第三章(表面精度)表面粗糙度

第3章表面精度（表面粗糙度）

教学目的：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。教学要求：1、从微观几何误差的角度理解表面粗糙度的概念2、了解表面粗糙度对机械零件使用性能的影响3、理解规定取样长度及评定长度的目的及基准线的作用4、掌握表面粗糙度的高度参数及其检测手段5、掌握表面粗糙度参数和参数值的选用原则和方法。6、熟练掌握表面粗糙度技术要求在零件图上标注的方法教学重点：4、5、6、教学难点：4、5、3.1概述表面粗糙度是指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷的一种微观几何形状误差。它是在机械加工过程中，由于刀具或砂轮切削后留下的刀痕、切屑分离时的塑性变形、工艺系统的高频振动及刀具和被加工表面摩擦等原因所产生的。完工零件实际表面轮廓3.1概述零件表面的形貌可分为三种情况：表面粗糙度：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40。属于微观几何形状误差。表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比等于40～1000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。国际标准化组织第57技术委员会正在制定表面波纹度有关国际标准。形状误差：零件表面中峰谷的波长和波高之比大于1000的不平程度属于形状误差。3.1概述表面粗糙度轮廓波纹度轮廓宏观形状轮廓λ实际表面轮廓完工零件实际表面轮廓3.1概述零件表面粗糙度国家标准：最早使用的国家标准（表面光洁度国家标准）：

GB1031-68；GB131-74过去的标准(表面粗糙度国家标准-旧标准)：GB/T3505-1983《表面粗糙度—术语、表面及其参数》GB/T1031-1995《表面粗糙度参数及其数值》GB/T131-1993《机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法》现在实施的标准(表面粗糙度国家标准-新标准)：GB/T3505-2000《产品几何技术规范表面结构轮廓法表面

结构的、定义及参数》GB/T1031-1995《表面粗糙度参数及其数值》GB/T131-1993《机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法》GB/T131-2006《产品几何技术规范（GPS）技术产品文件中表面结构的表示法》3.1概述表面粗糙度对零件性能的影响间隙配合，粗糙的表面会因峰顶很快磨损而使间隙逐渐加大；过盈配合，因装配表面的峰顶被挤平，使实际有效过盈减小，降低连接强度。表面越粗糙，表面微观不平的凹痕就越深，交变应力作用下的应力集中就会越严重，越容易造成零件抗疲劳强度的降低，导致失效；腐蚀性气体或液体越易在谷底出聚集，并通过表面微观凹谷渗入到金属内层，造成表面锈蚀。在接触刚度方面，表面越粗糙，表面间接触面积越小，导致单位面积受力增大，造成峰顶处的塑性变形加剧，接触刚度下降，影响机器的工作精度和平稳性。影响零件的耐磨性。影响配合性质的稳定性。影响零件的疲劳强度。影响零件的抗腐蚀性。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。1.实际轮廓（表面轮廓）实际轮廓是指平面与实际表面相交所得的轮廓线。3.2.1基本术语3.2表面粗糙度的评定2.取样长度l(新标准中用lr)：

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。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量结果的影响，一般在一个取样长度内应包含５个以上的波峰和波谷。表面越粗糙，取样长度就越大。3.评定长度ln(新标准中用ln)：

在评定或测量表面轮廓时所必须的一段长度。评定长度可包括一个或多个取样长度。表面不均匀的表面，宜选用较长的评定长度。通常评定长度一般按5个取样长度来确定。如下图图例图表中线lnl取样长度l和评定长度ln

llll0.008~0.02>0.02~0.1>0.1~2.0>2.0~10.0>10.0~80.0Ra/mRz/mlr/mmln/mm0.025~0.10>0.10~0.50>0.50~10.0>10.0~50.0>50.0~320.00.080.250.802.508.00.41.254.012.540.0常用取样长度及评定长度4.轮廓基准线：

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：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：

图3-4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：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两部分，且使上下面积相等的直线。即：

图3-5轮廓算术平均中线

5.轮廓单元即一个轮廓峰和其相邻的一个轮廓谷的组合。

6.轮廓峰高zp7.轮廓谷深zv8.轮廓单元的高度zt9.轮廓单元的宽度xs图3-6轮廓单元3.2.2表面粗糙度评定参数

国家标准GB3505-2000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。主要的评定参数如下：1、轮廓的高度参数（幅度参数）

轮廓算术平均偏差Ｒa在取样长度内，被测实际轮廓上各点至轮廓中线纵坐标Z（x）绝对值的算数平均值。Ra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Ｒz

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Zp；轮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Zv；轮廓最大高度是在一个取样长度内，最大轮廓峰高Zp和最大轮廓谷深Zv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。

