第三章(表面精度)表面粗糙度

第3章表面精度（表面粗糙度）

教學目的：掌握表面粗糙度的評定參數(shù)和標注，為合理選用表面粗糙度打下基礎。教學要求：1、從微觀幾何誤差的角度理解表面粗糙度的概念2、了解表面粗糙度對機械零件使用性能的影響3、理解規(guī)定取樣長度及評定長度的目的及基準線的作用4、掌握表面粗糙度的高度參數(shù)及其檢測手段5、掌握表面粗糙度參數(shù)和參數(shù)值的選用原則和方法。6、熟練掌握表面粗糙度技術要求在零件圖上標注的方法教學重點：4、5、6、教學難點：4、5、3.1概述表面粗糙度是指加工表面所具有的較小間距和微小峰谷的一種微觀幾何形狀誤差。它是在機械加工過程中，由于刀具或砂輪切削后留下的刀痕、切屑分離時的塑性變形、工藝系統(tǒng)的高頻振動及刀具和被加工表面摩擦等原因所產(chǎn)生的。完工零件實際表面輪廓3.1概述零件表面的形貌可分為三種情況：表面粗糙度：零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，其波長和波高之比一般小于40。屬于微觀幾何形狀誤差。表面波紋度：零件表面中峰谷的波長和波高之比等于40～1000的不平程度稱為波紋度。會引起零件運轉時的振動、噪聲，特別是對旋轉零件（如軸承）的影響是相當大的。目前表面波紋度還沒有制定國家標準。國際標準化組織第57技術委員會正在制定表面波紋度有關國際標準。形狀誤差：零件表面中峰谷的波長和波高之比大于1000的不平程度屬于形狀誤差。3.1概述表面粗糙度輪廓波紋度輪廓宏觀形狀輪廓λ實際表面輪廓完工零件實際表面輪廓3.1概述零件表面粗糙度國家標準：最早使用的國家標準（表面光潔度國家標準）：

GB1031-68；GB131-74過去的標準(表面粗糙度國家標準-舊標準)：GB/T3505-1983《表面粗糙度—術語、表面及其參數(shù)》GB/T1031-1995《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》GB/T131-1993《機械制圖表面粗糙度符號、代號及其注法》現(xiàn)在實施的標準(表面粗糙度國家標準-新標準)：GB/T3505-2000《產(chǎn)品幾何技術規(guī)范表面結構輪廓法表面

結構的、定義及參數(shù)》GB/T1031-1995《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》GB/T131-1993《機械制圖表面粗糙度符號、代號及其注法》GB/T131-2006《產(chǎn)品幾何技術規(guī)范（GPS）技術產(chǎn)品文件中表面結構的表示法》3.1概述表面粗糙度對零件性能的影響間隙配合，粗糙的表面會因峰頂很快磨損而使間隙逐漸加大；過盈配合，因裝配表面的峰頂被擠平，使實際有效過盈減小，降低連接強度。表面越粗糙，表面微觀不平的凹痕就越深，交變應力作用下的應力集中就會越嚴重，越容易造成零件抗疲勞強度的降低，導致失效；腐蝕性氣體或液體越易在谷底出聚集，并通過表面微觀凹谷滲入到金屬內層，造成表面銹蝕。在接觸剛度方面，表面越粗糙，表面間接觸面積越小，導致單位面積受力增大，造成峰頂處的塑性變形加劇，接觸剛度下降，影響機器的工作精度和平穩(wěn)性。影響零件的耐磨性。影響配合性質的穩(wěn)定性。影響零件的疲勞強度。影響零件的抗腐蝕性。影響零件的密封性。對零件的外觀、測量精度、表面光學性能、導電導熱性能和膠合強度等也有著不同程度的影響。綜上所述，為保證零件的使用性能和壽命，應對零件的表面粗糙度加以合理限制。1.實際輪廓（表面輪廓）實際輪廓是指平面與實際表面相交所得的輪廓線。3.2.1基本術語3.2表面粗糙度的評定2.取樣長度l(新標準中用lr)：

