公差與表面粗糙度

張強(qiáng)

【摘 要】隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的高速發(fā)展，運(yùn)用到制造業(yè)當(dāng)中的設(shè)備也越來(lái)越多，精度越來(lái)越高，而制造業(yè)也需要更多更先進(jìn)的設(shè)備來(lái)滿足發(fā)展。但是無(wú)論加工技術(shù)怎么發(fā)展，怎么改進(jìn)，它們都有一個(gè)共同的目標(biāo)，那就是：提高機(jī)械零件的質(zhì)量。本文淺析了公差、表面粗糙度以及二者的數(shù)值關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】公差；表面粗糙度

一、公差

公差分為尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度。

現(xiàn)代技術(shù)對(duì)零件尺寸精度的要求越來(lái)越嚴(yán)格。而且，目前許多零件是有散布在各地的不同廠家生產(chǎn)的，因此必須對(duì)這些零件的尺寸和生產(chǎn)做出嚴(yán)格的規(guī)定，以保證它們具有互換性。所謂互換性是指：在制成同一規(guī)格的零部件中，不需要任何的挑選、調(diào)整或修配，裝配到部件和機(jī)器上，就能完全達(dá)到規(guī)定的性能和要求?；Q性是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則，要求對(duì)同一種零件的形狀精度，尺寸精度，性能等規(guī)定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)使其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。

標(biāo)準(zhǔn)化是互換性的前提。要求生產(chǎn)零件尺寸應(yīng)在一個(gè)規(guī)定的區(qū)間內(nèi)變動(dòng)，以保證它們具有互換性的技術(shù)稱(chēng)為公差技術(shù)。公差是零件具有互換性的保證。允許每個(gè)尺寸在規(guī)定范圍內(nèi)具有一定的變動(dòng)量，稱(chēng)為公差。例如，一個(gè)零件的尺寸可以被表示為30±0.2，其公差（尺寸變動(dòng)量）為0.4mm。在不影響零件工作性能和工作要求的情況下，應(yīng)當(dāng)給予尺寸盡可能較大的公差，這樣可把生產(chǎn)成本降至最低。制造成本會(huì)隨之公差的降低而升高。

尺寸公差有三種表示方式：

（1）單向：當(dāng)只允許尺寸向基本尺寸的單一方向（變大或者變?。┑淖儎?dòng)時(shí)，就稱(chēng)為單向公差。

（2）雙向：當(dāng)尺寸可以在基本尺寸的兩個(gè)方向（變大和變?。┒伎梢宰儎?dòng)時(shí)，就稱(chēng)為雙向公差。

（3）極限方式：當(dāng)然公差也可以用極限形式給出，表示零件輪廓的最大和最小尺寸。

公差在圖樣上可以采用以上三種不同的標(biāo)注方式。在單向制中，一個(gè)極限偏差是零，另一個(gè)極限偏差就是尺寸允許的全部變動(dòng)量。在雙向制中尺寸標(biāo)注中，采用平均尺寸和在其正負(fù)兩個(gè)方向上的變動(dòng)量來(lái)表示。

二、表面粗糙度

表面粗糙度，是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離（波距）很?。ㄔ?mm以下），用肉眼是難以區(qū)別的，因此它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度越小，則表面越光滑。表面粗糙度的大小，對(duì)機(jī)械零件的使用性能有很大的影響，因此對(duì)其大小必須精確地加以規(guī)定，表面形貌是表面上的差異，包括粗糙度、波度、加工紋理方向和缺陷。

粗糙度：有用來(lái)使工件表面光潔的加工工藝所造成的最細(xì)微的表面不平度。表面粗糙度的高度采用微米和微英寸進(jìn)行測(cè)量。

波度：是超過(guò)粗糙度寬度的界限的大間隔偏差，采用英寸和毫米測(cè)量?？蓪⒋植诙瓤醋鳢B加在波度表面上的表面不平度。

加工紋理方向：由所采用的加工方法所產(chǎn)生的表面刀痕圖案的方向。

缺陷：不經(jīng)常出現(xiàn)或者在很大區(qū)間內(nèi)才會(huì)出現(xiàn)的表面瑕疵，其包括裂紋、氣孔、微細(xì)裂紋、劃痕等。缺陷的影響通常在粗糙度的高度測(cè)量中被忽略。

1.表面粗糙度的產(chǎn)生原因

在加工過(guò)程中，由于刀具和制作表面的摩擦，切削和壓制時(shí)產(chǎn)生的塑性變形，以及工藝系統(tǒng)中高頻振動(dòng)等因素的作用，使被加工表面產(chǎn)生微觀幾何變形。

2.表面粗糙度的選擇原則：

（1）在滿足表面的工作情況下盡量選擇大值。

（2）同一零件上，工作表面粗糙度值小于非工作表面粗糙度值。

（3）摩擦表面粗糙度值小于非摩擦表面粗糙度值。

（4）受循環(huán)負(fù)荷的表面及易引起應(yīng)力集中，表面粗糙度值要小。

（5）配合性質(zhì)穩(wěn)定性要求較高的結(jié)合面，粗糙度值要小。

（6）配合性質(zhì)相同，零件尺寸越小表面粗糙度值越小，同一公差等級(jí)小尺寸比大尺寸的粗糙度小，軸比孔的粗糙度值小。

三、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的數(shù)值關(guān)系

1.形狀公差與尺寸公差的數(shù)值關(guān)系

當(dāng)尺寸精度確定后形狀公差將有一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)值對(duì)應(yīng)。尺寸公差的精度越高，形狀公差與尺寸公差的比例越小。一般以尺寸公差值的%50作為形狀公差值。

