第三章(表面精度)表面粗糙度

1、第第3章章 表面精度（表面粗糙度）表面精度（表面粗糙度） 掌握表面粗糙度的评定参数和标注，为合掌握表面粗糙度的评定参数和标注，为合 理选用表面粗糙度打下基础。理选用表面粗糙度打下基础。：1、从微观几何误差的角度理解表面粗糙度的概念从微观几何误差的角度理解表面粗糙度的概念2 2、了解表面粗糙度对机械零件使用性能的影响、了解表面粗糙度对机械零件使用性能的影响3 3、理解规定取样长度及评定长度的目的及基准线的作用、理解规定取样长度及评定长度的目的及基准线的作用4 4、掌握表面粗糙度的高度参数及其检测手段、掌握表面粗糙度的高度参数及其检测手段5 5、掌握表面粗糙度参数和参数值的选用原则和方法。、掌握表

2、面粗糙度参数和参数值的选用原则和方法。6 6、熟练掌握表面粗糙度技术要求在零件图上标注的方法、熟练掌握表面粗糙度技术要求在零件图上标注的方法：4 4、5 5、6 6、：4 4、5 5、完工零件实际完工零件实际表面轮廓表面轮廓：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，其波长和波高之比一般小于其波长和波高之比一般小于4040。属于微观几何形状误差。属于微观几何形状误差。：零件表面中峰谷的波长和波高之比等于：零件表面中峰谷的波长和波高之比等于404010001000的不平程度称为波纹度。会引起零件运转时的的不平程度称为波纹度。会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋

3、转零件（如轴承）的影响是相振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响是相当大的。目前表面波纹度还没有制定国家标准。国际标当大的。目前表面波纹度还没有制定国家标准。国际标准化组织第准化组织第5757技术委员会正在制定表面波纹度有关国际技术委员会正在制定表面波纹度有关国际标准。标准。：零件表面中峰谷的波长和波高之比大于：零件表面中峰谷的波长和波高之比大于10001000的不平程度属于形状误差。的不平程度属于形状误差。表面粗糙度轮廓表面粗糙度轮廓波纹度轮廓波纹度轮廓宏观形状轮廓宏观形状轮廓实际表面轮廓实际表面轮廓完工零件实际完工零件实际表面轮廓表面轮廓最早使用的国家标准（表面光洁度国家标准）最早使

4、用的国家标准（表面光洁度国家标准）：GB 1031-68GB 1031-68； GB 131-74GB 131-74过去的标准过去的标准( (表面粗糙度国家标准表面粗糙度国家标准- -旧标准旧标准) )：GB/T 3505-1983 GB/T 3505-1983 表面粗糙度表面粗糙度术语、表面及其参数术语、表面及其参数GB/T 1031-1995 GB/T 1031-1995 表面粗糙度表面粗糙度 参数及其数值参数及其数值GB/T 131-1993 GB/T 131-1993 机械制图机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法表面粗糙度符号、代号及其注法现在实施的标准现在实施的标准( (表面粗糙度

5、国家标准表面粗糙度国家标准- -新标准新标准) )：GB/T 3505-2000 GB/T 3505-2000 产品几何技术规范产品几何技术规范 表面结构表面结构 轮廓法轮廓法 表面表面 结构的、定义及参数结构的、定义及参数GB/T 1031-1995 GB/T 1031-1995 表面粗糙度表面粗糙度 参数及其数值参数及其数值GB/T 131-1993 GB/T 131-1993 机械制图机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法表面粗糙度符号、代号及其注法GB/T131-2006GB/T131-2006产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPSGPS）技术产品文件中表面）技术产品文件中表面结构

6、的表示法结构的表示法影响零件的耐磨性。影响零件的耐磨性。影响配合性质的稳定性。影响配合性质的稳定性。影响零件的疲劳强度。影响零件的疲劳强度。影响零件的抗腐蚀性。影响零件的抗腐蚀性。影响零件的密封性。影响零件的密封性。对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。 综上所述，为保证零件的使用性能和寿命，应对零件的表面粗糙度加以合理限制。综上所述，为保证零件的使用性能和寿命，应对零件的表面粗糙度加以合理限制。1.1.实际轮廓实际轮廓（表面轮廓）（表面轮廓） 实际轮廓是指平面与实

