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1、第5章 表面粗糙度及检测 主要内容：主要内容：1.1.表面粗糙度评定参数及其数值。表面粗糙度评定参数及其数值。2.2.表面粗糙度符号及其注法。表面粗糙度符号及其注法。3.3.零件表面粗糙度参数值的选择。零件表面粗糙度参数值的选择。重点内容：重点内容：1 1.表面粗糙度符号及其注法。表面粗糙度符号及其注法。一一 .定义：定义：已加工完零件的截面轮廓形状是复杂的，一般包括表面粗糙度、表已加工完零件的截面轮廓形状是复杂的，一般包括表面粗糙度、表面波纹度和形状误差。三者通常按波距来划分，波距小于面波纹度和形状误差。三者通常按波距来划分，波距小于1 1mmmm的属于表面的属于表面粗糙度（微观几何形状误差
2、）；波距在粗糙度（微观几何形状误差）；波距在110110mmmm的属于表面波纹度；波距的属于表面波纹度；波距大于大于1010mmmm的属于形状误差（宏观几何形状误差），如图的属于形状误差（宏观几何形状误差），如图5-15-1所示。所示。概述 表面粗糙度是评定零件表面质量的一项重要技术指标。对机械零件表面粗糙度是评定零件表面质量的一项重要技术指标。对机械零件的工作性能具有如下影响。的工作性能具有如下影响。（1 1）对耐磨性的影响）对耐磨性的影响（2 2）对配合性质的影响）对配合性质的影响（3 3）对抗疲劳强度的影响）对抗疲劳强度的影响（4 4）对接触刚度的影响）对接触刚度的影响（5 5）对抗腐蚀
3、性能的影响）对抗腐蚀性能的影响概述GB/T1312006机械制图机械制图 表面粗糙度符号表面粗糙度符号 代号及其标注方法代号及其标注方法GB/T10312009表面粗糙度参数及其数值表面粗糙度参数及其数值GB/T106102009轮廓法测定表面结构的规则和方法轮廓法测定表面结构的规则和方法GB/T35052009产品几何技术规范产品几何技术规范 表面结构的术语、定义及参数表面结构的术语、定义及参数GB/T72202004产产品品几几何何量量技技术术规规范范（GPS）表表面面结结构构轮轮廓廓法法 表表面面粗粗糙糙度术语参数测量度术语参数测量 表面粗糙度的评定参数及标注 一一 .主要术语及定义：主
4、要术语及定义：1.1.取样长度取样长度lr 用于判别和测量表面粗糙度时所规定的一段基准线的长度。它在轮廓用于判别和测量表面粗糙度时所规定的一段基准线的长度。它在轮廓总的走向上选取。一般一个取样长度包括五个峰和五个谷。规定取样长度总的走向上选取。一般一个取样长度包括五个峰和五个谷。规定取样长度是为了限制和削弱是为了限制和削弱表面波度表面波度对表面粗糙度测量结果的影响。对表面粗糙度测量结果的影响。2.2.评定长度评定长度L Ln n 评定轮廓必须的一段长度，包括一个或评定轮廓必须的一段长度，包括一个或n n个取样长度，一个取样长度，一般取般取5 5个取个取 样长度样长度 规定评定长度规定评定长度L
5、 Ln n是由于被加工表面不同程度的存在不均匀是由于被加工表面不同程度的存在不均匀性。如果只取一个性。如果只取一个L L值测量，则不能完全反映零件表面的特性。值测量，则不能完全反映零件表面的特性。测量时，测出测量时，测出n n个个L L长度的表面粗糙度值，然后取平均值作长度的表面粗糙度值，然后取平均值作为该被测量表面的粗糙度值。为该被测量表面的粗糙度值。3.3.轮廓中线轮廓中线m m （基准线）基准线）轮廓中线是评定表面粗糙度数值的基准线，它将被测轮廓轮廓中线是评定表面粗糙度数值的基准线，它将被测轮廓分成上下两部分并具有与被测轮廓几何形状一致的几何轮廓形分成上下两部分并具有与被测轮廓几何形状一
6、致的几何轮廓形状。目前使用的有最小二乘中线和轮廓算术平均中线。状。目前使用的有最小二乘中线和轮廓算术平均中线。表面粗糙度的评定参数及标注（1）最小二乘中线最小二乘中线 轮廓偏距轮廓偏距y yi i在测量方向上轮廓上的点至基准线的距离在测量方向上轮廓上的点至基准线的距离。最小二乘中线最小二乘中线在取样长度在取样长度L L内，使轮廓偏距内，使轮廓偏距y yi i的平方和最小，这的平方和最小，这条基准线就叫轮廓的最小二乘中线。但在实际应用中，它很难确定，条基准线就叫轮廓的最小二乘中线。但在实际应用中，它很难确定，故很少用。故很少用。表面粗糙度的评定参数及标注（2 2）轮廓算术平均中线：）轮廓算术平均
