精度设计与控制基础

1、第三章第三章 表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度与微观表面质量表面粗糙度与微观表面质量表面粗糙度国家标准介绍表面粗糙度国家标准介绍表面粗糙度的选择与应用表面粗糙度的选择与应用表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量3.13.1表面粗糙度与微观表面质量表面粗糙度与微观表面质量由于切削过程中的：由于切削过程中的：刀痕刀痕切屑分离时的塑性变形切屑分离时的塑性变形刀具和被加工表面间的摩擦刀具和被加工表面间的摩擦工艺系统中的高频振动等。工艺系统中的高频振动等。1、产生的原因及定义：、产生的原因及定义：加工表面上留下的凸凹不平的痕加工表面上留下的凸凹不平的痕迹，这些痕迹是由许多微小的凸迹，这些痕迹是由许多微小的凸峰和

2、凹谷组成的，峰和凹谷组成的，其其微小峰谷的微小峰谷的高低以及细密程度构成的微观几高低以及细密程度构成的微观几何形状特性称为表面粗糙度。何形状特性称为表面粗糙度。2 2、表面粗糙度、表面波纹度、形状误差的划分表面粗糙度、表面波纹度、形状误差的划分(1)波距小于波距小于1mm，属于微观几何形状误差，属于微观几何形状误差表面粗糙度。表面粗糙度。(2)波距波距10mm以上的且不呈明显周期性变化的以上的且不呈明显周期性变化的宏观的几何形宏观的几何形状误差。状误差。(3)波距介于波距介于110mm的并呈周期性变化的的并呈周期性变化的表面波纹度表面波纹度3 3、表面粗糙度对零件性能的影响、表面粗糙度对零件性

3、能的影响影响零件的耐磨性影响零件的耐磨性影响零件配合性质影响零件配合性质影响零件的疲劳强度影响零件的疲劳强度影响零件的接触刚度影响零件的接触刚度影响零件的抗腐蚀性影响零件的抗腐蚀性零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合强度等强度等4 4、国家标准的演变、国家标准的演变1983年称表面粗糙度年称表面粗糙度GB1031-68GB131-74GB 3505-83 术语定义及参数术语定义及参数GB 1031-83 参数及其数值参数及其数值GB 131-83 表面粗糙代号及其注法表面粗糙代号及其注法 GB/T3505 -2000 GB

4、/T1031-1995 GB/T131-1993表面光洁度表面光洁度GB6060.1-85 表面粗糙度比较样块表面粗糙度比较样块 铸造表面；铸造表面；GB6060.2-85 表面粗糙度比较样块表面粗糙度比较样块 磨、车、镗、铣、插及刨加工表面磨、车、镗、铣、插及刨加工表面；GB 6060.3-86 表面粗糙度比较样块表面粗糙度比较样块 电火花加工表面；电火花加工表面；GB 6060.4-87 表面粗糙度比较样块表面粗糙度比较样块 抛光加工表面；抛光加工表面；BG6060.5-88 表面粗糙度比较样块表面粗糙度比较样块 (喷喷)丸、喷砂加工表面；丸、喷砂加工表面；GB6061-85 轮廓法测量表

5、面粗糙度的仪器轮廓法测量表面粗糙度的仪器-术语；术语；GB6062-85 轮廓法触针式表面粗糙度测量仪轮廓法触针式表面粗糙度测量仪轮廓记录仪及中级制轮廓计；轮廓记录仪及中级制轮廓计；GB1061089 触针式仪器测量表面粗糙度的规则和方法；触针式仪器测量表面粗糙度的规则和方法；GB/T124722003 木制件表面粗糙度参数及其数值木制件表面粗糙度参数及其数值3.2 3.2 表面粗糙度表面粗糙度GBGB介绍介绍一、主要术语及定义一、主要术语及定义1.1.取样长度取样长度l定义：定义：评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度，它在轮廓总的走向评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度，它在轮廓总的走向上量