2.形狀公差與位置公差的數(shù)值關(guān)系

在一般情況下給定位置公差就不在給形狀公差。當(dāng)有特殊要求時(shí)可以同時(shí)標(biāo)注出形狀公差和位置公差，但標(biāo)注的形狀公差值要小于所標(biāo)注的位置公差值。

3.形狀公差與表面粗糙度的關(guān)系

以上二者無(wú)直接聯(lián)系，但在一定的加工條件下也有有一定的比例關(guān)系。一般精度的表面粗糙度是形狀公差的1/5～1/4。為保證形狀公差，應(yīng)適當(dāng)限制相應(yīng)表面粗糙度高度參數(shù)的最大允許值。

從以上三者的關(guān)看，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)要協(xié)調(diào)處理好三者的數(shù)值關(guān)系，在標(biāo)注圖樣上的公差時(shí)應(yīng)遵循：給定同一表面的粗糙度應(yīng)小于其形狀公差值，而形狀公差值應(yīng)小于其位置公差值，位置公差值應(yīng)小于其尺寸公差值。否則會(huì)給后續(xù)的制造加工時(shí)帶來(lái)種種麻煩。

四、公差對(duì)設(shè)計(jì)的影響

圖樣是制造機(jī)器零件的依據(jù)。因此，從事制造業(yè)的工作人員都要正確的理解應(yīng)用于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的圖樣的含義。

設(shè)計(jì)圖樣中模糊不清的地方會(huì)引起許多混亂和經(jīng)濟(jì)損失。在擬訂公差時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須充分認(rèn)識(shí)到，要完全達(dá)到其設(shè)計(jì)目的，圖樣上必須包含所需要的信息。因而，圖樣上必須給出全部信息，并且盡可能的簡(jiǎn)單明了。圖樣中的每個(gè)部分都應(yīng)該能被大家所理解。圖樣中所表示的含義對(duì)于所有使用它的人員（設(shè)計(jì)，采購(gòu)，刀具設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，檢驗(yàn)，裝配和維修部門(mén)）來(lái)說(shuō)都應(yīng)該是唯一的。

每位設(shè)計(jì)人員都非常清楚，如果零件都以較小的公差來(lái)加工制造，則產(chǎn)品的成本就會(huì)迅速增加。因此，設(shè)計(jì)師們需要不斷的改進(jìn)，要采用盡可能大的公差。要是產(chǎn)品以較低的價(jià)格被生產(chǎn)出來(lái)并滿足設(shè)計(jì)要求，規(guī)定適當(dāng)?shù)募庸す钍亲顬橹匾墓ぷ鳌９畹拇笮∈怯稍O(shè)計(jì)人員所確定的，它取決于許多與設(shè)計(jì)有關(guān)的條件以及過(guò)去在設(shè)計(jì)類(lèi)似產(chǎn)品時(shí)所獲得的經(jīng)驗(yàn)。

五、機(jī)械加工中出現(xiàn)的誤差原因

在機(jī)械制造中，顯然盡可能保持穩(wěn)定的生產(chǎn)條件，但是加工后獲得的尺寸任然不可避免地出現(xiàn)誤差。在完全相同的制造過(guò)程中，按某一指定尺寸加工一批零件，加工后所得的尺寸卻并完全相同。一般將產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因分兩大類(lèi)：系統(tǒng)原因和隨機(jī)原因。

系統(tǒng)原因：生產(chǎn)過(guò)程中某些因素的微小變動(dòng)可以引起尺寸變化。原材料性能的微小變化可以引起尺寸變化。刀具受到磨損并且需要重新安裝。速度、潤(rùn)滑劑、切削溫度、操作人員以及其他條件都會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)分析研究，一般可以找出這些原因并可以采取相應(yīng)的步驟來(lái)消除它。

隨機(jī)原因：另一方面隨機(jī)原因的出現(xiàn)是具有偶然性的。它們是由一些既無(wú)法確定又不能控制的力所造成的。它們是生產(chǎn)過(guò)程的固有誤差，即使盡可能地保持所有條件完全一致，它們?nèi)匀徊豢杀苊獾拇嬖凇?/p>

當(dāng)依次檢查由系統(tǒng)原因造成的誤差，并且將其逐一排除后，即可達(dá)到理想的穩(wěn)定狀態(tài)或控制狀態(tài)。如果隨機(jī)原因?qū)Τ叽缱兓挠绊戇^(guò)大，一般需要采用更精密的加工設(shè)備，要比花費(fèi)更多精力來(lái)改變生產(chǎn)過(guò)程更為有效。

在企業(yè)工作的設(shè)計(jì)師總要面對(duì)這樣一個(gè)事實(shí)，即任何兩個(gè)機(jī)器零件都不能制造得完全相同。他知道在設(shè)計(jì)中必須考慮重復(fù)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的微小尺寸差異，在圖樣上標(biāo)注合適的公差，將尺寸的變化限制在允許的范圍內(nèi)。加工后的零件的外形輪廓必須位于公差規(guī)定的區(qū)域內(nèi)。只有采用適當(dāng)?shù)墓畈趴梢员ＷC產(chǎn)品的功能和使用壽命方面都能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

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