第4章表面微觀輪廓精度

第四章表面微觀輪廓精度產生原因：1刀具或砂輪切削后遺留的刀痕2切削過程中切屑分離時的塑性變形3機床的振動等§4-1基本概念表面微觀輪廓誤差對零件使用性能的影響：1耐磨性2配合性質穩(wěn)定性3耐疲勞性4抗腐蝕性5耐密封性6導電性和導熱性7表面反射能力8流體流動阻力9表面接觸剛度10影響表面涂層質量表面粗糙度會影響金屬板的噴涂特性和噴涂表面的美觀程度。對于電鍍的機體表面，建議采用車削或端銑，而不用磨削，并控制紋路間距和溝槽截面形狀，以使鍍層牢固。相關國家標準：GB/T3505-2009《產品幾何技術規(guī)范（GPS)表面結構輪廓法術語、定義及表面結構參數(shù)》GB/T10601-2009《產品幾何技術規(guī)范（GPS)表面結構輪廓法評定表面結構的規(guī)則和方法》GB/T1031-2009《產品幾何技術規(guī)范（GPS)表面結構輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》GB/T131-2006《產品幾何技術規(guī)范（GPS)技術產品文件中的表面結構的表示法》GB/T15757-2002《產品幾何技術規(guī)范（GPS)表面缺陷術語、定義及參數(shù)》等§4-2表面微觀輪廓精度的評定

零件表面的粗糙度是否滿足設計要求，需要進行測量和評定。

為了使測量和評定結果統(tǒng)一，根據(jù)國家標準的要求，應規(guī)定取樣長度、評定長度、基準線和評定參數(shù)，且測量方向應垂直于表面的加工紋理方向。

一取樣長度和評定長度1取樣長度是指測量或評定表面粗糙度時所規(guī)定的一段基準長度，用符號lr表示。目的是限制、減弱波紋度、形狀誤差對測量結果的影響。取樣長度應適當，過短則不能反映表面的微觀起伏程度，過長則可能使測量結果受到波紋度甚至形狀誤差的影響。從以下的系列中選?。?/p>

0.08，0.25，0.8，2.5，8.0（mm）2評定長度是指為了合理且較全面地反映整個表面的粗糙度特征，而在測量和評定表面粗糙度時所必需的一段最小長度，用符號ln

表示。目的是限制、減弱表面加工不均勻性對測量結果的影響。評定長度可以包含一個或幾個取樣長度。一般取5個取樣長度。二基準線（中線）通過測量手段獲得表面輪廓曲線以后，需要提供一條定量評定表面粗糙度量值的基準線，作為計算各種參數(shù)的基礎。

輪廓算術平均中線輪廓最小二乘中線1輪廓算數(shù)平均中線是指具有理想的直線形狀并在取樣長度lr

內與輪廓走向一致的基準線，該基準線將實際輪廓分成上、下兩個部分，且使上部分面積之和等于下部分面積之和。

F1+F3+…=F2+F4+…F1+F3+…=F2+F4+…2輪廓最小二乘中線具有理想的直線形狀并劃分被測輪廓的基準線，在取樣長度lr

內使輪廓上的各點到該基準線的距離的平方和為最小。三評定參數(shù)為了滿足對表面不同的功能要求，GB/T3505-2009從表面粗糙度微觀幾何形狀的高度、間距和形狀等三個方面的特征，相應規(guī)定了表面的高度特征參數(shù)、間距特征參數(shù)和形狀特征參數(shù)。1高度特征參數(shù)（1）輪廓算數(shù)平均偏差Ra在取樣長度lr內，被測輪廓上各點到基準線的距離Zi的絕對值的算術平均值。（2）輪廓最大高度Rz在取樣長度lr內，最大輪廓峰高Zp與最大輪廓谷深Zv之和的高度。Rz=Zp+Zv

2間距特征參數(shù)輪廓單元平均寬度RSm

一個輪廓峰與相鄰的輪廓谷的組合叫做輪廓單元。在取樣長度lr范圍內，中線與各個輪廓單元相交線段的長度叫做輪廓單元的寬度，用符號Xsi表示。輪廓單元的平均寬度是指在一個取樣長度lr范圍內所有輪廓單元的寬度Xsi的平均值。3形狀特征參數(shù)輪廓支承長度率Rmr(c)在評定長度ln內，一條平行于中線的直線從峰頂線向下移動到某一水平位置（移動距離c）時，輪廓的實體材料長度Ml(c)與評定長度ln之比（用百分率表示）。

輪廓支承長度率Rmr(c)與零件的實際輪廓形狀有關，是反映零件表面耐磨性的指標。其他條件相同時，Rmr(c)越大，支承面積越大，接觸剛度越高，耐磨性能越好。

標準規(guī)定：上述特征參數(shù)，與高度有關的評定參數(shù)是基本評定參數(shù)，與間距和形狀特性有關的參數(shù)是附加評定參數(shù)，在有特殊要求時才選用。

