表 面 粗 糙 度

1、第4章 表 面 粗 糙 度 第4章 表面粗糙度 4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 表面粗糙度的評定表面粗糙度的評定 4 4.3 .3 表面粗糙度的選擇表面粗糙度的選擇 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第4章 表 面 粗 糙 度 4.1 概概 述述 4. 1. 1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念 經(jīng)過機械加工或用其他加工方法獲得的零件表面，由于 加工過程中的塑性變形、機床的高頻振動以及刀具在加工表 面留下的切削痕跡等原因，零件的表面不可能是絕對光潔的。 在零件加工表面存在幾何形狀誤差，零件加工表面形成的幾 何形狀誤差除表面粗糙度外，還有形狀誤差（宏觀幾何形狀 誤差）和表面波度。 表面粗糙度是

2、加工表面上具有的由較小間距和峰谷形成 的微觀幾何形狀特性，它是一種微觀幾何形狀特性,也稱為外 觀不平度,如圖4-1示。表面粗糙度值越小，零件表面越光潔。 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-1 表面粗糙度 圖4-2 零件表面的幾何形狀誤差 第4章 表 面 粗 糙 度 表面粗糙度反映的是實際零件表面幾何形狀誤差的 微觀特征，而形狀誤差表述的則是零件幾何要素的宏觀 特征，介于兩者之間的是表面波紋度。如圖4-2所示，這3 種誤差通常以一定的波距和波高h之比來劃分，一般/h 比值大于1 000為形狀誤差，見圖4-2（b），其中1mm； 小于40為表面粗糙度，見圖4-2（c），其中 1mm10mm；介于兩

3、者之間的為表面波紋度，見圖4-2 （d），其中10mm。 第4章 表 面 粗 糙 度 4. 1. 2 表面粗糙度對互換性的影響表面粗糙度對互換性的影響 表面粗糙度對零件表面許多功能都有影響。其主要 表現(xiàn)在以下幾個方面： 1. 配合性質(zhì)配合性質(zhì) 對于有配合要求的零件表面，由于相對運動會導(dǎo)致 微小的波峰磨損，從而影響配合性質(zhì)。 第4章 表 面 粗 糙 度 間隙配合：兩個表面粗糙的零件在相對運動時會迅 速磨損，造成間隙增大，影響配合性質(zhì)。 過盈配合：在裝配時，表面上微觀凸峰極易被擠平， 產(chǎn)生塑性變形，使裝配后的實際有效過盈量減小，降低 了聯(lián)結(jié)強度。 過渡配合：零件多用壓力及錘敲裝配，表面粗糙度 發(fā)生

4、磨損，使配合變松，降低了定位和導(dǎo)向的精度。 第4章 表 面 粗 糙 度 2. 耐磨性耐磨性 相互接觸的表面由于存在微觀幾何形狀誤差，只 能在輪廓峰頂處接觸，實際有效接觸面積減小，導(dǎo)致 單位面積上壓力增大，表面磨損加?。坏^于光（即 表面粗糙度值過?。┑牧慵砻?，由于金屬分子間的 吸附作用，接觸表面的潤滑油被擠掉形成干摩擦，也 會使摩擦系數(shù)增大而加劇磨損。 第4章 表 面 粗 糙 度 3. 耐腐蝕性耐腐蝕性 由于腐蝕性氣體或液體容易積存在波谷底部， 腐 蝕作用便從波谷向金屬零件內(nèi)部深入，造成銹蝕，因 此零件表面越粗糙，波谷越深，腐蝕越嚴重。 第4章 表 面 粗 糙 度 4. 抗疲勞強度抗疲勞強度

5、 零件粗糙表面的波谷處，在交變載荷、重載荷作 用下易引起應(yīng)力集中，使抗疲勞強度降低。 此外，表面粗糙度對接觸剛度、結(jié)合面的密封性、 零件的外觀、零件表面導(dǎo)電性等都有影響。因此為保 證零件的使用性能和互換性，在設(shè)計零件幾何精度時 必須提出合理的表面粗糙度要求。 第4章 表 面 粗 糙 度 4. 2 表面粗糙度的評定參數(shù)表面粗糙度的評定參數(shù) 我國現(xiàn)行的表面粗糙度標準有產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī) 范表面結(jié)構(gòu) 輪廓法 表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語、定義及參數(shù) （GB/T 35052009）、表面粗糙度 參數(shù)及其數(shù)值 （GB/T10312009）、機械制圖 表面粗糙度符號、 代號及其注法（GB/T 1312006）。 第4章 表