6、取。上量取。作用：作用：为了限制和减弱为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响取法：取法：一般在一个取样长度内应包含个以上的波峰和波谷。一般在一个取样长度内应包含个以上的波峰和波谷。2 2、评定长度、评定长度ln定义：定义：在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。作用：作用：反映加工表面的不均匀性。反映加工表面的不均匀性。取法：取法： 最小的评定长度等于取样长度；最小的评定长度等于取样长度；由由5 5个连续取样长度个连续取样长度构成的评构成的评定长度为标准的评定长度。定长度为标准的评定长度。一、主要术语及定义（一

7、、主要术语及定义（2 2）包络线制包络线制(E(E制制):):适于非切削加工表面适于非切削加工表面中线制中线制(M(M制制):):GBGB及及ISOISO推荐采用推荐采用3 3、评定基准、评定基准 轮廓中线轮廓中线m： 以轮廓中线为评定表面粗糙度数值的基准线。以轮廓中线为评定表面粗糙度数值的基准线。 中线位置的确定方法有两种：中线位置的确定方法有两种：min12niiy（1 1）轮廓最小二乘中线）轮廓最小二乘中线m m：在取样长度内，使轮廓线上各点的在取样长度内，使轮廓线上各点的轮廓偏距的平方和为最小的线。即：轮廓偏距的平方和为最小的线。即：（2）轮廓算术平均中线）轮廓算术平均中线m ：在取样

8、长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等在取样长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线的直线 。即：。即：F1+F3+F2n-1= F2+F4+F2n一、术语及定义（一、术语及定义（3 3）一、主要术语及定义（一、主要术语及定义（4）4 4、表面加工纹理、表面加工纹理二、评定参数及定义二、评定参数及定义GB规定：规定：三个与轮廓幅度有关的参数三个与轮廓幅度有关的参数(基本评定参数基本评定参数)：轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra微观不平度十点高度微观不平度十点高度Rz轮廓最大高度轮廓最大高度Ry二个与轮廓间距有关的参数：二个与轮廓间距有关的参数： 轮廓微观不平度平均

9、间距轮廓微观不平度平均间距Sm 轮廓单峰平均间距轮廓单峰平均间距S一个与微观形状有关参数一个与微观形状有关参数: : 轮廓支承长度率轮廓支承长度率tp1 1、微观不平度十点高度、微观不平度十点高度z z（1）定义）定义 在取样长度内，个最大的轮廓峰高在取样长度内，个最大的轮廓峰高ypi平均值与平均值与5个最大轮廓个最大轮廓谷深谷深yvi平均值之和。即：平均值之和。即：55151iviipizyyR55151jjiizhhR或或1 1、微观不平度十点高度、微观不平度十点高度z zo特点特点优点：简单、直观优点：简单、直观缺点：不反映形状缺点：不反映形状RzRz2 2、轮廓算术平均偏差、轮廓算术平

10、均偏差RaRa定义：定义：在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的算术平均值，即算术平均值，即dxy(x)lRla01niiaynR11或或3 3、轮廓最大高度、轮廓最大高度y yo定义：定义：在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。的距离。 Ry =ypmax+yvmaxRy4 4、轮廓微观不平度平均间距、轮廓微观不平度平均间距S Sm m定义：定义：o在取样长度内，轮廓微观不平度的间距的在取样长度内，轮廓微观不平度的间距的S Smimi平均值。平均值。o所谓所谓S Smimi是指

11、一个轮廓峰和相邻的是指一个轮廓峰和相邻的 轮廓谷在中线上的一段长度。轮廓谷在中线上的一段长度。nimimSnS115 5、轮廓单峰平均间距、轮廓单峰平均间距S S定义：定义：o在取样长度内，轮廓单峰在取样长度内，轮廓单峰S Si i间距的平均值。间距的平均值。o所谓所谓S Si i是指两相邻单峰的最高点之间沿中线方向上的距离。是指两相邻单峰的最高点之间沿中线方向上的距离。niiSnS116 6、轮廓支承长度率、轮廓支承长度率t tP P定义：定义：p在取样长度内，一平行于中线且与峰顶线相距为在取样长度内，一平行于中线且与峰顶线相距为C C的线与轮的线与轮廓峰相截所得到的各段截线之和与取样长度之