確定零件表面粗糙度輪廓評定參數(shù)及允許值和其他技術要求后，應按照國家標準的規(guī)定，以表面粗糙度輪廓符號和代號的形式，正確地標注在零件圖上?！?-3表面微觀輪廓精度的標注方法1.表面粗糙度輪廓的符號和代號①a表示表面粗糙度特征參數(shù)及數(shù)值，單位為μm，參數(shù)代號必須標注。傳輸帶或取樣長度后應有一斜線“/”，之后是表面結構參數(shù)代號，最后是數(shù)值。如：0.0025–0.8/RZ6.3②b表示注寫第2個或多個表面結構要求。③c注寫加工方法、表面處理、涂層或其他加工工藝要求。④d表示加工紋理方向。⑤e表示加工余量，單位為mm。加工紋理方向符號標注2.表面粗糙度高度參數(shù)值的注寫及涵義3.2max

用去除材料的方法獲得的表面粗糙度Ra的最大值為3.2μm

Ramax3.23.2max1.6min

用去除材料的方法獲得的表面粗糙度Ra最大值為3.2μm，最小值為1.6μm

Ramax3.2Ramin1.61.6

用任何方法獲得的表面粗糙度Ra的上限值為1.6μm

Ra1.6URa1.66.33.2

用去除材料的方法獲得的表面粗糙度Ra上限值為6.3μm，下限值為3.2μm

Ra6.3Ra3.2URa6.3LRa3.2Rz3.2

用任何方法獲得的表面粗糙度Rz的上限值為3.2μm

Rz3.2URz3.26.3Rz12.5

用去除材料的方法獲得的表面粗糙度Ra上限值為6.3μm，Rz上限值為12.5μm

Ra6.3

Rz12.5URa6.3URz12.5

①給定上限值：同一評定長度范圍內，幅度參數(shù)所有實測值中，大于上限值的個數(shù)少于總數(shù)的16%，則認為合格。

②給定上限值和下限值：同一評定長度范圍內，幅度參數(shù)所有實測值中，大于上限值的個數(shù)少于總數(shù)的16%，且小于下限值的個數(shù)少于總數(shù)的16%，則認為合格。

③給定最大值：整個被測表面上幅度參數(shù)所有的實測值皆不大于允許值，則認為合格。

④給定最大值和最小值：整個被測表面上幅度參數(shù)所有的實測值皆在最大與最小允許值范圍內，才認為合格。U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型U“X”0.08-0.8/Ra3

max1.61.5磨=

加工工藝類型加工余量

表面結構紋理加工工藝傳輸帶上、下限符號輪廓特征評定長度極限判斷規(guī)則極限值濾波器類型Rz0.4含義：⒈表示去除材料；⒉單向上限值；⒊默認傳輸帶；⒋R輪廓；⒌粗糙度的最大高度0.4μm；⒍評定長度為5個取樣長度（默認）；⒎16%規(guī)則（默認）。Rzmax0.4含義：⒈表示去除材料；⒉單向上限值；⒊默認傳輸帶；⒋R輪廓；⒌粗糙度最大高度最大值0.4μm；⒍評定長度為5個取樣長度（默認）；⒎最大規(guī)則。3.表面粗糙度在圖樣上的標注標注表面粗糙度代號時，代號的尖端指向可見輪廓線、尺寸線、尺寸界線或它們的延長線上，必須從材料外指向零件表面。

舊標準中的標注

Ra0.8

Rz12.5

Ra6.3

Rz3.2

Ra0.8

Ra3.2

Ra0.8

用細實線相連的不連續(xù)的同一表面只標注一次。當零件所有表面具有相同的粗糙度時，其代號可在圖樣的右上角統(tǒng)一標注。？？舊標準的規(guī)定

用細實線相連的不連續(xù)的同一表面只標注一次。當零件所有表面具有相同的粗糙度時，其代號可在圖樣的標題欄附近統(tǒng)一標注。

Ra6.3（）新標準的規(guī)定

同一表面上有不同的要求時，用細實線畫出其分界線，并注出相應的表面粗糙度代號和尺寸。零件需要局部熱處理或鍍涂時，應用粗點畫線畫出其范圍，并注出相應的尺寸，也可將其要求注寫在表面粗糙度代號上。

Ra0.8

Ra6.3表面粗糙度代號標注示例

表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值選用的合理與否，直接影響到機器的使用性能和壽命，特別是對裝配精度要求高、運動速度要求高、密封性能要求高的產品，更具有重要的意義。