6、 面 粗 糙 度 4. 2. 1 基本術(shù)語及定義基本術(shù)語及定義 1. 實際輪廓實際輪廓 實際輪廓是指平面與實際表面相交所得的輪廓線，如圖 3-3所示。按相截方向不同，實際輪廓分為橫向?qū)嶋H輪廓和縱 向?qū)嶋H輪廓。 圖4-3 形位公差框格 第4章 表 面 粗 糙 度 2.取樣長度（取樣長度（lr） 取樣長度（lr）是用于判別被評定輪廓的不規(guī)則 特征的x軸方向上的長度，即具有表面粗糙度特征的 一段基準線長度。x軸的方向與輪廓總的走向一致， 一般應(yīng)包括5個以上的波峰和波谷，如圖4-4所示。規(guī) 定和限制這段長度是為了限制和減弱表面波度對表面 粗糙度測量結(jié)果的影響。 圖4-4 取樣長度和評定長度 第4章 表

7、 面 粗 糙 度 3. 評定長度（評定長度（ln） 評定長度是用于判別被評定輪廓的 x 軸方向上的 長度。它可包括一個或幾個取樣長度，如圖4-4所示。 由于零件表面粗糙度不一定均勻，在一個取樣長 度上往往不能合理地反映該表面粗糙度的特性，因此 要取幾個連續(xù)取樣長度，一般取 ln = 5lr。 若被測表面 比較均勻，可選 ln 5lr；若被測表面均勻性差或測量 精度要求高，可選 ln 5lr。 第4章 表 面 粗 糙 度 4. 輪廓濾波器的截止波長輪廓濾波器的截止波長 表面粗糙度等3類表面幾何形狀誤差總是同時存在， 并疊加在同一表面輪廓上。測量時會產(chǎn)生干擾，可利用 輪廓濾波器過濾掉其他的幾何形狀

8、誤差，來呈現(xiàn)所需的 幾何形狀誤差。輪廓濾波器是能將表面輪廓分離成長波 成分和短波成分的濾波器，它們對應(yīng)抑制的波長稱為截截 止波長止波長。長波濾波器是將大于其設(shè)定截止波長的部分過 濾掉；短波濾波器是將小于其設(shè)定截止波長的部分過濾 掉。 第4章 表 面 粗 糙 度 5. 輪廓中線輪廓中線 輪廓中線是具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準線。 它有輪廓的最小二乘中線和輪廓的算術(shù)平均中線兩種。 1）輪廓的最小二乘中線（m） 輪廓的最小二乘中線是指在取樣長度內(nèi)，使輪廓線 上各點輪廓偏距 zi 的平方和最小的線，即 min( )，如圖4-5所示。 dxzi lr 2 0 第4章 表 面 粗 糙 度 圖 4-5

9、輪廓的最小二乘中線 第4章 表 面 粗 糙 度 輪廓偏距 z 是指測量方向上，輪廓線上的點與基準線 之間的距離，如圖4-6所示。對實際輪廓來說， 基準線和 評定長度內(nèi)輪廓總的走向之間的夾角是很小的，故可認 為輪廓偏距是垂直于基準線的。輪廓偏距有正、負之分： 在基準線以上, 輪廓線和基準線所包圍的部分是材料的實 體部分，這部分的 z 值為正； 反之為負。 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-6 輪廓偏距 第4章 表 面 粗 糙 度 2）輪廓的算術(shù)平均中線 輪廓的算術(shù)平均中線是指在取樣長度內(nèi)劃分實際輪 廓為上、下兩部分，且使兩部分面積相等的基準線，如 圖4-7所示，用公式表示為 式中: Fi輪廓峰面