指在輪廓總的走向上量取的用于測量或評定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準線長度。應與表面粗糙度的大小相適應。規(guī)定取樣長度是為了限制和減弱表面波紋度對表面粗糙測量結果的影響，一般在一個取樣長度內應包含５個以上的波峰和波谷。表面越粗糙，取樣長度就越大。3.評定長度ln(新標準中用ln)：

在評定或測量表面輪廓時所必須的一段長度。評定長度可包括一個或多個取樣長度。表面不均勻的表面，宜選用較長的評定長度。通常評定長度一般按5個取樣長度來確定。如下圖圖例圖表中線lnl取樣長度l和評定長度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常用取樣長度及評定長度4.輪廓基準線：

評定表面粗糙度數(shù)值大小的參考線。它是具有與被測表面幾何形狀一致的幾何輪廓形狀，并將被測輪廓加以劃分的線。有兩種：（1）輪廓的最小二乘中線：指具有理想輪廓的基準線，在取樣長度內，使輪廓上各點至該線的距離平方和為最小。即：

圖3-4輪廓最小二乘中線圖3-4輪廓算術平均中線（2）輪廓算術平均中線：指具有理想輪廓形狀并在取樣長度內與輪廓走向一致的基準線，將實際輪廓劃分上下兩部分，且使上下面積相等的直線。即：

圖3-5輪廓算術平均中線

5.輪廓單元即一個輪廓峰和其相鄰的一個輪廓谷的組合。

6.輪廓峰高zp7.輪廓谷深zv8.輪廓單元的高度zt9.輪廓單元的寬度xs圖3-6輪廓單元3.2.2表面粗糙度評定參數(shù)

國家標準GB3505-2000中規(guī)定了表面粗糙度高度參數(shù)、間距參數(shù)、混合參數(shù)以及曲線和相關參數(shù)。主要的評定參數(shù)如下：1、輪廓的高度參數(shù)（幅度參數(shù)）

輪廓算術平均偏差Ｒa在取樣長度內，被測實際輪廓上各點至輪廓中線縱坐標Z（x）絕對值的算數(shù)平均值。Ra值越大，表面越粗糙。

圖3-7輪廓算術平均偏差

輪廓最大高度Ｒz

在取樣長度內，輪廓各個高極點至中線的距離稱為輪廓峰高，最大的距離稱為最大輪廓峰高Zp；輪廓輪廓各個低極點至中線的距離稱為輪廓谷深，最大的距離稱為最大輪廓谷深Zv；輪廓最大高度是在一個取樣長度內，最大輪廓峰高Zp和最大輪廓谷深Zv之和，即:

Rz=Zpmax+Zvmax圖3-8輪廓最大高度Rz參數(shù)對不允許出現(xiàn)較深加工痕跡的表面和小零件的表面質量有著實際意義，尤其是在交變載荷作用下，是防止出現(xiàn)疲勞破壞源的一項保證措施。

2.間距參數(shù)（與間距特性有關的參數(shù)）輪廓單元的平均寬度RSm

即在一個取樣長度lr

內，輪廓單元寬度xs

的平均值。圖3-9輪廓單元的寬度3.形狀特性參數(shù)（曲線參數(shù)）輪廓的支承長度率Rmr（c）即在給定水平位置c上，輪廓的實體材料長度Ml（c）與評定長度ln