7、中线：在取样长度在取样长度L L内，由中线至轮廓上、下两边的面积等。这条内，由中线至轮廓上、下两边的面积等。这条中线就叫轮廓算术平均中线，应用很广。中线就叫轮廓算术平均中线，应用很广。表面粗糙度的评定参数及标注 二二 .评定参数及数值评定参数及数值 国家标准国家标准GB/T 3505-2009规定的评定表面粗糙度的参数有幅度参数、间距规定的评定表面粗糙度的参数有幅度参数、间距参数、混合参数以及曲线和相关参数等四类。参数、混合参数以及曲线和相关参数等四类。1.1.幅度参数幅度参数（1 1）轮廓的算术平均偏差）轮廓的算术平均偏差R Ra a 在一个取样长度内纵坐标值在一个取样长度内纵坐标值Z Z（
8、x x）绝对值的算绝对值的算术平均值，如图术平均值，如图5-45-4所示。用公式表示为所示。用公式表示为 表面粗糙度的评定参数及标注 测得的测得的Ra值越大，表面越粗糙。值越大，表面越粗糙。Ra能客观地反映表面微观几何形状误差，能客观地反映表面微观几何形状误差，但因受到计量器具功能限制，不宜用作过于粗糙或太光滑表面的评定参数。但因受到计量器具功能限制，不宜用作过于粗糙或太光滑表面的评定参数。(2)轮轮廓廓的的最最大大高高度度Rz 在在一一个个取取样样长长度度内内，最最大大轮轮廓廓峰峰高高Zp和和最最大大轮轮廓廓谷谷深深Zv之之和和的的高度，如图高度，如图5-5所示。即所示。即Rz=Zp+Zv
9、（5-3）式中，式中，Zp，Zv都取正值。都取正值。表面粗糙度的评定参数及标注 2.间距参数间距参数 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm：在一个取样长度内轮廓单元宽度在一个取样长度内轮廓单元宽度Xs的平均值，如图的平均值，如图5-6所所示。即示。即 表面粗糙度的评定参数及标注 Rsm反映了轮廓表面峰谷的疏密程度，反映了轮廓表面峰谷的疏密程度，Rsm越大，峰谷越稀，密封性越差。越大，峰谷越稀，密封性越差。如图如图5-6所示，图所示，图5-6b比图比图5-6a的密封性好。的密封性好。（a）（b）图5-6 高度参数相近，疏密度不同，密封性不同 3.混合参数混合参数表面粗糙度的评定参数及标注
10、轮廓的均方根斜率是指在取样长度内纵坐标斜率为的均方根值。4.曲线和相关参数曲线和相关参数 轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr（c）：）：在给定水平位置在给定水平位置C上的轮廓实体材料长度上的轮廓实体材料长度Ml（c）与评定长度的比率，如图与评定长度的比率，如图5-7所示。用公式表示为所示。用公式表示为 Rmr（c）值值是是对对应应不不同同的的C值值而而给给出出的的轮轮廓廓的的水水平平截截距距，C值值可可用用微微米米或或C值值与与Rz值的百分比表示。值的百分比表示。表面粗糙度的评定参数及标注 支撑长度率是随着水平位置不同而变化的，其关系曲线称为支撑长度率曲支撑长度率是随着水平位置不同而变化的
11、，其关系曲线称为支撑长度率曲线，如图线，如图5-7b所示。支撑长度率曲线对于反映表面耐磨性具有显著的功效，即所示。支撑长度率曲线对于反映表面耐磨性具有显著的功效，即从中可以直观地看出支撑长度率的变化趋势。从中可以直观地看出支撑长度率的变化趋势。4.曲线和相关参数曲线和相关参数表面粗糙度的评定参数及标注 Rmr（c）的大小反映了轮廓表面峰谷的形状，同样水平位置下）的大小反映了轮廓表面峰谷的形状，同样水平位置下Rmr（c）值越大，表面实体材料越长，接触刚度和耐磨性越好。如图）值越大，表面实体材料越长，接触刚度和耐磨性越好。如图5-8所示，图所示，图5-8a比图比图5-8b的接触刚度和耐磨性好。的接
