第五章：表面粗糙度

第五章表面粗糙度

第一节概述

第二节表面粗糙度的评定

第四节表面粗糙度的选择

第五节表面粗糙度的测量

第三节表面粗糙度的符号、代号及其标注第一节概述

被加工表面留下微小的凸凹不平痕迹微小峰谷的高低及细密程度所构成的微观几何形状特性称为表面粗糙度一般包括表面粗糙度、表面波（纹）度和形状误差，三者通常按波距（间距）来划分:①波距小于1mm的属于表面粗糙度（微观几何形状误差）②波距在1～10mm的属于表面波（纹）度（中间几何形状误差）③波距大于10mm的属于形状误差（宏观几何形状误差）

零件表面几何形状误差及其组成成份完工零件实际表面轮廓表面粗糙度轮廓波纹度轮廓宏观形状轮廓λ实际表面轮廓波距GB/T3505—2009表面粗糙度国家标准构成：产品几何技术规范表面结构轮廓法术语、定义及参数GB/T1031-2009表面粗糙度参数及其数值GB/T131-2006机械制图表面粗糙度符号代号及其标注……表面粗糙度的影响1.对耐磨性的影响

表面越粗糙，零件耐磨性越差。2.对配合性质的影响表面越粗糙，配合性质的稳定性越差。Ra磨损量3.对抗疲劳强度的影响

表面越粗糙，疲劳强度越差。4.对接触刚度的影响表面越粗糙，实际接触面积越小，接触刚度越差。5.对抗腐蚀性能的影响

表面越粗糙，抗腐蚀性能越差。表面粗糙度大小对零件的密封性、测量精度、喷涂质量、外形美观、导电导热性能及表面反射能力等均有影响。GB/T3505-2009规定的与评定表面粗糙度有关的部分术语和定义。

部分术语轮廓滤波器坐标系表面轮廓原始轮廓粗糙度轮廓取样长度评定长度中线轮廓峰、轮廓谷高度和间距辨别力轮廓单元纵坐标值第二节表面粗糙度的评定

一、有关术语及其定义

1．轮廓滤波器（porfilefilter）把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。（1）入s滤波器

确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。

（2）入c滤波器

确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。（3）入f滤波器

确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器。

把轮廓分成长波和短波的滤波器。因为原始轮廓有粗糙度轮廓、波纹度轮廓和波长更长的表面形状误差轮廓轮廓滤波器（profilefilter）λs滤波器（λsprofilefilter）λc滤波器（λcprofilefilter）λf滤波器（λfprofilefilter）确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。

确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器。粗糙度和波纹度轮廓的传输特性波长λcλs传输系数/%波纹度轮廓粗糙度轮廓50100λf2

表面轮廓（surfaceprofile）平面与实际表面相交所得的轮廓。

3

原始轮廓（primaryprofile）在应用短波长滤波器入s之后的总的轮廓

4

粗糙度轮廓（roughnessprofile）是对原始轮廓采用入c滤波器抑制长波成分后形成的轮廓。这是故意修正的轮廓。5．取样长度lr(samplinglength)用于判别被评定轮廓不规则特征的X轴向（与中线方向一致）上的长度。

是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度。一般应至少包含5个微峰和5个微谷。中线lnlrlrlrlrlr取样长度和评定长度

6．评定长度ln（evaluationlength）用于判别评定轮廓的x轴方向上的长度。评定长度应包括一个或几个取样长度。

为充分合理地反映整个表面的粗糙度特性，必须在多个取样长度上分别进行测量，并取各测得值的算术平均值。一般取标准评定长度ln＝5lr。若被测表面比较均匀，可选ln＜5lr；若均匀性差，可选ln＞5lr。取样长度和评定长度数值

7．中线(Meanlines)具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。粗糙度轮廓中线:用轮廓滤波器λc抑制了长波轮廓成分相对应的中线。(1）轮廓最小二乘中线:在取样长度内,使轮廓线上各点的纵坐标值的平方和为最小的基准。

（2）轮廓算术平均中线:

在取样长度范围内,与轮廓走向一致，划分实际轮廓为上、下两部分，且使上部分面积之和等于下部分面积之和的基准线。

二、评定参数分为幅值参数、间距参数、混合参数以及曲线和相关参数

1．轮廓的幅度参数(1)轮廓的算术平均偏差Ra

(2)轮廓的最大高度Rz在一个取样长度内，最大轮廓峰高Rp和最大轮廓谷深Rv之和的高度。Rz=Rp+Rv轮廓峰是指连接两相邻交点向外的轮廓轮廓谷是指连接两相邻交点向内的轮廓2．轮廓单元的平均宽度RSm（间距参数）