12、比。廓峰相截所得到的各段截线之和与取样长度之比。p计算式如下：计算式如下：llbtpniip/1pp: :轮廓支承长度轮廓支承长度t tp p轮廓的形状特性参数轮廓的形状特性参数Ra,Sm等是相同的等是相同的,但对零件功能的影响但对零件功能的影响?总结：总结：高度方向的评定参数：高度方向的评定参数：轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra微观不平度十点高度微观不平度十点高度Rz轮廓最大高度轮廓最大高度Ry间距参数：间距参数：轮廓微观不平度平均间距轮廓微观不平度平均间距Sm轮廓单峰平均间距轮廓单峰平均间距S形状特性参数：形状特性参数：轮廓支承长度率轮廓支承长度率tp三、评定参数的数值规定及图样标注三

13、、评定参数的数值规定及图样标注1 1、评定参数的数值规定、评定参数的数值规定 Ra0.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100GB规定的表面粗糙度评定参数允许值为见表规定的表面粗糙度评定参数允许值为见表3-1表表3-4：RzRy0.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.525501002004008001600Rz、Ry的的补充补充系列系列0.0320.0400.0630.0800.1250.1600.250.320.500.631.001.252.02.54.05.08.010.016020324063801251602

14、5032050063010001250Ra的的补补充充系系列列0.0080.0100.0160.0200.0320.0400.0630.0800.1250.1600.250.320.500.631.001.252.02.54.05.08.010162032406380表表3-1表表3-21 1、评定参数的数值规定（续）、评定参数的数值规定（续）tp%1015202530405060708090Ra mRz、Ry ml mmlnmm0.0080.020.020.10.12.02.010.010.080.00.0250.100.100.500.5010.010.050.050.03200.08 0

15、.25 0.8 2.5 8.0 0.4 1.25 4.0 12.5 40.0表表3-4选用选用tp时，必须同时给出轮廓水平截距时，必须同时给出轮廓水平截距C的数值。的数值。C值多用值多用Ry百分数表示。百分数表示。表表3-5 取样长度、评定长度与评定参数的对应关系取样长度、评定长度与评定参数的对应关系若取样长度若取样长度l按表按表3-53-5选定时，在图样上省略不标，否则应在图选定时，在图样上省略不标，否则应在图样上标注出取样长度。样上标注出取样长度。2 2、表面粗糙度代号及标注、表面粗糙度代号及标注基本符号，表示表面可用任何方法获得。仅适用于简化代号标注。基本符号，表示表面可用任何方法获得。

16、仅适用于简化代号标注。表示表面是用去除材料的方法获得。如车、铣、钻、磨、电火化加工等表示表面是用去除材料的方法获得。如车、铣、钻、磨、电火化加工等表示表面是用不去除材料的方法获得。如铸、锻、冲压、冷轨等表示表面是用不去除材料的方法获得。如铸、锻、冲压、冷轨等表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求(1)、表面粗糙度的符号、表面粗糙度的符号（2）、）、Ra的标注的标注当选用当选用Ra时，可省略代号时，可省略代号Ra，只注出，只注出Ra值。值。2 2、表面粗糙度代号及标注（、表面粗糙度代号及标注（2 2）用任何方法获得的表面粗糙度，用任何方法获得的表面粗糙度，Ra的

