第五章表面粗糙度

5.3 表面粗糙度的选择
5.3.1 表面粗糙度评定参数的选择
1．轮廓算术平均偏差Ra
由于Ra既能反映加工表面的微观几何形状特征，又能反 映微观凸峰高度，且测量效率高，测量时便于进行数据处理， 因此，在幅度参数常用的参数值范围内（Ra为0.025～6.3 μm、 Rz为0.1～25 μm），推荐优先选用Ra值。 2．轮廓最大高度Rz
Rz反映轮廓情况虽不如Ra全面、客观，但其概念简单， 测量方便，同时也弥补了Ra不能测量极小表面的不足。因此， 在零件加工表面过于粗糙（Ra＞6.3 μm）、过于光滑（Ra＜ 0.025 μm），或测量面积很小时，可以选用Rz值。
5.3.2 表面粗糙度评定参数值的选择
表面粗糙度评定参数值的选择原则是：在满足功能要求 的前提下，尽量选用较大的参数允许值，以减小加工难度， 降低生产成本。 在选择表面粗糙度评定参数值时，应根据国家标准GB/T 1031—2009规定的参数值系列来选择。实际生产中，可参照 一些经过验证的实例，用类比法来确定。根据类比法初步确 定表面粗糙度后，再对比工作条件进行适当调整。调整时应 考虑以下几点。 ① 同一零件上，工作表面的粗糙度值（评定参数值）比 非工作表面的粗糙度值小。 ② 摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦表 面的粗糙度值小。 ③ 运动速度高、压强大、受交变载荷的零件表面及容易 产生应力集中的沟槽、圆角部位等，表面粗糙度值应小些。
在评定长度ln内，根据取样长度lr进行测量，可得到一 个或几个测量值，取其平均值作为表面粗糙度数值的可靠值。
4．基准线m
轮廓最小二乘 中线 基 准 线 轮廓算术平均 中线 简称为中线，是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基 准线，在取样长度内，轮廓线上各点到该线距离Zi的平方 和为最小，如图5-4（a）所示，即：
图5-10 表面结构要求在轮廓线上的标注
图5-11 用指引线引出标注表面结构要求
② 在不致引起误解的情况下，表面结构要求可以标注 在给定的尺寸线上，如图5-12（a）所示；也可标注在几何 公差框格的上方，如图5-12（b）和图5-12（c）所示。
（a） （b） （c） 图5-12 表面结构要求标注在尺寸线上或公差框格上
图5-9 补充要求的标注位置
表面结构代号的示例及含义如表5-11所示。
表5-11 表面结构代号的示例及含义
16%规则 评定参 数规定 值的判 断规则 最大规则
运用16%规则时，当被测表面测得的全部参数值中， 超过规定值的个数不多于总个数的16%时，该表面是合 格的。此时，应在图样上标注表面粗糙度参数的上、 下极限值。当参数代号后未注写“max”时，均默认为 应用16%规则
运用最大规则时，被测整个表面上测得的参数值一 个也不应超过给定的最大值，此时，应在参数代号后 注写“max”
5.4.3 表面结构在图样和其他技术产品文件中的注法
表面结构要求对每一个表面一般只标注一次，并尽可能 注在相应的尺寸及其公差的同一视图上。 1．表面结构符号、代号的标注位置与方向 ① 国标规定，表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写 和读取方向一致。表面结构要求可标注在轮廓线上，其符号 应从材料外指向并接触表面。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，如图5-10和5-11所示。
2．表面结构的简化注法 （1）有相同表面结构要求的简化注法 如果工件的多数（包括全部）表面具有相同的表面结构 要求，则其表面结构要求可统一标注在图样的标题栏附近。 此时，表面结构要求的符号后面应有： ① 在圆括号内给出无任何其他标注的基本符号，如图515（a）所示； ② 在圆括号内给出不同的表面结构要求，如图5-15（b） 所示。
如图5-3所示，取样长度lr应在轮廓总的走向上量取。在 取样长度范围内，一般应包含5个以上的轮廓峰和轮廓谷。 表面越粗糙，取样长度lr应越长。
图5-3 取样长度和评定长度