10、積； 輪廓谷面積。 n i i n i i FF 11 (4-1) i F 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-7 輪廓的算術(shù)平均中線 第4章 表 面 粗 糙 度 最小二乘中線從理論上講是理想的、惟一的基準 線，但在輪廓圖形上確定最小二乘中線的位置比較困 難，因此只用于精確測量。輪廓算術(shù)平均中線與最小 二乘中線差別很小，通常用圖解法或目測法就可以確 定，故實際應(yīng)用中常用輪廓的算術(shù)平均中線代替最小 二乘中線。當(dāng)輪廓很不規(guī)則時，輪廓的算術(shù)平均中線 不是惟一的。 第4章 表 面 粗 糙 度 4. 輪廓峰頂線輪廓峰頂線 輪廓峰頂線是指在取樣長度內(nèi)，平行于基準線 并通過輪廓最高點的線，如圖4-8所示。 第

11、4章 表 面 粗 糙 度 圖4-8 輪廓峰頂線與輪廓谷底線 第4章 表 面 粗 糙 度 5. 輪廓谷底線輪廓谷底線 輪廓谷底線是指在取樣長度內(nèi)，平行于基準線 并通過輪廓最低點的線， 如圖4-8所示。 第4章 表 面 粗 糙 度 4. 2. 2 評定參數(shù)評定參數(shù) 1. 幅度參數(shù)幅度參數(shù) 1） 輪廓算術(shù)平均偏差（Ra） 輪廓算術(shù)平均偏差是指在一個取樣長度內(nèi), 輪廓 偏距 z (x) 絕對值的算術(shù)平均值，如圖3-9所示，用公 式表示為 或近似為 式中: z輪廓偏距； zi第 i 點輪廓偏距（i=1，2，3, n）。 dxxz lr R lr a0 1 (4-2) n i ia z n R 1 1 (

12、4-3) 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-9 輪廓算術(shù)平均偏差 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-10 輪廓最大高度 2）輪廓最大高度（Rz） 輪廓最大高度是指在取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線 與輪廓谷底線之間的距離，如圖4-10所示。 第4章 表 面 粗 糙 度 2. 間距參數(shù)間距參數(shù) 輪廓單元的平均寬度(RSm)：在取樣長度內(nèi)，輪 廓單元寬度 XS 的平均值， 用公式表示為 式中, XSi第 i 個輪廓微觀不平度的間距。 輪廓單元是指輪廓峰和輪廓谷的組合寬度。輪廓 單元寬度 XS 是指 x 軸線與輪廓單元相交線段的長度， 如圖4-11所示。 m i si X m RSm 1 1 第4章 表 面

13、粗 糙 度 圖4-11 輪廓單元寬度 第4章 表 面 粗 糙 度 3. 形狀特性參數(shù)形狀特性參數(shù) 輪廓支承長度率（Rmr ( c )）：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， 用公式表示為 ln b ln cMl cRmr n i i 1 第4章 表 面 粗 糙 度 輪廓的實體材料長度 Ml (c), 是指評定長度內(nèi)， 一 平行于 x 軸的直線從峰頂線向下移一水平截距 c 時， 與輪廓相截所得各段截線長度 bi 之和。 Rmr(c)值是對應(yīng)于不同水平截距 c 而給出的。水 平截距 c 是從峰頂線開始計算的, 它可用m或 Rz 的百 分數(shù)表示。如圖4

14、-12所示， 給出 Rmr(c) 參數(shù)時，必須 同時給出輪廓水平截距 c 值。 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-12 輪廓支承長度 第4章 表 面 粗 糙 度 4國標規(guī)定國標規(guī)定 國標規(guī)定采用中線制來評定表面粗糙度，粗糙度 的評定參數(shù)一般從Ra、Rz中選取，參數(shù)值見表4-2、 表4-3。表中的“第一系列”應(yīng)得到優(yōu)先選用 。 第4章 表 面 粗 糙 度 4.2.3 表面粗糙度的標注表面粗糙度的標注 國家標準GB/T 1312006對表面粗糙度的符號、 代 號及其標注做了規(guī)定。 1 表面粗糙度的圖形符號表面粗糙度的圖形符號 代號代號 （1）表面粗糙度的基本圖形符號和擴展圖形符號。 為了標注表面粗