17、上限值为的上限值为3.2m。用任何方法获得的表面粗糙度，用任何方法获得的表面粗糙度，Ra的最大值为的最大值为3.2m。用去除材料方法获得的表面粗用去除材料方法获得的表面粗糙度，糙度， Ra的上限值为的上限值为3.2m。用去除材料方法获得的表面用去除材料方法获得的表面粗糙度，粗糙度， Ra的最大值为的最大值为3.2m。用不去除材料方法获得的表面用不去除材料方法获得的表面粗糙度，粗糙度， Ra的上限值为的上限值为3.2m。用不去除材料方法获得的表用不去除材料方法获得的表面粗糙度，面粗糙度， Ra的最大值为的最大值为3.2m。用去除材料方法获得的表面粗用去除材料方法获得的表面粗糙度，糙度， Ra的上

18、限值为的上限值为3.2m，下限值为下限值为1.6m。用去除材料方法获得的表面用去除材料方法获得的表面粗糙度，粗糙度， Ra的最大值为的最大值为3.2m，最小值为，最小值为1.6m。3.23.23.21.63.23.2max3.2max3.2max3.2max1.6min表面粗糙度表面粗糙度Ra的标注示例：的标注示例：2 2、表面粗糙度代号及标注（、表面粗糙度代号及标注（3 3）（3）Ry、Rz的标注的标注当选用当选用Ry、Rz时，需在允许值前加注时，需在允许值前加注Ry、Rz。用任何方法获得的表面，用任何方法获得的表面，Ry的的上限值为上限值为3.2m。用任何方法获得的表面，用任何方法获得的表

19、面，Ry的的最大值为最大值为3.2m。用去除材料方法获得的表面，用去除材料方法获得的表面， Rz的上限值为的上限值为6.3m。用去除材料方法获得的表面，用去除材料方法获得的表面， Rz的最大值为的最大值为3.2m。用去除材料方法获得的表面，用去除材料方法获得的表面， Ra的上限值为的上限值为3.2m，Ry的上的上限值为限值为12.5m。用去除材料方法获得的表面，用去除材料方法获得的表面， Ra的最大值为的最大值为3.2m，Ry的最的最大值为大值为12.5m用去除材料方法获得的表面，用去除材料方法获得的表面， Ra的上限值为的上限值为3.2m，下限值为，下限值为1.6m。用去除材料方法获得的表面

20、用去除材料方法获得的表面粗糙度，粗糙度， Rz的最大值为的最大值为3.2m，最小值为最小值为1.6m。Ry3.2Rz6.3Rz3.2Rz1.6 3.2Ry12.5Ry3.2maxRz6.3max 3.2maxRy12.5maxRz3.2maxRz1.6min2 2、表面粗糙度代号及标注（、表面粗糙度代号及标注（4 4）（4）表面粗糙度的其它规定）表面粗糙度的其它规定根据零件表面的功能需要和表面粗糙度高度参数值的测量要求等根据零件表面的功能需要和表面粗糙度高度参数值的测量要求等，还可以对表面粗糙度的标注作出其它一些规定，还可以对表面粗糙度的标注作出其它一些规定，包括包括l、S、Sm、tp、指定加

21、工方法、加工纹理方向的控制和加工余量等。、指定加工方法、加工纹理方向的控制和加工余量等。1、 2表示粗糙度高度参数代号及数值表示粗糙度高度参数代号及数值m 。b表示加工要求，镀涂或其它表面处理。表示加工要求，镀涂或其它表面处理。c表示取样长度（表示取样长度（mm）或表面波纹度。）或表面波纹度。d表示加工纹理方向符号表示加工纹理方向符号e表示加工余量表示加工余量(mm).f表示粗糙度间距参数值表示粗糙度间距参数值(mm)或轮廓支承长度率。或轮廓支承长度率。2 2、表面粗糙度代号及标注（、表面粗糙度代号及标注（5 5）oGB 131新修订版新修订版单一表面结构要求的位置：单一表面结构要求的位置：表