7、际表面相交所得的轮廓线。实际轮廓是指平面与实际表面相交所得的轮廓线。：指在轮廓总的走向上量取的用于测量或评定表面粗糙度所指在轮廓总的走向上量取的用于测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度规定的一段基准线长度。应与表面粗糙度的大小相适应。应与表面粗糙度的大小相适应。规定取样长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测规定取样长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙测量结果的影响，一般在量结果的影响，一般在一个取样长度内应包含个以上的一个取样长度内应包含个以上的波峰和波谷。波峰和波谷。表面越粗糙，取样长度就越大。表面越粗糙，取样长度就越大。3.3.： 在评定或测量表面轮廓时所必须的一段长度在评定

8、或测量表面轮廓时所必须的一段长度。评定长度可。评定长度可包括一个或多个取样长度。表面不均匀的表面，宜选用较包括一个或多个取样长度。表面不均匀的表面，宜选用较长的评定长度。通常评定长度一般按长的评定长度。通常评定长度一般按5 5个取样长度来确定。个取样长度来确定。如下图如下图中线中线lnl取样长度取样长度l和评定长度和评定长度ln llll 0.0080.020.020.10.12.02.010.010.080.0Ra/ mRz/ mlr/mmln/mm 0.0250.100.100.500.5010.010.050.050.0320.00.080.250.802.508.00.41.254.0

9、12.540.0：评定表面粗糙度数值大小的参考线。它是具有与被测表面几何形状一致的几何轮廓形状，并将被测轮廓加以划分的线。有两种：（1）轮廓的最小二乘中线轮廓的最小二乘中线：指具有理想轮廓的基准线，在取样：指具有理想轮廓的基准线，在取样长度内，使轮廓上各点至该线的距离平方和为最小。即：长度内，使轮廓上各点至该线的距离平方和为最小。即： min12niiy图图3-4 轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线图3-4轮廓算术平均中线（2）轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线：指具有理想轮廓形状并在取样：指具有理想轮廓形状并在取样长度内与轮廓走向一致的基准线，将实际轮廓划分上下长度内与轮廓走向一致的基准线，将实

10、际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线两部分，且使上下面积相等的直线 。即：。即： 图图3-5 轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线 5.5.轮廓单元轮廓单元 即一个轮廓峰和其相邻的一个轮廓谷的组合。即一个轮廓峰和其相邻的一个轮廓谷的组合。 6.6.轮廓峰高轮廓峰高zpzp 7. 7.轮廓谷深轮廓谷深zvzv 8. 8.轮廓单元的高度轮廓单元的高度ztzt 9. 9.轮廓单元的宽度轮廓单元的宽度xsxs图图3-6 轮廓单元轮廓单元 国家标准国家标准GB3505-2000中规定了表面粗糙度高度中规定了表面粗糙度高度参数、间距参数、混合参数以及曲线和相关参数。参数、间距参数、混合参数以及曲线和相

11、关参数。主要的评定参数如下：主要的评定参数如下：1、轮廓的高度参数（幅度参数）、轮廓的高度参数（幅度参数） 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差a 在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线纵坐标线纵坐标Z（x）绝对值的算数平均值。）绝对值的算数平均值。 Ra值越大，表面越粗糙。值越大，表面越粗糙。 图3-7轮廓算术平均偏差 轮廓最大高度轮廓最大高度z 在取样长度内，轮廓各个高极点至中线的距离在取样长度内，轮廓各个高极点至中线的距离称为轮廓峰高，最大的距离称为最大轮廓峰高称为轮廓峰高，最大的距离称为最大轮廓峰高Zp；轮；轮廓轮廓各个低极点至中线的距离称为轮廓

12、谷深，最大廓轮廓各个低极点至中线的距离称为轮廓谷深，最大的距离称为最大轮廓谷深的距离称为最大轮廓谷深Zv； 轮廓最大高度是在一个取样长度内，最大轮廓轮廓最大高度是在一个取样长度内，最大轮廓峰高峰高Zp和最大轮廓谷深和最大轮廓谷深Zv之和，即之和，即: Rz=Zpmax+Zvmax图3-8轮廓最大高度Rz参数对不允许出现较深加工痕迹的表面和小零件的表面参数对不允许出现较深加工痕迹的表面和小零件的表面质量有着实际意义，尤其是在交变载荷作用下，是防止出质量有着实际意义，尤其是在交变载荷作用下，是防止出现疲劳破坏源的一项保证措施。现疲劳破坏源的一项保证措施。 2. 2. 间距参数（与间距特性有关的参数