15、糙度輪廓各種不同的技術(shù)要求，GB/T 1312006規(guī)定了一個基本圖形符號，如圖4-13（a）所 示；兩個擴展圖形符號，如圖4-13（b）、圖4-13（c） 所示。 第4章 表 面 粗 糙 度 基本圖形符號（a）表示表面可用任何加工方法獲 得。由兩條不等長的與表面成60夾角的直線構(gòu)成，如 圖4-13（a）所示。基本圖形符號僅用于簡化代號標注， 沒有補充說明時，不能單獨使用。 擴展圖形符號（b）表示指定表面是用去除材料的 方法獲得的。例如車、銑、鉆、刨、磨、拋光、電火花 加工、氣割等方法。在基本圖形符號上加一短橫構(gòu)成， 如圖4-13（b）所示。 擴展圖形符號（c）表示指定表面是用不去除材料 的方

16、法獲得的。例如鑄、鍛、沖壓、熱軋、冷軋、粉末 冶金等方法。在基本圖形符號上加一圓圈構(gòu)成，如圖4-13 （c）所示。 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-13 表面粗糙度基本圖形符號與擴展圖形符號 第4章 表 面 粗 糙 度 （2）表面粗糙度的完整圖形符號。當(dāng)要求標注表 面粗糙度特征的補充信息時，應(yīng)在圖4-13所示圖形符號 的長邊端部加一條橫線，構(gòu)成表面粗糙度的完整圖形符 號，如圖4-14所示。 圖4-14 表面粗糙度完整圖形符號 第4章 表 面 粗 糙 度 2 表面粗糙度的標注表面粗糙度的標注 （1）表面粗糙度圖形符號的特征組成。當(dāng)需要表示 的加工表面對表面特征的其他規(guī)定有要求時，應(yīng)在表面 粗糙

17、度符號的相應(yīng)位置注上若干必要項目的表面特征規(guī) 定。表面特征的各項規(guī)定在符號中的注寫位置如圖4-15 所示。 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-15 表面粗糙度特征的標注位置 a注寫表面結(jié)構(gòu)單一要求，包括粗糙度幅度參數(shù)代 號（Ra、Rz）、參數(shù)極限值（單位為m）和傳輸帶 或取樣長度（其標注順序及規(guī)定如下：傳輸帶數(shù)值/ 評定長度/幅度參數(shù)代號（空格）幅度參數(shù)數(shù)值）； b注寫第二個（或多個）表面結(jié)構(gòu)要求，附加評定 參數(shù)（如RSm，單位為mm）； c加工方法； d加工紋理方向的符號； e加工余量（mm）。 第4章 表 面 粗 糙 度 l 幅度參數(shù)的標注幅度參數(shù)的標注 表面粗糙度的幅度參數(shù)包括Ra和Rz

18、。當(dāng)選用Ra標注 時，只需在圖形符號中標出其參數(shù)值，可不標幅度參數(shù) 代號；當(dāng)選用Rz標注時，參數(shù)代號和參數(shù)值均應(yīng)標出。 表面粗糙度幅度參數(shù)標注示例（摘要GB/T 1312006） 如圖4-16所示。 參數(shù)值標注分為上限值標注和上、下限值標注兩種 形式。 圖4-16 幅度參數(shù)值默認上限值的標注 第4章 表 面 粗 糙 度 l 極限值判斷規(guī)則的標注。 按照GB/T 106102009的規(guī)定，可采用下列兩種判斷規(guī)則。 16%規(guī)則：16%規(guī)則是指在同一評定長度范圍內(nèi)，幅度參數(shù) 所有的實測值中，允許16%測得值超過規(guī)定值，則認為合格。 16%規(guī)則是表面粗糙度輪廓技術(shù)要求中的默認規(guī)則。若采用，則 圖樣上不

19、須注出，如圖4-16、圖4-17所示。 最大規(guī)則：最大規(guī)則是在幅度參數(shù)符號Ra或Rz的后面標注一 個“max”的標記。它表示整個所有實測值不得超過規(guī)定值，如 圖4-18所示。 圖4-17 幅度參數(shù)上、下限值的標注 第4章 表 面 粗 糙 度 l 傳輸帶和取樣長度、評定長度的標注。需要指定傳 輸帶時，傳輸帶（單位為mm）標注在幅度參數(shù)符號的 前面，并用斜線“/ ”隔開，如圖4-19所示。 圖4-18 幅度參數(shù)最大規(guī)則的標注 圖4-19 傳輸帶的標注 第4章 表 面 粗 糙 度 l 表面紋理的標注。需要標注表面紋理及其方向時， 則應(yīng)采用規(guī)定的符號（摘自GB/T 1312006）進行標 注。表面紋理