22、面结构参数符号表面结构参数符号，数字极限值和传输带，数字极限值和传输带/取样长度。取样长度。 加工方法加工方法加加工工余余量量加工纹理和方向加工纹理和方向两个或多个表面结构要求。两个或多个表面结构要求。例例1：例例2：例例3：图形法标注时：图形法标注时：2 2、表面粗糙度代号及标注（、表面粗糙度代号及标注（6 6）oGB 131-1983与与GB/T 131-1993标注的比较标注的比较3.23.2max3.2GB 131-83：Ra 3.2m为最大允许值为最大允许值GB 131-93：Ra 3.2m为上限值为上限值GB 131-93：Ra 3.2m为最大允许值为最大允许值GB 131-93规

23、定：规定：当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中，当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中，超过规定值的个超过规定值的个数少于总数的数少于总数的16%16%时，时，应在图中标注表面粗糙度参数的应在图中标注表面粗糙度参数的上限值或上限值或下限值；下限值；当要求在表面粗糙度参数当要求在表面粗糙度参数所有实测值不允许超过规定值时所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注表面粗糙度应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值参数的最大值或最小值。2 2、表面粗糙度代号及标注（、表面粗糙度代号及标注（7 7）表面粗糙度标注方法示例表面粗糙度标注方法示例在同一图样上，每一表面一在同一图样上，每一表面一般只标注

24、一次符号、代号。般只标注一次符号、代号。表面粗糙度符号、代号一般表面粗糙度符号、代号一般注在可见轮廓线、尺寸界线、注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上。引出线或它们的延长线上。符号的尖端必须从材料外指符号的尖端必须从材料外指向表面向表面当零件的大部分表面具有相当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时，统一同的表面粗糙度要求时，统一注在图样的右上角，并加注在图样的右上角，并加“其其余余”二字二字3.33.3表面粗糙度的选择与应用表面粗糙度的选择与应用一、评定参数的选择一、评定参数的选择二、参数允许值的确定二、参数允许值的确定三、正确的图样标注三、正确的图样标注一、一、 评定参数的

25、选择评定参数的选择o首先应考虑零件使用功能要求的侧重及各评定参数的特征，其首先应考虑零件使用功能要求的侧重及各评定参数的特征，其次应考虑仪器设备条件等因素。次应考虑仪器设备条件等因素。推荐优先选用推荐优先选用Ra值，值，通常采用电动轮廓仪用针描法进行测量，其测量范围是通常采用电动轮廓仪用针描法进行测量，其测量范围是0.025-6.3m。Rz也是一个常用的基本评定参数也是一个常用的基本评定参数，因为该参数直观易测，一般光学仪器：双，因为该参数直观易测，一般光学仪器：双管显微镜、干涉显微镜等即可测量。管显微镜、干涉显微镜等即可测量。对于某些不允许出现较大的加工痕迹的零件表面，以及对疲劳强度要求较高

26、对于某些不允许出现较大的加工痕迹的零件表面，以及对疲劳强度要求较高的表面，的表面，可以在选择大可以在选择大Ra或或Rz的时，加选的时，加选Ry 。对于仪表、轴承行业中的小零件，难以取得规定的取样长度，选用对于仪表、轴承行业中的小零件，难以取得规定的取样长度，选用Ry。当某些关键零件的主要表面有更多的功能要求时当某些关键零件的主要表面有更多的功能要求时,就就需要选用需要选用Sm 、 S来控来控制微观不平度横向间距的细密度制微观不平度横向间距的细密度。在数值相同的情况下，。在数值相同的情况下，对表面耐磨性有一对表面耐磨性有一定的要求时，需加选定的要求时，需加选tp来进一步控制和保证加工表面的质量。

27、来进一步控制和保证加工表面的质量。二、参数允许值的确定二、参数允许值的确定表面粗糙度参数值的选择原则是表面粗糙度参数值的选择原则是：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（取较大的参数值（tp值反之）。值反之）。具体选用时，采用类比法确定表面粗糙度参数值，具体选用时，采用类比法确定表面粗糙度参数值，再对比具体的工作条件做适再对比具体的工作条件做适当的调整，调整过程中应注意以下几点：当的调整，调整过程中应注意以下几点： 同一零件上，同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；工作表面比非工作表面粗糙度值小； 摩擦表面粗糙度要求高于非摩擦表面摩擦