的比率。圖3-10輪廓的實體材料長度3.3

表面粗糙度參數(shù)值的選擇及標注

對零件表面粗糙度進行合理的選擇，主要是指評定參數(shù)的選擇和參數(shù)值的確定。選擇原則是在滿足零件表面功能要求的同時，應保證加工工藝的經(jīng)濟性。選擇的方法有計算法、試驗法和類比法。3.3.1表面粗糙度評定參數(shù)的選則鑒于零件表面粗糙度對其使用性能的多方面影響，在選擇表面粗糙度評定參數(shù)時，應能充分合理地反映表面微觀幾何形狀的真實情況。選擇原則如下。①如沒有特殊要求，一般選用幅度參數(shù)。推薦優(yōu)先選用Ra值，因為Ra能充分反映零件表面輪廓的特征。在Ra=0.025～6.3m范圍內，優(yōu)先選用Ra，因為在該范圍內用輪廓儀能很方便地測出Ra的實際值。在Ra＞6.3m和Ra＜0.025m范圍內，即表面過于粗糙或過于光滑時，用光切顯微鏡和干涉顯微鏡測量很方便，多采用Rz。當表面不允許出現(xiàn)較深加工痕跡時，為防止應力過于集中，或要求保證零件的抗疲勞強度和密封性時，須選用Rz。當零件材料較軟時，因為Ra一般采用觸針測量。當測量面積很小時，如頂尖、刀具的刃部、儀表的小元件的表面，可選用Ry值.。②附加參數(shù)一般不單獨使用，對有特殊要求的少數(shù)零件的重要表面，需要控制RSm的數(shù)值；對于有較高支承剛度和耐磨性的表面，應規(guī)定Rmr(c)參數(shù)。3.3.2

評定參數(shù)值的選擇

1.表面粗糙度的參數(shù)值表面粗糙度的評定參數(shù)已經(jīng)標準化，設計時應按國家標準GB/T1031-1995規(guī)定的參數(shù)值系列選取（見表5-2～表5-5）。幅度參數(shù)分為第一系列和第二系列，選用時應優(yōu)先采用第一系列的參數(shù)值。表3-2輪廓算術平均偏差Ra的數(shù)值(摘自GB/T1031—1995)(單位：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的參數(shù)值(摘自GB/T1031—1995)(單位：μm)基本系列補充系列基本系列補充系列基本系列補充系列基本系列補充系列基本系列補充系列基本系列補充系列0．1251．2512．512512500．1601．6016．016016000．202．0202000．0250．252．5252500．0320．323．2323200．0400．404．040400表3-3

Rz的參數(shù)值(摘自GB/T1031—1995)(單位：μm)0．0500．505．0505000．0630．636．3636300．0800．808．0808000．1001．010．01001000表3-4RSm的數(shù)值(摘自GB/T1031—1995)R/mm0．0060．01250．0250．050．10．20．40．81．63．26．312．5表3-5Rmr(%)的數(shù)值(摘自GB/T1031—1995)(c)(%)1015202530405060708090具體參數(shù)值選用原則：1)同一零件上，工作表面的粗糙度值應比非工作表面小(但Rmr(c)值應大

2)摩擦表面的粗糙度值應比非摩擦表面小，滾動摩擦表面的粗糙度值應比滑動摩擦表面小。

3)對于相對運動速度高、單位面積壓力大的表面，表面粗糙度值應小。

4)對于承受交變應力作用的零件，在容易產(chǎn)生應力集中的部位，如圓角、溝槽處，表面粗糙度值應小。

5)對于配合要求穩(wěn)定的間隙較小的間隙配合和承受重載荷的過盈配合，它們的孔、軸表面粗糙度值應小。表3-6形狀公差與表面粗糙度參數(shù)值的關系形狀公差t占尺寸公差

T的百分比［t/T(%)］表面粗糙度參數(shù)值占尺寸公差百分比/T(%)/T(%)約60≤5≤20約40≤2．5≤10約25≤1．2≤56)確定表面粗糙度參數(shù)值時，應注意它與形狀公差值的協(xié)調，表3-6列出了在正常的工藝條件下，表面粗糙度參數(shù)值與尺寸公差及形狀公差的對應關系，可供設計參考。7)對于要求防腐蝕、密封性能好或外表美觀的表面，表面粗糙度值應較小。