轮廓单元是轮廓峰与轮廓谷的组合。指在一个取样长度内，轮廓单元宽度xs的平均值：

3．轮廓的支承长度率Rmr(c)在给定水平位置C上的轮廓实体材料长度Ml(c)与评定长度的比率

Ml(c)＝Ml1＋Ml2＋…＋Mln

★C值可用微米或C值与Rz值的百分比表示。

★轮廓的算术平均偏差Ra和轮廓的最大高度Rz是标准中规定必须标注的参数，应优先选用Ra，当除有高度要求外，还有密封性和耐磨性要求时还需选附加参数Rsm或Rmr(c)。疏密程度不同时，则密封性不同波峰处的尖锐度不同，则支承能力和耐磨性程度不同。

高度参数相近、疏密度不同，密封性不同高度参数相同、尖锐度不同耐磨性不同三、表面粗糙度评定参数的数值规定Ra的数值Rz的数值（μｍ）（μｍ）Rsm的数值Rmr(c)的数值(%)lr和ln（μｍ）

第三节表面结构要求的图形符号及标注1．表面结构要求的图形符号a和b—注写两个或多个表面结构要求c—注写加工方法（车、磨、镀等）d—注写表面纹理和方向（=、X、M）等e—注写加工余量（mm）a—注写表面结构的单一要求标注表面结构参数代号、极限值和传输带或取样长度，为避免误解，传输带或取样长度后应有一斜线，之后是表面结构参数代号，最后是数值，在参数代号和极限值之间应留空格。传输带式两个定义的滤波器之间的波长范围2．表面结构要求的完整图形符号3、表面结构要求标注示例

1）标注极限值中的一个数值且默认为上限值

2）同时标注上、下限值

3）标注传输带时的标注

传输带（mm）标注在幅度参数符号的前面，并用斜线“/”隔开。

4）需指定评定长度时的标注

应在幅度参数符号的后面注写取样长度的个数5）采用极限值判断规则时的标注

6）附加评定参数和加工方法的标注

若采用16%规则（是默认规则），则图样上不需注出（见上几例）。而若采用最大规则，则应在幅度参数符号Ra或Rz之后标注一个“max”符号说明示意图符号说明示意图=纹理平行于标注代号的视图的投影面C纹理呈近似同心圆⊥纹理垂直于标注代号的视图的投影面R纹理呈近似放射形╳纹理呈两相交的方向P纹理无方向或呈凸起的细粒状M纹理呈多方向加工纹理方向符号若表中所列符号不能清楚地表明所要求的纹理方向，应在图样上用文字说明

7）需注写加工余量和加工纹理方向时的标注

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第四节表面粗糙度的选择

既要满足零件表面的使用要求，也要考虑经济合理性，是一项重要的技术经济指标。一、评定参数项目的选择首先应考虑对零件使用功能的要求,其次应考虑检测的方便性及仪器设备条件等因素。

在高度评定参数中，Ra参数最常用，因为它反映轮廓信息最多，能较完整、全面地表达零件表面微观几何特征。国家标准推荐：在常用数值（Ra0.025～6.3μm，Rz0.1～25μm）内，应优先选用Ra参数。Ra参数通常采用电动轮廓仪用针描法测量。

Rz也是一个常用的基本评定参数。该参数直观易测，用一般光学仪器，如双管显微镜、干涉显微镜等，即可测得。但该参数通常反映轮廓的表面信息有限，不如Ra参数全面。

当不足一个取样长度，选用Rz；当有更多的功能要求时，应加选附加评定参数。

一般情况下，选用基本评定参数Ra或Rz控制表面粗糙程度即可满足要求。但当某些关键的主要表面有更多的功能要求时，如涂镀性、抗腐蚀性、减小流体流动摩擦阻力（如车身迎风面）等，就需要加选Rsm来控制间距的细密度。对表面耐磨性有较高要求时（如轴瓦、轴承、量具等）需要加选Rmr(c)来进一步控制加工表面的特征质量。二、Ra参数允许值的选择1）在同一零件上，工作表面的Ra要求应高于非工作表面。2）摩擦表面Ra高于非摩擦表面，且滚动摩擦Ra高于滑动磨擦表面。3）运动速度愈高Ra要求愈高。4）承受交变载荷的表面及容易引起应力集中部分，Ra要求较高。5）配合性质的稳定性要求较高，其Ra也应较高。6）小尺寸结合面比大尺寸结合面要求高；轴比孔的Ra要求高。形状公差T与尺寸公差IT的关系Ra与IT的关系T≈60％ITRa≤0.05ITT≈50％ITRa≤0.04ITT≈40％ITRa≤0.025ITT≈25％ITRa≤0.12ITT＜25％ITRa≤0.15IT7）尺寸公差、形状公差与表面粗糙度之间的协调：

