第三章(表面精度)表面粗糙度

6)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。
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 表面粗糙度参数值占尺寸公差百分比 差 /T(%) /T(%) T的百分比［t/T(%)］ 约60 约40 约25 ≤5 ≤2．5 ≤1．2 ≤20 ≤10 ≤5
图3-6 轮廓单元
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。

现在实施的标准(表面粗糙度国家标准-新标准)：



GB/T 3505-2000 《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/T 1031-1995 《表面粗糙度 参数及其数值》 GB/T 131-1993 《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》
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。
2.常见加工方法的表面粗糙度
表3-7 表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例
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
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
表面微观特性 表面 粗糙 /μm 微见刀痕 ≤20 加工方法 应用举例
粗车、粗 半成品粗 刨、粗铣、 加工过的表 钻、毛锉、 面，非配合 锯断 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
3.2.1 基本术语
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。
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

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。 2. 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。 3. 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。
1.
3.1概述
完工零件实际 表面轮廓
实际表面轮廓 表面粗糙度轮廓 波纹度轮廓 λ 宏观形状轮廓
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）：
GB 1031-68； GB 131-74
过去的标准(表面粗糙度国家标准-旧标准)：



GB/T 3505-1983 《表面粗糙度—术语、表面及其参数》 GB/T 1031-1995 《表面粗糙度 参数及其数值》 GB/T 131-1993 《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》
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。
3.2 表面粗糙度的评定
0．025
0．032 0．040 0．050 0．063 0．080 0．100 0．80 0．40
0．25
0．32 0．50 0．63 1．00 6．3 3．2
2．5
4．0 5．0 8．0 10．0
25
32 40 50 63 80 100
表3-3
Rz的参数值(摘自GB/T 1031—1995)(单位：μm)
图例图表
l l
中线
l
l
l
ln
取样长度l和评定长度ln
常用取样长度及评定长度
Ra/m 0.008~0.02 >0.02~0.1 >0.1~2.0 >2.0~10.0 >10.0~80.0
Rz/m 0.025~0.10 >0.10~0.50 >0.50~10.0 >10.0~50.0 >50.0~320.0
lr/mm 0.08 0.25 0.80 2.50 8.0
ln/mm 0.4 1.25 4.0 12.5 40.0
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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：
3.2.2 表面粗糙度评定参数
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
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。
2 y i min i 1 n
图3-4 轮廓最小二乘中线
（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3-4 轮廓算术平均中线
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zp 7.轮廓谷深zv 8.轮廓单元的高度zt 9.轮廓单元的宽度xs
基本 系列
补充 系列 0．1 25 0．1 60 0．2 0
基本 系列
补充 系列 1．2 5
基本 系列 1 2．5
补充 系列
基本 补充 系列 系列 125
基本 系列
补充 系列 1250
基本 系列
补充 系列
1．6 0 2．0 0．2 5
1 6．0 20 2．5 25
160 200
1600
0．0 25
250
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。
3.1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。

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
3.3.2
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/T 1031—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 0．008 0．010 0．012 0．016 0．020 0．20 0．125 0．160 1．6 2．0 1．25 12．5 16 20
1．0
10．0
100
1000
表3-4 RSm的数值(摘自GB/T 1031—1995) R/m 0． 0． 0． 0． 0． 0． 0． 0． 1． 3． 6． 1 m 006 012 025 05 1 2 4 8 6 2 3 2． 5 5 表3-5 Rmr(%)的数值(摘自GB/T 1031—1995) (c) 10 (%) 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90
0．0 32
0．0 40 0．4 0
0．3 2
3．2
4．0
32
40 400
320
表3-3
0．050 0 ． 06 3 0 ． 08 0 0．100 0．80
Rz的参数值(摘自GB/T 1031—1995)(单位：μm)
0．50 0．63 6 ．3 5 ．0 50 63 500 630
8 ．0
80
800