13、）间距参数（与间距特性有关的参数） 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSmRSm 即在一个取样长度即在一个取样长度lr lr 内，轮廓单元宽度内，轮廓单元宽度xs xs 的平均值。的平均值。图图3-9 轮廓单元的宽度轮廓单元的宽度3.3.形状特性参数（曲线参数）形状特性参数（曲线参数） 轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率RmrRmr（c c） 即在给定水平位置即在给定水平位置c c上，轮廓的实体材料长度上，轮廓的实体材料长度MlMl（c c）与评定长度）与评定长度ln ln 的比率。的比率。 图图3-10 轮廓的实体材料长度轮廓的实体材料长度 鉴于零件表面粗糙度对其使用性能的多方面影响，在鉴

14、于零件表面粗糙度对其使用性能的多方面影响，在选择表面粗糙度评定参数时，应能充分合理地反映表面微选择表面粗糙度评定参数时，应能充分合理地反映表面微观几何形状的真实情况。观几何形状的真实情况。选择原则如下。选择原则如下。 如没有特殊要求，一般选用幅度参数。推荐优先选用如没有特殊要求，一般选用幅度参数。推荐优先选用R Ra a值，因为值，因为R Ra a能充分反映零件表面轮廓的特征。能充分反映零件表面轮廓的特征。在在R Ra=0.025a=0.0256.36.3 m m范围内，优先选用范围内，优先选用R Ra a，因为在该范围内用轮廓仪，因为在该范围内用轮廓仪能很方便地测出能很方便地测出R Ra a

15、的实际值。在的实际值。在R Ra a6.36.3 m m和和R Ra a0.0250.025 m m范围内，即范围内，即表面过于粗糙或过于光滑时，用光切显微镜和干涉显微镜测量很方便，表面过于粗糙或过于光滑时，用光切显微镜和干涉显微镜测量很方便，多采用多采用R Rz z。当表面不允许出现较深加工痕迹时，为防止应力过于集中，或要求保当表面不允许出现较深加工痕迹时，为防止应力过于集中，或要求保证零件的抗疲劳强度和密封性时，须选用证零件的抗疲劳强度和密封性时，须选用R Rz z。当零件材料较软时，因为当零件材料较软时，因为RaRa一般采用触针测量。一般采用触针测量。当测量面积很小时，如顶尖、刀具的刃部

16、、仪表的小元件的表面，可当测量面积很小时，如顶尖、刀具的刃部、仪表的小元件的表面，可选用选用RyRy值值. .。 附加参数一般不单独使用，对有特殊要求的少数零件的重要表面，附加参数一般不单独使用，对有特殊要求的少数零件的重要表面，需要控制需要控制RSRSm m的数值；对于有较高支承刚度和耐磨性的表面，应规定的数值；对于有较高支承刚度和耐磨性的表面，应规定R Rmr(mr(c c) )参数。参数。1.表面粗糙度的参数值 表面粗糙度的评定参数已经标准化，设计时应按国家标准GB/T1031-1995规定的参数值系列选取（见表5-2表5-5）。幅度参数分为第一系列和第二系列，选用时应优先采用第一系列的

17、参数值。表3-2轮廓算术平均偏差Ra的数值(摘自GB/T 10311995)(单位：m)第1系列第2系列第1系列第2系列第1系列第2系列第1系列第2系列0008001000120125125125001601601616002002020200025025252500320323232004004040400050050505000630636363008008080800100100100100表3-3 Rz的参数值(摘自GB/T 10311995)(单位：m)基本系列补充系列基本系列补充系列基本系列补充系列基本系列补充系列基本系列补充系列基本系列补充系列012512512512512500

18、16016016016016000202020200002502525252500032032323232000400404040400表3-3 Rz的参数值(摘自GB/T 10311995)(单位：m)0050050505050000630636363630008008080808000100101001001000表3-4RSm的数值(摘自GB/T 10311995)R/mm000600125002500501020408163263125表3-5 Rmr(%)的数值(摘自GB/T 10311995)(c)(%)1015202530405060708090具体参数值选用原则：1)同一零件上

19、，工作表面的粗糙度值应比非工作表面小(但Rmr(c)值应大2)摩擦表面的粗糙度值应比非摩擦表面小，滚动摩擦表面的粗糙度值应比滑动摩擦表面小。3)对于相对运动速度高、单位面积压力大的表面，表面粗糙度值应小。4)对于承受交变应力作用的零件，在容易产生应力集中的部位，如圆角、沟槽处，表面粗糙度值应小。5)对于配合要求稳定的间隙较小的间隙配合和承受重载荷的过盈配合，它们的孔、轴表面粗糙度值应小。表3-6形状公差与表面粗糙度参数值的关系形状公差t占尺寸公差T的百分比t/T(%)表面粗糙度参数值占尺寸公差百分比/T(%)/T(%)约60520约402510约251256)确定表面粗糙度参数值时，应注意它与

