廓的 基本概念,4.表面粗糙度的界定（Surface Profile）图5-1,被

2、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）来划分：波距1mm 属于表面粗糙度波距在110mm 属于表面波纹度波距10mm 属于形状误差,图5-2,实际表面轮廓经轮廓滤波器滤波后分为：,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（）状况。,间距,高低Z,1.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。,

3、另外，对密封性、接触刚度和零件的外观等都有很大影响。,2 表面粗糙度轮廓的评定一、取样长度、评定长度及传输带,ln 5 lr;,ln 5 lr。,3.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,3.传输带 长波轮廓滤波器的截止波长c=lr 短波轮廓滤波器的截止波长s（截止波长s和c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Rz，标准取样长度和标准评定长度（摘自GB/T 13012009、GB/T 106102009）、表示滤波器传输带s c 这两个极限值的标准化值取自GB/T 606

4、22002。,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(m),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。,2.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5-5,三、评定参数,1.幅度参数（高度参数）,（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）。,算术平均偏差Ra,（2）轮廓的最大高度 Rz,在lr内：Rz=Zpmax+Zvmax,Rz,最大

5、高度Rz,2.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。,3.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%,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

6、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。,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。,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

7、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。,表面粗糙度轮廓的参数数值,摘自GB/T1031-2009,Ra 的数值(m),Rz 的数值(m),Rsm 的数值(mm),Rmr(c)()的数值(mm),轮廓截面高度c用微米或Rz的百分数表示。,1.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。

8、,即基本参数的选用,（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),2.参数值的选用,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

9、于间隙配合的表面；,（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5.65.8。,（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 0.3T,t 0.4T 时，Ra 0.025T，Rz0.15T,t 0.25T 时，Ra 0.012T，Rz0.07T,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

10、形符号，来标注表面粗糙度轮廓各种不同的技术要求。,（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5-8,二、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。,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

11、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(m),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。,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”。,表面粗糙度的单一要求标注示例,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

12、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。,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。,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。,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,2.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

13、（2）同时标注上、下限值（图5-11）图5-11,3.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5-13,4.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）。c=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5-15,5.表面纹理的标注 需要标注表面

14、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。,图5-16,6.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5-17 7.加工余量的标注 图5-18,三、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

15、端必须从材料外指向并接触零件表面。,续表5.12,续表5.12,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,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（m）；,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,默认为上限值,如右图1、2,若为下限值时，必须标注“L”,如右图3,图

16、3,（2）同时标注上、下限,需要标注“U”、，“L”,如右图4所示。,不会引起误解时，可省略标 注“U”、“L”，如右图5所示。,3.极限值判断规则的标注,(1)16%规则(复习其含义)，其标注如下图所示（默认）。,图 9,（2）最大规则(复习其含义)，其标注如下图所示。,4、传输带、取样长度和评定长度的标注,（1）在图中未标注传输带、取样长度和评定长度的，则默认为采用标准化值（表5.5）,例如下图所示：,图 10,图 11,属于什么规则？,图 13,图 15,图 16,（2）需要标注传输带、取样长度和评定长度数值的,例如下图17、18 所示：,5、表面纹理的标注，见表5.11所示,例如下图1

17、9所示,其含义如下图20所示,图17,图18,传输带为0.0080.8mm,lr=0.8 mmln=5lr=4.0 mm(默认),传输带s为 默认，c=0.8mm,lr=0.8 mmln=3lr=2.4 mm,图20,纹理方向平行于视图所在的投影面,6、附加评定参数、加工方法和加工余量的标注,（1）附加评定参数的标注，如图21所示,（2）加工方法和加工余量的标注,如图22所示,轮廓单元的平均宽度为0.05mm,加工余量为2mm,加工方法为车削,三、表面粗糙度轮廓要求在零件图上的标注方法,1.一般规定,（1）对零件的每一表面一般只标注一次，并尽可能标注在相应尺寸及其 极限偏差的同一视图上。,（2

18、）除非另有说明，所标注的表面粗糙度轮廓要求是对完工零件表面。,（3）粗糙度的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。,（4）粗糙度的符号的尖端必须 从材料外指向并接触零件表面。,下面以表面粗糙度轮廓的幅度参数为例说明在零件图上的标注方法，其他技术要求为默认采用标准化值。,2.通用的标注方法,（1）代号注写和读取方向的标注方法,如图22所示 与尺寸的注写和读取方向一致,图 23,（2）代号的标注方法,标注在轮廓线或其延长线上和用箭头或带黑点(位于可见表面上)的指引线上，如图24 图27 所示。,图 24,图 27,图 26,63,在不引起误解的前提下，可标注在特征尺寸线上，如图2