8)凡有關標準業(yè)已對表面粗糙度要求作出了具體規(guī)定(如與滾動軸承配合的軸頸和外殼孔、鍵槽、各級精度齒輪的主要表面等)，則應按該標準的規(guī)定確定表面粗糙度參數(shù)值的大小。表3-7表面粗糙度的表面特征、經(jīng)濟加工方法及應用舉例表面微觀特性/μm加工方法應用舉例

表面粗糙微見刀痕≤20粗車、粗刨、粗銑、鉆、毛銼、鋸斷半成品粗加工過的表面，非配合的加工表面，如軸端面、倒角、鉆孔、齒輪和帶輪側面、鍵槽底面、墊圈接觸面2.常見加工方法的表面粗糙度半光

表面微見加工痕跡≤10車、刨、銑、鏜、鉆、粗鉸軸上不安裝軸承、齒輪處的非配合表面，緊固件的自由裝配表面，軸和孔的退刀槽微見加工痕跡≤5車、刨、銑、鏜、磨、拉、粗刮、滾壓半精加工表面，箱體、支架、蓋面、套筒等和其他零件結合而無配合要求的表面，需要發(fā)藍的表面等看不清加工痕跡≤2．5車、刨、銑、鏜、磨、拉、刮、壓、銑齒接近于精加工表面，箱體上安裝軸承的鏜孔表面，齒輪的工作面光表面可辨加工痕跡方向≤1．25車、鏜、磨、拉、刮、精鉸、磨齒、滾壓圓柱銷、圓錐銷、與滾動軸承配合的表面，臥式車床導軌面，內、外花鍵定心表面微辨加工痕跡方向≤0．63精鉸、精鏜、磨、刮、滾壓要求配合性質穩(wěn)定的配合表面，工作時受交變應力的重要零件，較高精度車床的導軌面不可辨加工痕跡方向≤0．32精磨、珩磨、研磨、超精加工精密機床主軸錐孔、頂尖圓錐面、發(fā)動機曲軸、凸輪軸工作表面，高精度齒輪齒面極光

表面暗光澤面≤0．16精磨、研磨、普通拋光精密機床主軸軸頸表面，一般量規(guī)工作表面，汽缸套內表面，活塞銷表面亮光澤面≤0．08超精磨、精拋光、鏡面磨削精密機床主軸軸頸表面，滾動軸承的滾珠，高壓油泵中柱塞和柱塞套配合表面鏡狀光澤面≤0．04鏡面≤0．01鏡面磨削、超精研高精度量儀、量塊的工作表面，光學儀器中的金屬鏡面3.3

表面粗糙度的符號及其標注1.表面粗糙度符號和代號2.表面粗糙度的標注3.表面粗糙度代號在圖樣上的標注3.3表面粗糙度的符號及其標注

表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值確定后，還應按GB/T131—2006《產(chǎn)品幾何技術規(guī)范(GPS)技術產(chǎn)品文件表面結構的表示法》的規(guī)定把表面粗糙度要求正確地標注在零件圖上。

1.表面粗糙度符號和代號圖3-11表面粗糙度的基本符號2.表面粗糙度的標注a1，a2

——粗糙度幅度參數(shù)代號及其數(shù)值（mm）；b——最后一道加工工序、鍍覆、涂覆、表面處理或其他說明等；c——取樣長度或波紋度（mm）;d——加工紋理方向符號；e