3．评定长度ln 评定长度ln是指用于评定被评定轮廓的X轴方向上的长度。 由于零件表面存在不均匀性，为了合理、客观地反映表面质 量，评定长度ln一般包含一个或几个取样长度lr。通常取ln＝ 5lr；若被测表面均匀性较好，可选ln＜5lr；若被测表面均匀 性较差，可选ln＞5lr。
表 面 粗 糙 度 的 主 要 表 现
对零件配合 性质的影响
对零件接触 刚度的影响
对零件疲劳 强度的影响
对零件耐蚀 性的影响 对零件密封 性的影响
表面粗糙度值越小，则零件的( )。 A．耐磨性好。 B．配合精度高。 C．抗疲劳强度差． D．传动灵敏性差。 E．加工容易。
Байду номын сангаасAB
5.2 表面粗糙度的基本知识
Z
i 1
n
2 i
min
轮廓算术平均中线是指具有几何轮廓形状，在取样长 度内与轮廓走向一致，并划分轮廓为上下两部分，且使上 下两部分面积相等的基准线，如图5-4（b）所示，即：
在二乘中线符合最小二乘原则，从理论上讲是理想的基 准线，但在轮廓图形上确定其位置比较困难；而算术平均中 线与最小二乘中线的差别很小，且可用目测方法确定，故通 常用算术平均中线来代替最小二乘中线。当轮廓不规则时， 算术平均中线不止一条，而最小二乘中线只有一条。 （a） （b）
间的是波纹度误差。
AE
表面粗糙度对工件性能的影响有 哪些？
对零件耐磨 性的影响
表面粗糙度越大，配合面之间的有效接触面积越小，压强 越大，磨损就越快；但如果表面粗糙度过小，不仅不利于润 滑油的储存，还会加大金属分子间的吸附力，也会加快磨损 表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，由 于微观峰顶会在工作中迅速磨损，从而会使间隙增大；对于 过盈配合，由于压入装配时微观峰顶会被挤平，从而会使实 际过盈量减小 两个零件上相互接触的表面粗糙度越大，其实际接触面积 越小，单位面积受力越大，峰顶处的局部塑性变形越严重， 接触刚度越低 粗糙的零件表面存在较大的微观凹谷，其对应力集中十分 敏感，会降低零件的疲劳强度。对于承受交变载荷的零件， 这种影响尤为显著 粗糙的零件表面，易于在表面微观凹谷处积聚腐蚀性气体 和液体，并由此渗入内层，造成表面锈蚀，降低零件的抗腐 蚀能力 粗糙表面结合时，两表面只在局部点上接触，无法严密贴 合，气体或液体容易通过接触面间的微小缝隙发生渗漏
互换性与测量技术
第5章 表面粗糙度与检测
5.1 概述 5.2 表面粗糙度的基本知识 5.3 表面粗糙度的选择 5.4 表面粗糙度的标注 5.5 表面粗糙度的检测 5.6 综合实训
误差产生的原因
加工原理（工件与刀具相对位置） 定位安装（定位元件和安装误差） 机床（自身的制造、磨损、安装）
刀具（磨损）
是指在一个取样长度内，纵坐标Z（x）绝对值的算术 平均值，其表达式为： lr 或近似为：
轮廓算术平均 偏差Ra
幅 度 参 数
Ra 1 Z（x） dx lr 0 1 n Ra Z（x） i n i 1

表5-2 轮廓算术平均偏差Ra的数值
图5-5 轮廓最大高度
轮廓最大高度 Rz
轮廓最大高度Rz是指在一个取样长度内，最大轮廓峰 高Zpmax和最大轮廓谷深Zvmax之和，如图5-5所示，其表达 式为： Rz＝Zpmax＋Zvmax
③ 在表面结构要求可以直接标注在延长线上，或用带 箭头的指引线从延长线上引出标注，如图5-13所示。
图5-13 表面结构要求标注在延长线上
图5-14 圆柱和棱柱表面结构要求的标注
④ 圆柱和棱柱表面的表面结构要求只标注一次，如果 每个棱柱表面都有不同的表面结构要求，则应分别标注，如 图5-14所示。
5.2.1 基本术语及定义
表面粗糙度的基本术语主要包括表面轮廓、取样长度lr、 评定长度ln和基准线m等。 1．表面轮廓 表面轮廓是指一个指定平面 与实际表面相交所得的轮廓，如 图5-2所示。
图5-2 表面轮廓
2．取样长度lr 取样长度lr lr的数值应从表 是指在X轴方向判别被评定轮廓不规则特征的 取样长度 5-1给出的数系中选取。 长度。规定取样长度lr的目的是为了限制和减弱表面波度对 表面粗糙度测量结果的影响：若lr过长，则表面粗糙度的测 表5-1 取样长度lr的数值 单位：mm 量值中可能含有表面波度的成分；若lr过短，则不能客观地 反映表面粗糙度的实际情况。