12、触刚度和耐磨性好。（a）（b）图5-8 幅度参数相同，轮廓支撑长度率不同，接触刚度不同 国国家家标标准准GB/T10312009表表面面粗粗糙糙度度参参数数及及其其数数值值规规定定了了表表面面粗粗糙糙度度评评定定参参数数的的数数值值系系列列，在在设设计计时时，可可根根据据具具体体要要求求进进行选择，并将其数值按规定标注在图样上。行选择，并将其数值按规定标注在图样上。表面粗糙度的评定参数及标注 以上评定参数中，幅度参数轮廓的算术平均偏差以上评定参数中，幅度参数轮廓的算术平均偏差Ra和轮廓的最大高和轮廓的最大高度度Rz是标准中规定必须标注的参数（二者至少取其一），故又称为基本是标准中规定必须标注的
13、参数（二者至少取其一），故又称为基本参数，应优先选用参数，应优先选用Ra。当表面粗糙度除了有高度要求外，还有密封和耐。当表面粗糙度除了有高度要求外，还有密封和耐磨要求时，就要考虑附加参数磨要求时，就要考虑附加参数Rsm或或Rmr（c）。）。表面粗糙度的评定参数及标注 表面粗糙度的评定参数及标注 表面粗糙度的标注（1）位置a标注表面结构的单一要求；（2）位置a和b标注两个或多个表面结构要求；（3）位置c标注加工方法，如车、铣、磨、镀等加工方法；（4）位置d标注表面纹理和方向，如“=”“X”，见表5-9；（5）位置e标注加工余量，标注时以“mm”为单位给出数值。一一.基本代号有三种：基本代号有三种
14、：1)用去除材料的方法获得的表面。如车、洗、刨、磨等。用去除材料的方法获得的表面。如车、洗、刨、磨等。2）用不去除材料的方法获得的表面。如铸、锻等。用不去除材料的方法获得的表面。如铸、锻等。3）用任意方法获得的表面。用任意方法获得的表面。二二.标注方法：标注方法：表面粗糙度的标注 在零件图上，表面粗糙度代号周围一般只标注幅度参数Ra或Rz的符号和允许值。当要求在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图样上标注表面粗糙度的上限值或下限值；当要求在表面粗糙度的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上标注表面粗糙度的最大值或最小值。2.表面粗糙度技术要求其他项目的标注
15、按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样上省略标注，否则应按如图5-10a所示方法标注取样长度，图中取样长度取值为0.8mm。表面粗糙度的标注2.表面粗糙度技术要求其他项目的标注表面粗糙度技术要求其他项目的标注如果某表面如果某表面的粗糙度要求按指定的加工方法（如铣削）获得时，可的粗糙度要求按指定的加工方法（如铣削）获得时，可用文字标注如图用文字标注如图5-10b所示。所示。如果需要标注加工余量（设加工总余量为如果需要标注加工余量（设加工总余量为5mm），），应将其标注如图应将其标注如图5-10c所示。所示。如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹如果需要控制表面加工纹理方向时，加注加工纹理方
16、向符号，如图理方向符号，如图5-10d所示。标准规定了加工纹所示。标准规定了加工纹理方向符号，理方向符号，表面粗糙度的标注3.表面粗糙度在图样上的标注方法 图5-11 表面粗糙度在轮廓线上的标注 图5-12 用指引线引出标注表面粗糙度 表面粗糙度的标注3.表面粗糙度在图样上的标注方法 图5-13 表面粗糙度标注在几何公差框格的上方 图5-14 表面粗糙度标注在尺寸线上 表面粗糙度的标注3.表面粗糙度在图样上的标注方法 图5-15 键槽的表面粗糙度注法 图5-16 圆角和倒角的表面粗糙度注法表面粗糙度的标注3.表面粗糙度在图样上的标注方法 表面粗糙度的标注1评定参数的选择评定参数的选择 对于幅度