——加工余量（mm）；f

——粗糙度間距參數(shù)值（mm）圖3-12表面粗糙度代號注法(1)表面粗糙度幅度（高度）參數(shù)的標注

幅度參數(shù)是表面粗糙度的基本參數(shù)，Ra、Rz在代號中用數(shù)值表示，單位為微米(μm)，Ra的參數(shù)值前可不標注參數(shù)代號，Rz的參數(shù)值前需標注出相應的參數(shù)代號。(2)表面粗糙度附加參數(shù)的標注若需要標注表面粗糙度的附加參數(shù)Rsm或Rｍｒ（ｃ）時，應注在符號長邊的橫線下面，數(shù)值寫在相應代號的后面。圖ａ是上限值；圖ｂ是最大值；圖ｃ表示水平位置Ｃ在Ｒｚ的５０％位置上，Rsm為７０％，此時Rsm為下限值；圖ｄ表示最小值圖3-13表面粗糙度的附加參數(shù)標注(3)表面粗糙度其他項目的標注（如圖3－１２所示）加工紋理方向符號：433、表面粗糙度代號在圖樣上的標注★（1）表面粗糙度代號應注在可見輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長線上，也可以注在指引線上。符號的尖端必須從材料外指向被注表面，代號中數(shù)字及符號的方向必須與尺寸線上的數(shù)字方向一致并盡可能靠近有關尺寸線。如下圖所示。44★

代號中的數(shù)字方向應與尺寸數(shù)字的方向一致。表面結構要求可標注在輪廓線上，必要時，也可用細箭頭或型點的指引線引出標注。如下圖所示。★

符號的尖端必須從材料外指向表面?！镌谕粓D樣上每一個表面只標注一次粗糙度代號并盡可能靠近有關尺寸線45★對不連續(xù)的同一表面，可用細實線相連，其表面粗糙度代號可注一次。Ra12.546★

在不同方向的表面上標注時，代號中的數(shù)字及符號的方向必須按圖中的規(guī)定標注。47★零件上連續(xù)要素及重復要素（孔、槽、齒等）的表面，其表面粗糙度代號只注一次。Ra1.6拋光★齒輪、蝸輪等齒槽的粗糙度代(符)號可注在分度線的延長線上。鍵槽側面的粗糙度代(符)號可注在引出線上。48★齒輪、漸開線花鍵的工作表面，在圖中沒有表示出齒形時，其粗糙度代號可注在分度線上。RY2.5RY2.5

★螺紋工作表面需要注出粗糙度代號而圖形中又未畫出螺紋牙型時，其粗糙度代號必須與螺紋代號一起注出。50★同一表面上有不同表面粗糙度要求時，應用細實線分界，并注出尺寸與表面粗糙度代號。φRa0.8Ra6.3

（2）當零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求時，對其中使用最多的一種符號、代號可以統(tǒng)一注在圖樣的右上角，并加注“其余”兩字。

（3）當零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求時的標注。圖3-16零件所有表面具有相同要求的表面粗糙度

（4）盡量采用簡化標注。圖3-17

表面粗糙度簡化代號的標注示例

（5）中心孔的工作表面，鍵槽工作表面、圓角、倒角的表面粗糙度代號標注。圖3-20表面粗糙度標注示例

（6）

同一表面上有不同的表面粗糙度要求時，需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。以及用細實線連接的不連續(xù)的同一表面，其粗糙度代號只注一次。圖3-21表面粗糙度標注示例

（7）對零件上的連續(xù)表面及重復要素（如孔、槽、齒等）的表面的標注。圖3-22表面粗糙度標注示例表面粗糙度在不同位置的標注方法本章小結表面粗糙度的概念（加工表面所具有的較小間距和微小峰谷不平度）。國家標準在評定表面粗糙度的參數(shù)時，規(guī)定了取樣長度l、評定長度Ln和輪廓中線m。表面粗糙度的評定參數(shù)有高度參數(shù)（包括輪廓算術平均偏差Ra、微觀不平度十點高度Rz、輪廓最大高度Ry）和間距參數(shù)（輪廓單峰平均間距S和輪廓微觀不平度平均間距Sm）表面粗糙度評定時通常只給出高度參數(shù)Ra或Rz及允許值，必要時可規(guī)定輪廓其他評定參數(shù),如表面加工紋理方向、加工方法或(和)加工余量等附加要求。如果采用標準取樣長度，則在圖樣上可以省略標注取樣長度值。國家標準規(guī)定了表面粗糙度的標注方法，應熟練掌握。表面粗糙度輪廓的檢測主要方法有比較法、光切法、干涉法和感觸法。任務1