20、形状公差值的协调，表3-6列出了在正常的工艺条件下，表面粗糙度参数值与尺寸公差及形状公差的对应关系，可供设计参考。7)对于要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的表面，表面粗糙度值应较小。8)凡有关标准业已对表面粗糙度要求作出了具体规定(如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔、键槽、各级精度齿轮的主要表面等)，则应按该标准的规定确定表面粗糙度参数值的大小。表3-7表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例表面微观特性/m加 工 方 法应 用 举 例表面粗糙微见刀痕20粗车、粗刨、粗铣、钻、毛锉、锯断半成品粗加工过的表面，非配合的加工表面，如轴端面、倒角、钻孔、齿轮和带轮侧面、键槽底面、垫圈接触面2.常见加

21、工方法的表面粗糙度半光表面微见加工痕迹10车、刨、铣、镗、钻、粗铰轴上不安装轴承、齿轮处的非配合表面，紧固件的自由装配表面，轴和孔的退刀槽微见加工痕迹5车、刨、铣、镗、磨、拉、粗刮、滚压半精加工表面，箱体、支架、盖面、套筒等和其他零件结合而无配合要求的表面，需要发蓝的表面等看不清加工痕迹25车、刨、铣、镗、磨、拉、刮、压、铣齿接近于精加工表面，箱体上安装轴承的镗孔表面，齿轮的工作面 光 表 面可辨加工痕迹方向125车、镗、磨、拉、刮、精铰、磨齿、滚压圆柱销、圆锥销、与滚动轴承配合的表面，卧式车床导轨面，内、外花键定心表面微辨加工痕迹方向063精铰、精镗、磨、刮、滚压要求配合性质稳定的配合表面，

22、工作时受交变应力的重要零件，较高精度车床的导轨面不可辨加工痕迹方向032精磨、珩磨、研磨、超精加工精密机床主轴锥孔、顶尖圆锥面、发动机曲轴、凸轮轴工作表面，高精度齿轮齿面极光表面暗光泽面016精磨、研磨、普通抛光精密机床主轴轴颈表面，一般量规工作表面，汽缸套内表面，活塞销表面亮光泽面008超精磨、精抛光、镜面磨削精密机床主轴轴颈表面，滚动轴承的滚珠，高压油泵中柱塞和柱塞套配合表面镜状光泽面004镜面001镜面磨削、超精研高精度量仪、量块的工作表面，光学仪器中的金属镜面1.表面粗糙度符号和代号2.表面粗糙度的标注3.表面粗糙度代号在图样上的标注 表面粗糙度的评定参数及其数值确定后，还应按GB/T

23、 1312006产品几何技术规范(GPS)技术产品文件表面结构的表示法的规定把表面粗糙度要求正确地标注在零件图上。1.表面粗糙度符号和代号图3-11表面粗糙度的基本符号2.表面粗糙度的标注a1，a2 粗糙度幅度参数代号及其数值（mm）；b 最后一道加工工序、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等；c 取样长度或波纹度（mm）;d 加工纹理方向符号； e 加工余量（mm）； f 粗糙度间距参数值（mm） 图3-12表面粗糙度代号注法(1)表面粗糙度幅度（高度）参数的标注 幅度参数是表面粗糙度的基本参数，Ra、Rz在代号中用数值表示，单位为微米(m)，Ra的参数值前可不标注参数代号，Rz的参数值前需标注

24、出相应的参数代号。(2)表面粗糙度附加参数的标注 若需要标注表面粗糙度的附加参数Rsm或R（）时，应注在符号长边的横线下面，数值写在相应代号的后面。图是上限值；图是最大值；图表示水平位置在的位置上， Rsm为，此时Rsm为下限值；图表示最小值图3-13表面粗糙度的附加参数标注(3)表面粗糙度其他项目的标注（如图3所示）加工纹理方向符号：43433、表面粗糙度代号在图样上的标注、表面粗糙度代号在图样上的标注（1 1）表面粗糙度代号应注在可见轮廓线、尺寸界线、引表面粗糙度代号应注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，也可以注在指引线上出线或它们的延长线上，也可以注在指引线上。符号的。符号