28、表面粗糙度要求高于非摩擦表面，滚动摩擦表面高于滑动摩擦表面，滚动摩擦表面高于滑动摩擦表面，运动速度高、单位面积承受压力大的表面粗糙度要求高些；运动速度高、单位面积承受压力大的表面粗糙度要求高些； 承受交变载荷的表面及容易引起应力集中的部分，承受交变载荷的表面及容易引起应力集中的部分，粗糙度要求高些；粗糙度要求高些； 对配合性质有稳定可靠性要求的表面对配合性质有稳定可靠性要求的表面，粗糙度要求应高些；，粗糙度要求应高些； 配合性质相同时，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度要求要高些；配合性质相同时，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度要求要高些； 对特殊用途的零件，表面粗糙度参数值的选择应按照特殊

29、要求考虑。对特殊用途的零件，表面粗糙度参数值的选择应按照特殊要求考虑。二、参数值的确定方法（）二、参数值的确定方法（）应考虑尺寸公差、形状公差、表面粗糙度三者之间的关系应考虑尺寸公差、形状公差、表面粗糙度三者之间的关系o一般尺寸公差、形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但一般尺寸公差、形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但三者之间并不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。三者之间并不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。o在正常的工艺条件下，三者之间有一定的对应关系，在正常的工艺条件下，三者之间有一定的对应关系，设形状设形状公差为公差为T T，尺寸公差为，尺寸公差为ITIT，它们之间的关系

30、可参照以下对应关，它们之间的关系可参照以下对应关系系：若若T0.6 IT，则，则Ra0.05 IT； Rz 0.2 IT若若T0. IT，则，则Ra0.0IT； Rz 0.1 IT若若T0.4 IT，则，则Ra0.025 IT； Rz 0.1 IT若若T0.25 IT，则，则Ra0.012 IT； Rz 0.05 IT若若T0.25 IT，则，则Ra0.15 T； Rz 0.6 T二、参数值的确定方法（二、参数值的确定方法（3）例：某齿轮减速器的轴与滚动轴承配合的轴颈，其基本尺寸例：某齿轮减速器的轴与滚动轴承配合的轴颈，其基本尺寸的的公差带代号为公差带代号为65k6 ，试确定其表面粗糙度参数，

31、试确定其表面粗糙度参数Ra的允的允许值。许值。解：根据上述关系式，轴颈表面属于重要表面，解：根据上述关系式，轴颈表面属于重要表面， T0. IT，则，则Ra0.0IT根据表根据表1-6：IT6=19mRa0.0IT=0.0419=0.76m查表查表3-1知：知：Ra取取0.8m如果根据零件功能要求，不允许采用如果根据零件功能要求，不允许采用0.8m，则可用补充系列值，则可用补充系列值0.63m3.4 3.4 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量常用的表面粗糙度的测量方法有：常用的表面粗糙度的测量方法有： 比较法比较法 光切法光切法 干涉法干涉法 针描法针描法比较法比较法-用表面粗糙度样板测量用表面粗糙度样板测量o比较法：比较法： 将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼或借助于放大将被测表面对照粗糙度样板，用肉眼或借助于放大镜，比较显微镜直接进行比较，也可以用手触摸，镜，比较显微镜直接进行比较，也可以用手触摸，划动感觉来判断被测表面的粗糙度。划动感觉来判断被测表面的粗糙度。o多用于车间，一般只用于评定表面粗糙度值较大的多用于车间，一般只用于评定表面粗糙度值较大的工件。工件。光切法光切法-用双管显微镜测量用双管显微镜测量o双管显微镜是应用双管