17、参数，一般情况下可以从对于幅度参数，一般情况下可以从Ra和和Rz中任选一个，但在常用值中任选一个，但在常用值范围内（范围内（Ra为为0.0256.3mm），优先选用），优先选用Ra。因为通常采用电动轮廓。因为通常采用电动轮廓仪测量仪测量Ra值，而轮廓仪的测量范围为值，而轮廓仪的测量范围为0.028mm。表面粗糙度要求特别。表面粗糙度要求特别高或特别低（高或特别低（Ra6.3mm）时，选用）时，选用Rz。Rz可用光学仪器可用光学仪器-双管显微镜或干涉显微镜测量。所以当表面不允许出现较深加工痕双管显微镜或干涉显微镜测量。所以当表面不允许出现较深加工痕迹，以防止应力集中，或测量部位小、峰谷过大过小而
18、不宜用迹，以防止应力集中，或测量部位小、峰谷过大过小而不宜用Ra时，零时，零件表面用件表面用Rz评定。评定。对附加评定参数对附加评定参数Rsm和和Rmr（c），一般不能作为独立参数选用，只），一般不能作为独立参数选用，只有少数零件的重要表面且有特殊功能要求时才附加选用。有少数零件的重要表面且有特殊功能要求时才附加选用。Rsm主要在对主要在对涂漆性能有要求时，以及冲压成形时对抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流涂漆性能有要求时，以及冲压成形时对抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等有要求时选用。支承长度率体流动摩擦阻力等有要求时选用。支承长度率Rmr（c）主要在对耐磨性、）主要在对耐磨性、接触刚度
19、要求较高的场合附加选用。接触刚度要求较高的场合附加选用。表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用 2参数值的选择参数值的选择（1）同一零件上，工作表面的）同一零件上，工作表面的Ra或或Rz值比非工作表面小。值比非工作表面小。（2）摩擦表面）摩擦表面Ra或或Rz值比非摩擦表面小。值比非摩擦表面小。（3）运动速度高、单位面积压力大，以及受交变应力作用的重要零件的圆角沟）运动速度高、单位面积压力大，以及受交变应力作用的重要零件的圆角沟槽的表面粗糙度要求应较高。槽的表面粗糙度要求应较高。（4）配合性质要求高的配合表面（如小间隙配合的配合表面）、受重载荷作用）配合性质要求高的配合表面（如小间隙配合的配合表面）、
20、受重载荷作用的过盈配合表面的表面粗糙度要求比较高。的过盈配合表面的表面粗糙度要求比较高。（5）在确定表面粗糙度参数值时，应注意它与尺寸公差和几何公差的协调。尺）在确定表面粗糙度参数值时，应注意它与尺寸公差和几何公差的协调。尺寸公差值和几何公差值越小，表面粗糙度的寸公差值和几何公差值越小，表面粗糙度的Ra或或Rz值应越小，同一公差等级时，值应越小，同一公差等级时，轴的表面粗糙度轴的表面粗糙度Ra或或Rz值应比孔小。值应比孔小。（6）要求防腐蚀、密封性能好或外表美观表面的表面粗糙度要求应较高。）要求防腐蚀、密封性能好或外表美观表面的表面粗糙度要求应较高。（7）凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定（
21、如与滚动轴承配合的轴颈和外）凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定（如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度）时，则应按相关规定确定表面粗糙度参数值。壳孔的表面粗糙度）时，则应按相关规定确定表面粗糙度参数值。表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用 3表面粗糙度选用实例表面粗糙度选用实例表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用 2表面粗糙度的检测表面粗糙度的检测-光切法光切法 按按光光切切原原理理设设计计制制造造的的表表面面粗粗糙糙度度测测量量仪仪器器称称为为光光切切显显微微镜镜（或或叫叫双管显微镜），其测量范围双管显微镜），其测量范围Rz为为0.880m。表面粗糙度的检测表面粗糙度的检测 作业：第122页 52、54