25、的尖端必须从材料外指向被注表面，代号中数字及符号的尖端必须从材料外指向被注表面，代号中数字及符号的方向必须与尺寸线上的数字方向一致并尽可能靠近有关方向必须与尺寸线上的数字方向一致并尽可能靠近有关尺寸线。尺寸线。如下图所示。如下图所示。4444 代号中的数字方向应与 尺寸数字的方向 一致。表面结构要求可标注在轮廓线上，必要时，也可用细箭头或型点的指引线引出标注。如下图所示。 符号的尖端必须从材料 外指向表面。 在同一图样上每一个表面只标注一次粗糙度每一个表面只标注一次粗糙度 代号代号并尽可能靠近有关尺寸线4545 对不连续的同一表面不连续的同一表面，可用细实线相连，其表面粗糙度代号可注一次。Ra

26、 12.54646 在不同方向的表面上标注时，代号中的数代号中的数字及符号的字及符号的方向方向必须按图中的规定标注。4747 零件上连续要素及重连续要素及重复要素复要素（孔、槽、齿等）的表面，其表面粗糙度代表面粗糙度代号只注一次。号只注一次。Ra 1.6抛光齿轮、蜗轮等齿槽齿轮、蜗轮等齿槽的粗糙度代(符)号可注在分度线的延长线上。键槽键槽侧面的粗糙度代(符)号可注在引出线上。4848 齿轮、渐开线花键齿轮、渐开线花键的工作表面，在图中没有表示出齿形时，其粗糙度代号可注在分度线上注在分度线上。RY2.5RY2.5 螺纹工作表面需要注出粗糙度代号而图形中又未螺纹工作表面需要注出粗糙度代号而图形中又

27、未画出螺纹牙型时，画出螺纹牙型时，其粗糙度代号必须与螺纹代号一起其粗糙度代号必须与螺纹代号一起注出。注出。5050 同一表面上有不同表面粗糙度要求时，应用同一表面上有不同表面粗糙度要求时，应用细实细实线分界线分界，并注出尺寸与表面粗糙度代号。，并注出尺寸与表面粗糙度代号。Ra 0.8Ra 6.3 （2 2）当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时，对其中使用最多的一种符号、代号可以统一注在求时，对其中使用最多的一种符号、代号可以统一注在图样的右上角，并加注图样的右上角，并加注“其余其余”两字。两字。 （3 3）当零件的所当零件的所有表面具有相同的表有

28、表面具有相同的表面粗糙度要求时的标面粗糙度要求时的标注。注。图图3-16 零件所有表面具有相同要求的表面粗糙度零件所有表面具有相同要求的表面粗糙度 （4 4） 尽量采用简化标注。尽量采用简化标注。图图3-17 表面粗糙度简化代号的标注示例表面粗糙度简化代号的标注示例 （5 5） 中心孔的工作表面，键槽工作表面、圆中心孔的工作表面，键槽工作表面、圆角、倒角的表面粗糙度代号标注。角、倒角的表面粗糙度代号标注。 图图3-20 表面粗糙度标注示例表面粗糙度标注示例 （6 6） 同一表面上有不同的表面粗糙度要求时，同一表面上有不同的表面粗糙度要求时，需用细实线画出其分界线并注出相应的表面粗糙需用细实线画

29、出其分界线并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸。以及用细实线连接的不连续的同度代号和尺寸。以及用细实线连接的不连续的同一表面，其粗糙度代号只注一次。一表面，其粗糙度代号只注一次。图图3-21 表面粗糙度标注示例表面粗糙度标注示例 （7 7）对零件上的连续表面及重复要素（如孔、槽、对零件上的连续表面及重复要素（如孔、槽、齿等）的表面的标注。齿等）的表面的标注。图图3-22 表面粗糙度标注示例表面粗糙度标注示例表面粗糙度在不同位置的标注方法表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念（加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度）。（加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度）。 国家标准在评定表面粗糙度的参数时，规定

30、了国家标准在评定表面粗糙度的参数时，规定了取样长度取样长度l l、评定长度评定长度L Ln n和和轮廓中线轮廓中线m m。表面粗糙度的评定参数有表面粗糙度的评定参数有高度参数高度参数（包括轮廓算术平均偏差（包括轮廓算术平均偏差RaRa、微观微观不平度十点高度不平度十点高度RzRz、轮廓最大高度轮廓最大高度RyRy）和和间距参数间距参数（轮廓单峰平均间（轮廓单峰平均间距距S S和轮廓微观不平度平均间距和轮廓微观不平度平均间距SmSm）表面粗糙度评定时表面粗糙度评定时通常只给出高度参数通常只给出高度参数RaRa或或RzRz及允许值及允许值，必要时可规，必要时可规定轮廓其他评定参数定轮廓其他评定参数, ,如表面