20、標注符號如圖4-21所示。圖4-21中紋理方 向如下。 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-21 常見的加工紋理方向符號 (a)紋理平行于 視圖所在的投影面； (b)紋理垂直于 視圖所在的投影面； (c) 紋理呈兩斜 向交叉方向； (d)紋理呈多方 向； (e)紋理呈近似 同心圓且圓心與表 面中心相關(guān)； (f)紋理呈近似 放射狀且與表面中 心相關(guān)； (g)紋理呈微粒、 凸起、無方向。 第4章 表 面 粗 糙 度 l 間距、形狀特征參數(shù)的標注。 若需要標注Rsm、Rmr（c）值時，將其符號注在加工紋 理的旁邊，數(shù)值寫在代號的后面。圖4-22表示用磨削的方法 獲得的表面的幅度參數(shù)Ra上限值為1.6m

21、（采用最大原則）， 下限值為0.2m（默認16%規(guī)則），傳輸帶皆采 用 ， ，評定長度值采用默認的標 準化值5；附加了間距參數(shù)Rsm 0.05mm，加工紋理垂直于視 圖所在的投影面。 圖4-22 表面粗糙度技術(shù)要求的標注圖 0.008 mm s 1mm cr l 第4章 表 面 粗 糙 度 l 加工余量的標注。 在零件圖上標注的表面粗糙度輪廓技術(shù)要求都是針對 完工表面的要求，因此不需要標注加工余量。對于有多個加 工工序的表面可以標注加工余量，如圖4-23所示，車削工序 的直徑方向加工余量為0.4mm。 圖4-23 加工余量的標注 第4章 表 面 粗 糙 度 3 表面粗糙度的標注方法表面粗糙度的

22、標注方法 （ 1 ）表面粗糙度符號、代號一般標注在可見輪廓線、 尺寸界線、引出線或它們的延長線上。符號的尖端必 須從材料外指向表面，如圖4-24所示。 （2）表面結(jié)構(gòu)要求可標注在輪廓線上，其符號應(yīng)從 材料外指向并接觸表面，如圖4-25所示。必要時，也可 用帶箭頭或黑點的指引線引出標注，如圖4-26所示。 第4章 表 面 粗 糙 度 圖4-24 表面結(jié)構(gòu)要求的注寫方向 圖4-25 表面粗糙度代號在圖樣上的標注 圖4-26 用指引線引出標注表面的結(jié)構(gòu)要求 第4章 表 面 粗 糙 度 （3）在不至引起誤解時，表面結(jié)構(gòu)要求可以注寫在給 定的尺寸線上，如圖4-27所示。 （4）表面結(jié)構(gòu)要求可以標注在形位

23、公差框格上方，如 圖4-28所示。 圖4-27 表面結(jié)構(gòu)注寫在尺寸線上 圖4-28 表面結(jié)構(gòu)標注在形位公差框格上方 第4章 表 面 粗 糙 度 （5）表面結(jié)構(gòu)要求可以直接標注在延長線上，或用帶 箭頭的指引線引出標注，如圖4-29、圖4-30(P115)所示。 圖4-29 表面結(jié)構(gòu)要求標注在延長線上 第4章 表 面 粗 糙 度 （6）簡化標注。當(dāng)零件的某些表面或多數(shù)表面具有 相同的技術(shù)要求時，對這些表面的技術(shù)要求可以用特 定符號統(tǒng)一標注在零件圖的標題欄附近。該表面粗糙 度要求符號后面應(yīng)有圓括號，說明該要求的適用范圍。 如圖4-31（a）所示 。 圖4-31 形位公差值的附加符號 4GB /T131表面粗糙度新、舊版標注的比較與區(qū)別(P115) 。 第4章 表 面 粗 糙 度 4.3 表面粗糙度的選擇 選擇的原則是：在滿足零件表面使用功能的前提下，盡量 使加工工藝簡單、生產(chǎn)成本降低，盡量選用較大的參數(shù)值。 （1）參數(shù)的選擇。國家標準推薦優(yōu)先選用Ra參數(shù)，對于小 表面零件和圓柱表面可選用Rz，例如頂尖、刀尖、鋼球和軸