第五节表面粗糙度的测量

比较法：比较样块光切法：光切（双管）显微镜干涉法：干涉显微镜针描法：电动轮廓仪印模法：以上四种均可5.1表面粗糙度的测量1.与表面粗糙度样板比较测量

表面粗糙度比较样块是用比较法检查零件表面粗糙度的一种量具，应用广泛。用此法虽不能精确地得出被测表面的粗糙度值，但因器具简单，使用方便，能满足一般的生产需要，适宜在生产车间中使用，用于粗糙度值Ra或Rz较大的场合。其评定的准确性在很大程度上取决于检验人员的经验。表面粗糙度样块干涉显微镜电动轮廓仪光切显微镜2.在选定截面内，测量表面粗糙度主要仪器这类方法能够直接测出表面粗糙度参数的数值，应用较广泛。光切法测量原理光切显微镜的外形结构3.间接评定法

利用被测表面的某种物理特性，来间接评定。如气动法、反射法、电容法。优点是测量速度快，但不能直接测出表面粗糙度参数数值，且要求测量头与被测表面形状、大小相似，这就需配备大量的测量头，因此只适用于大批大量的生产中，应用不广泛。4.用印模法测量主要用于大型零件和某些内表面的表面粗糙度测量。5、针描法

又称感触法，是一种接触式测量表面粗糙度的方法。它是利用仪器的很尖的金刚石测针与被测表面相接触，当测针以一定速度沿着被测表面移动时，被测表面的微观不平将使测针在垂直于表面轮廓方向上作上下移动，将测针的位移参数转换为电量并加以放大和处理，就可对记录装置记录得到的实际轮廓图进行分析计算，或直接从仪器的指示表中获得被测表面粗糙度的有关数据。目前普遍采用的电动轮廓仪就属于此类仪器。它可以直接读出Ra值，也可以经放大器记录图形，作为Rz等多种参数的评定依据，并能在车间现场使用。因此，针描法得到了广泛的应用。课堂讨论：图例解析传输带为0.008-0.8mm；评定长度为5个取样长度（默认），“最大规则”，单向上限值。上限值：Ra为3.2μｍ，评定长度为5个取样长度（默认），“最大规则”；下限值：Ra为0.8μｍ，评定长度为5个取样长度（默认）；两极限值均使用默认传输带。单向上限值，λs=0.008mm，无长波滤波器，P轮廓，轮廓总高为25μｍ，评定长度等于工件长度（默认），最大规则”Ra为1.6μｍ，“16%规则”，默认传输带和评定长度；Rz的最大值为6.3μｍ，传输带为2.5μｍ，默认评定长度，“最大规则”；表面纹理垂直于视图的投影面；磨削加工方法基本规定应用示例（新旧标准对照）新标准（GB/T131-2006）旧标准（GB/T131-1993）（1）表面结构参数的符号在任何情况下都不允许省略；（2）表面结构参数的符号应为大小写斜体而非下标，且符号与值之间应加空格；（3）取样长度与参数代号之间用“

/”分开;基本规定应用示例（4）加工方法和表面处理要求应标在长线上方；（5）传输带包括滤波器截止波长，短波滤波器在前，长波滤波器在后，中间用“—”分开；（6）评定长度内的取样长度个数不等于5时，应在相应参数代号后注出其个数。铣削，表面纹理呈同心圆且圆心与表面中心相交，在不误解情况下U和L可省铜件，镀镍、铬，对封闭轮廓所有表面有效3个取样长度短、长滤波器分别为0.8μ和25μ,WZ为波纹度参数，评定长度内包含3个取样长度基本规定应用示例新标准（GB/T131-2006）旧标准（GB/T131-1993）（1）表面结构符（代）号一般标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或其延长线上，符号的尖端必须从材料外指向并接触表面；（2）表面结构的注写和读取方向与同位置的尺寸一致，必要时表面结构符号也可用带箭头或黑点的指引线引出标注；（3）表示封闭轮廓各表面有相同的表面结构要求时，可在完整图形符号上加一圆圈，标注在图样上工件的封闭轮廓线上，而不是在图形右上角统一标注。在图样上的标注示例加工余量的注法——所有表面均有3mm加工余量基本规定应用示例新标准（GB/T131-2006）旧标准（GB/T131-1993）（4）在同一图样上，每一表面结构要求的代号只标注一次，并尽可能靠近有关尺寸线（5）机件上的连续表面及重复要素（孔、槽、齿等），其表面结构代号只标一次。基