19、8、29 所示。,可标注在 几何公差框格的上方，如图30所示。,图30,标注在 几何公差框格上面注出了特征尺寸的上方,如图31所示。,图31,3.简化标注,（1）某些表面有相同的表面粗糙度轮廓技术要求时,相同要求的 标注在标题栏附近，如图32所示。,图32,(2)某零件全部表面有相同的表面粗糙度轮廓技术要求的标注，如图 33 所示。,(3)对多个表面有相同表面粗糙度轮廓的技术要求或在图纸空间有限时的简化标注，如图34所示。,图 3 4,（4）当图样上某个视图构成封闭的轮廓，并各表面具有相同的表 面 粗糙度轮廓技术要求时，用特殊符号标注，如图35所示。,此标注只包括上、下和左、右四个表面，不包括

20、前、后两个表面,4、综合标注示例,（1）图12.3为减速器输出轴的零件图，其上标注了尺寸及其公差带代号、几何公差和表面粗糙度轮廓要求。,（1）图12.2为减速器齿轮的零件图，其上标注了尺寸及其公差带代号、几何公差和表面粗糙度轮廓要求。,本章重点:,1.表面粗糙度定义及其对机械零件使用性能的影响；2.传输带、取样长度、评定长度和最小二乘中线的概 念；3.表面粗糙度评定参数的名称、代号及其在图样上的 标注方法，必须要掌握基本参数的名称、代号和标 注方法；4.表面粗糙度的选用，表面粗糙度与尺寸公差和形状 公差之间的关系；5.掌握Ra和Rz的测量方法。,1.为什么要规定取样长度 lr？,2.表面粗糙度

21、的评定参数有几个？,3.表面粗糙度标注的图形符号有几种及其含义 是什么？,课堂练习:,评定长度 ln 和中线？,其名称和代号是什么？,4.试将下列要求标在图上：,(1)大端圆柱面：尺寸要求为5 h7 mm，,并采用包容要求，,表面粗糙度值a的上限值为0.8；,（2）小端圆柱面轴线对大端圆柱面轴线的同轴 度公差为30；,(3)小端圆柱面：尺寸为250.007mm，,圆度公差为0.01mm，,Rz的 最大值为1.6m，其余表面a 的上限值均为6.3。,作业题说明：,1.解释图5.15中标注的各表面粗糙度要求的含义。,2.用类比法分别确定50t5和50T6配合表面 Ra的上限值。（表5.7）,解：由

22、表5.7得 50t5：Ra0.2m；50T6：Ra0.4m。,3.在一般情况下，40H7和6H7、40H6f5和40H6s5相比，其表面何者精度要求高？,解：（1）一般情况下，40H7孔表面粗糙度精度要求比6H7孔表面低些，即 40H7孔表面的Ra或Rz值大于6H7孔 表面；,（2）一般情况下，40H6f5配合表面粗糙度精度要求比40H6s5配合 表面低些，即40H6f5配合表面的Ra或Rz值大于6H7孔 表面。,4.用双管显微镜测量表面糙度，测得数据如表5.13所示。目镜测微计的分度值 i0.6m，求Rz？,Rz=（Rz1+Rz2+Rz3+Rz4）4 i,（40+26+18+22）/4 0.6,16m,（5）其余表面的表面粗糙度轮廓参Ra的最大值为25m。,5.参看带孔齿坯图 5.16，试将下列的表面粗糙度轮廓的技术要求标注在图上（未指明要求的项目皆为默认的标准化值）。,（1）齿顶圆a的表面粗糙度轮廓幅度参数Ra的上限值为2m；,（2）齿坯的两端面b和c的表面粗糙度参数Ra的最大值为3.2m；,（3）30孔最后一道工序为拉削加工，表面粗糙度轮廓幅度参数 Rz 的上限值为12.5um，并注出加工纹理方向；,（4）尺寸为80.018键槽两侧面表面粗糙度轮廓参数Ra的上限值为3.2m；,图5.16,