i 1 i 1
F F
i i
n
n
图5-4 基准线
基准线m是指评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线。
规定取样长度和评定长度的目的是什么？ 规定取样长度的目的是为了限制或减弱表面波度的影响； 规定评定长度的目的是为了合理地反映轮廓的真实情况。
5.2.2 表面粗糙度的评定参数及其数值
国家标准GB/T 3505—2009规定的评定表面粗糙度的参数 有：
④ 配合稳定性要求高的表面，如小间隙配合表面、受重 载荷的过盈配合表面，表面粗糙度值应小些。 ⑤ 表面粗糙度应与尺寸和形状公差相协调。例如，尺寸、 形状公差小时，表面粗糙度也要小些；相同公差等级时，轴 的表面粗糙度值应比孔要小些。 ⑥ 密封性、抗腐蚀性要求高的表面或外形要求美观的表 面，表面粗糙度值要小些。 ⑦ 凡有关标准已对表面粗糙度作出具体规定的，应按该 标准的要求选择。 常用表面粗糙度的参数值及其加工方法和应用举例参见 课本表5-7和表5-8。
一般情况下，在测量Ra和Rz时，应按表5-4所示选用相 应的取样长度lr和评定长度ln（表中ln＝5lr）。此时，取样长 度值的标注在图样上或技术文件中可省略；当有特殊要求时， 应给出相应的取样长度值，并在图样上或技术文件中注出。
表5-4 Ra、Rz与lr、ln的对应关系
表面粗糙度的主要评定参数有哪些？优先采用哪个评定参数？ 表面粗糙度的主要评定参数有：轮廓算术平均偏差Ra；轮廓最大 高度Rz。优先选用Ra。
课堂练习题
判断下列各对配合使用性能相同时，哪一个表面粗糙度的要求高？说明理由。 1） φ 50H7/f6与φ 50H7/h6。 2） φ 20h7与φ 80h7。 3） φ 20H7/e6与φ 20H7/r6。 4） φ 30g6与φ 30G6。
解：1）φ 50H7/ h6要求高些，因为它是小间隙配合，对表面粗糙度比大间隙配合 的φ 50H7/f6更敏感。 2）φ 20h7要求高些，因为φ 80h7尺寸较大，加工更困难，因此应放松要求。 3）φ 20H7/r6要求高些，因为是过盈配合，为了连接可靠、安全、应减小粗糙度， 以避免装配时将微观不平的峰、谷挤平面减小实际过盈量。 4）φ 30g6要求高些，因为精度相同时，孔比轴难加工。
表面波度误差 表面粗糙度
波距在1～10 mm之间 波距小于1 mm
图5-1 某零件的三种误差
5.1 概述
表面粗糙度越小，表面 越光滑。
实际表面轮廓
粗糙度轮廓
λ 波纹度轮廓
宏观形状轮廓
下列论述正确的有(
)。
A．表面粗糙度属于表面微观性质的形状误差。
B．表面粗糙度属于表面宏观性质的形状误差。
C．表面粗糙度属于表面波纹度误差。 D．经过磨削加工所得表面比车削加工所得表 面的表面粗糙度值大。 E．介于表面宏观形状误差与微观形状误差之
5.4 表面粗糙度的标注
5.4.1 表面结构的符号
表5-9 表面结构符号
5.4.2 表面结构的代号
在表面结构符号的基础上，注上其他有关表面特征的符 号及数值，即组成了表面结构的代号。 一般情况下，在表面结构代号中，只注出表面结构评定 参数代号及其允许值即可。但为了明确表面结构要求，必要 时应注出补充要求。补充要求包括传输带、取样长度、加工 工艺、表面纹理及方向、加工余量等。在完整符号中，对表 面结构的单一要求和补充要求应标注在图5-9所示指定位置上。
调整（重新对刀、定位、夹紧） 工艺系统的受力变形（切削力） 工艺系统的热变形（切削热和摩擦热） 内应力（毛坯、切削、冷加工）

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
表面粗糙度与形状误差有何区别？
形状误差属于宏观几何形状误差。一般由机床、刀具、工件所组成
的工艺系统的误差所造成的。而表面粗糙度属于微观几何形状误差。
指加工后，刀具在工件表面留下的波峰和波长都很小的波形。
5.1 概述
表面粗糙度越小，表面越光滑。
形状误差 三 种 误 差
波距大于10 mm