2.间距参数（与间距特性有关的参数）轮廓单元的平均宽度RSm

即在一个取样长度lr

内，轮廓单元宽度xs

的平均值。图3-9轮廓单元的宽度3.形状特性参数（曲线参数）轮廓的支承长度率Rmr（c）即在给定水平位置c上，轮廓的实体材料长度Ml（c）与评定长度ln

的比率。图3-10轮廓的实体材料长度3.3

表面粗糙度参数值的选择及标注

对零件表面粗糙度进行合理的选择，主要是指评定参数的选择和参数值的确定。选择原则是在满足零件表面功能要求的同时，应保证加工工艺的经济性。选择的方法有计算法、试验法和类比法。3.3.1表面粗糙度评定参数的选则鉴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观几何形状的真实情况。选择原则如下。①如没有特殊要求，一般选用幅度参数。推荐优先选用Ra值，因为Ra能充分反映零件表面轮廓的特征。在Ra=0.025～6.3m范围内，优先选用Ra，因为在该范围内用轮廓仪能很方便地测出Ra的实际值。在Ra＞6.3m和Ra＜0.025m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，多采用Rz。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Rz。当零件材料较软时，因为Ra一般采用触针测量。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Ry值.。②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RSm的数值；对于有较高支承刚度和耐磨性的表面，应规定Rmr(c)参数。3.3.2

评定参数值的选择

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参数值。表3-2轮廓算术平均偏差Ra的数值(摘自GB/T1031—1995)(单位：μm)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0．0080．0100．0120．1251．2512．50．0160．1601．6160．0200．202．0200．0250．252．5250．0320．323．2320．0400．404．0400．0500．505．0500．0630．636．3630．0800．808．0800．1001．0010．0100表3-3Rz的参数值(摘自GB/T1031—1995)(单位：μm)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0．1251．2512．512512500．1601．6016．016016000．202．0202000．0250．252．5252500．0320．323．2323200．0400．404．040400表3-3

Rz的参数值(摘自GB/T1031—1995)(单位：μm)0．0500．505．0505000．0630．636．3636300．0800．808．0808000．1001．010．01001000表3-4RSm的数值(摘自GB/T1031—1995)R/mm0．0060．01250．0250．050．10．20．40．81．63．26．312．5表3-5Rmr(%)的数值(摘自GB/T1031—1995)(c)(%)1015202530405060708090具体参数值选用原则：1)同一零件上，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60≤5≤20约40≤2．5≤10约25≤1．2≤56)确定表面粗糙度参数值时，应注意它与形状公差值的协调，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/μm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≤2．5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≤1．25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≤0．63精铰、精镗、磨、刮、滚压要求配合性质稳定的配合表面，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≤0．32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≤0．16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≤0．08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≤0．04镜面≤0．01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3.3

表面粗糙度的符号及其标注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3.3表面粗糙度的符号及其标注

表面粗糙度的评定参数及其数值确定后，还应按GB/T131—2006《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(μm)，Ra的参数值前可不标注参数代号，Rz的参数值前需标注出相应的参数代号。(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Rｍｒ（ｃ）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ａ是上限值；图ｂ是最大值；图ｃ表示水平位置Ｃ在Ｒｚ的５０％位置上，Rsm为７０％，此时Rsm为下限值；图ｄ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3－１２所示）加工纹理方向符号：433、表面粗糙度代号在图样上的标注★（1）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。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尺寸线。如下图所示。44★

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代号并尽可能靠近有关尺寸线45★对不连续的同一表面，可用细实线相连，其表面粗糙度代号可注一次。Ra12.546★

在不同方向的表面上标注时，代号中的数字及符号的方向必须按图中的规定标注。47★零件上连续要素及重复要素（孔、槽、齿等）的表面，其表面粗糙度代号只注一次。Ra1.6抛光★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。键槽侧面的粗糙度代(符)号可注在引出线上。48★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。RY2.5RY2.5

★螺纹工作表面需要注出粗糙度代号而图形中又未画出螺纹牙型时，其粗糙度代号必须与螺纹代号一起注出。50★同一表面上有不同表面粗糙度要求时，应用细实线分界，并注出尺寸与表面粗糙度代号。φRa0.8Ra6.3

（2）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、代号可以统一注在图样的右上角，并加注“其余”两字。

（3）当零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求时的标注。图3-16零件所有表面具有相同要求的表面粗糙度

（4）尽量采用简化标注。图3-17

表面粗糙度简化代号的标注示例

（5）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。图3-20表面粗糙度标注示例

（6）

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。图3-21表面粗糙度标注示例

（7）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。图3-22表面粗糙度标注示例表面粗糙度在不同位置的标注方法本章小结表面粗糙度的概念（加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度）。国家标准在评定表面粗糙度的参数时，规定了取样长度l、评定长度Ln和轮廓中线m。表面粗糙度的评定参数有高度参数（包括轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz、轮廓最大高度Ry）和间距参数（轮廓单峰平均间距S和轮廓微观不平度平均间距Sm）表面粗糙度评定时通常只给出高度参数Ra或Rz及允许值，必要时可规定轮廓其他评定参数,如表面加工纹理方向、加工方法或(和)加工余量等附加要求。如果采用标准取样长度，则在图样上可以省略标注取样长度值。国家标准规定了表面粗糙度的标注方法，应熟练掌握。表面粗糙度轮廓的检测主要方法有比较法、光切法、干涉法和感触法。任务1