§4-4表面微觀輪廓精度設計

設計者在選用表面粗糙度的參數(shù)和數(shù)值時，應該從使用功能出發(fā)，并考慮包括載荷、潤滑、材料、運動方向、速度、溫度、成本等因素，經調查研究后予以確定。在缺少充分資料的條件下，類似的設計和加工方法的經驗，常能提供有用的參考和選擇。以免采用不合理的技術要求和加工過程。

一

參數(shù)的選用

a.與高度特性有關的評定參數(shù)是基本評定參數(shù)，通常只給出Ra

或Rz

及允許值。

b.與間距和形狀特性有關的參數(shù)是附加評定參數(shù)，在有特殊要求時才選用。①參數(shù)Ra

的概念直觀，Ra

值反映表面粗糙度輪廓特性的信息量大，且Ra

值用觸針式輪廓儀測量比較容易，普遍采用。②對于極光滑的表面和粗糙表面，采用

Rz

作為評定參數(shù)。二.參數(shù)值的選用原則應考慮：

1零件表面的功能要求及嚴格程度；

2加工的經濟性；

3在GB/T1031-2009規(guī)定參數(shù)值中選；

4每個數(shù)值的應用場合；

5選擇時可采用類比法。Ra標準值在生產實際中，對零件表面微觀特征的控制，并不在于尋求最光滑的表面，而是為了獲得符合使用要求的適當?shù)谋砻娲植诙?，而且要采取最經濟的加工方法保證實現(xiàn)這個目的。RaM0最佳值

⑴在滿足功能要求的前提下，盡量選用較大的粗糙度參數(shù)值。⑵同一零件上，工作面比非工作面粗糙度值小。⑶摩擦表面比非摩擦表面粗糙度值小。

⑷滾動摩擦表面比滑動摩擦表面粗糙度值小。⑸相對運動速度高，單位面積壓力大，受交變應力作用的表面粗糙度值應取小些。⑹配合性質要求穩(wěn)定的表面，表面粗糙度值應取小些。⑺表面粗糙度參數(shù)值應與尺寸公差和幾何公差協(xié)調。⑻凡有關標準已對表面粗糙度要求做出規(guī)定的（例如與滾動軸承配合的軸頸和外殼孔的表面粗糙度）

，按標準規(guī)定選取。

⑼同一公差等級的零件，小尺寸零件的表面粗糙度值比大尺寸零件的表面粗糙度值要小一些。⑽相互配合的孔、軸，軸表面的粗糙度值應比孔表面的要小些。

⑾其他條件相同時，間隙配合的表面粗糙度值應比過盈配合的表面粗糙度值小些。⑿對防腐蝕、密封性要求高的表面，粗糙度參數(shù)值應小些。⒀對于機械設備上的操作手柄、食品用具及衛(wèi)生設備等特殊用途的零件表面，應選取較小的粗糙度參數(shù)值。三.參數(shù)值的應用場合12.5μm:

粗加工非配合表面。如軸端面、倒角、鉆孔、鍵槽非工作面、墊圈接觸面、不重要的安裝支承面、螺釘孔表面等6.3μm:

半精加工表面。用于不重要的零件的非配合表面，如支柱、軸、支架、外殼、襯套、蓋等的端面；螺釘、螺栓和螺母的自由表面；不要求定心和配合特性的表面，如螺栓孔、螺釘通孔、鉚釘孔等；飛輪、皮帶輪、離合器、聯(lián)軸器、凸輪、偏心輪的側面；平鍵及鍵槽上下面，花鍵非定心表面，齒頂圓表面；所有軸和孔的退刀槽；不重要的連接配合表面；犁鏵、犁側板、深耕鏟等零件的摩擦工作面；插秧爪面等3.2μm:

半精加工表面。外殼、箱體、蓋、套筒、支架等和其他零件連接而不形成配合的表面；不重要的緊固螺紋表面，非傳動用梯形螺紋、鋸齒螺紋表面；燕尾槽表面；鍵和鍵槽的工作面；需要發(fā)藍的表面；需滾花的預加工表面；低速滑動軸承和軸的摩擦面；張緊鏈輪、導向滾輪與軸的配合表面；滑塊及導向面（速度20~50m/min）收割機械切割器的摩擦片、動刀片、壓力片的摩擦面，脫粒機格板工作面等

1.6μm:

要求有定心及配合特性的固定支承、襯套、軸承和定位銷的壓入孔表面；不要求定心及配合特性的活動支承面，活動關節(jié)及花鍵結合面；8級齒輪的齒面，齒條齒面；傳動螺紋工作面；低速轉動的軸頸；楔形鍵及鍵槽上、下面；軸承蓋凸肩（對中心用），三角皮帶輪槽表面，電鍍前金屬表面等0.8μm:

要求保證定心及配合特性的表面。錐銷和圓柱銷表面；與0和6級滾動軸承相配合的孔和軸頸表面；中速轉動的軸頸，過盈配合的孔IT7，間隙配合的孔IT8，花鍵軸定心表面，滑動導軌面。不要求保證定心及配合特性的活動支承面；高精度的活動球狀接頭表面、支承墊圈、榨油機螺旋榨輥表面等

0.2μm:

要求能長期保持配合特性的孔IT6、IT5，6級精度齒輪齒面，蝸桿齒面（6~7級），與5級滾動軸承配合的孔和軸頸表面；要求保證定心及配合特性的表面；滾動軸承軸瓦工作表面；分度盤表面；工作時受交變應力的重要零件表面；受力螺栓的圓柱表面，曲軸和凸輪軸工作表面，發(fā)動機氣門圓錐面，與橡膠油封相配的軸表面等0.1μm:

工作時受較大交變應力的重要零件表面，保證疲勞強度、防腐蝕性及在活動接頭工作中耐久性的一些表面；精密機床主軸箱與套筒配合的孔；活塞銷的表面；液壓傳動用孔的表面，閥的工作表面，汽缸內表面，保證精確定心的錐體表面；儀器中承受摩擦的表面，如導軌、槽面等

0.05μm:

特別精密的滾動軸承套圈滾道、滾珠及滾柱表面，摩擦離合器的摩擦表面，工作量規(guī)的測量表面，精密刻度盤表面，精密機床主軸套筒外圓面等

0.025μm:

特別精密的滾動軸承套圈滾道、滾珠及滾柱表面；量儀中較高精度間隙配合零件的工作表面；柴油機高壓泵中柱塞副的配合表面；保證高度氣密的接合表面等0.012μm:

儀器的測量面；量儀中高精度間隙配合零件的工作表面；尺寸超過100mm量塊的工作表面等

0.008μm:

量塊的工作表面；高精度測量儀器的測量面，光學測量儀器中金屬鏡面；高精度儀器摩擦機構的支撐面等四.加工方案及其經濟精度減速器的

輸出軸五.表面微觀輪廓精度設計示例減速器的輸出軸減速器的輸出軸

為了保證輸出軸的配合性質和使用性能，除了設計輸出軸各幾何部分的尺寸公差和幾何公差外，還要確定表面粗糙度參數(shù)值，評定參數(shù)通常選擇輪廓算術平均偏差Ra的上限值，可采用類比法或查設計手冊。減速器的輸出軸解：（1）兩個φ52k6軸頸分別與兩個相同規(guī)格的0級滾動軸承內圈配合，則該表面的粗糙度Ra值的確定可查表，在表中，與0和6級滾動軸承相配合的孔和軸頸表面粗糙度Ra值對應為0.8μm；對應尺寸公差等級IT6、公稱尺寸為52mm的軸頸表面粗糙度Ra值對應為0.8μm。綜合考慮后確定兩個φ52k6軸頸表面粗糙度Ra值為0.8μm。0.8μm:

要求保證定心及配合特性的表面。錐銷和圓柱銷表面；與0和6級滾動軸承相配合的孔和軸頸表面；中速轉動的軸頸，過盈配合的孔IT7，間隙配合的孔IT8，花鍵軸定心表面，滑動導軌面。不要求保證定心及配合特性的活動支承面；高精度的活動球狀接頭表面、支承墊圈、榨油機螺旋榨輥表面等

減速器的輸出軸（2）φ56r6的軸頸與齒輪孔為基孔制過渡配合，要求保證定心及配合特性，查表，要求保證定心及配合特性的表面粗糙度Ra值對應為0.8μm，對應尺寸公差等級IT6、公稱尺寸為56mm的軸頸表面粗糙度Ra值對應為0.8μm，因此，確定φ56r6軸頸表面粗糙度Ra值為0.8μm。減速器的輸出軸（3）φ40m6的軸頸與聯(lián)軸器或傳動件的孔配合，為了使傳動平穩(wěn)，必須保證定心及配合特性，通過查表，確定φ40m6軸頸表面粗糙度Ra值為0.8μm。

（4）φ50的軸頸屬于非配合表面，沒有標注尺寸公差等級，其表面粗糙度參數(shù)Ra值可放寬要求，通過查閱表，確定φ50軸頸表面粗糙度Ra值為12.5μm（也可確定Ra值為6.3μm）。減速器的輸出軸（5）

φ40m6軸頸上的鍵槽兩側面為工作面，尺寸及公差帶代號為12N9，通過查表，確定12N9鍵槽兩側面粗糙度Ra值為3.2μm；φ40m6軸頸上的鍵槽深度表面為非工作面，查表，確定12N9鍵槽深度表面粗糙度Ra值為6.3μm。3.2μm:

半精加工表面。外殼、箱體、蓋、套筒、支架等和其他零件連接而不形成配合的表面；不重要的緊固螺紋表面，非傳動用梯形螺紋、鋸齒螺紋表面；燕尾槽表面；鍵和鍵槽的工作面；需要發(fā)藍的表面；