第五章 表面粗糙度轮廓及检测
基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，
表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。
重点内容：表面粗糙度的评定、选用及标注。
难点内容：表面粗糙度的评定、选用。
操作技能：表面粗糙度的测量。
基本概念
零件表面的形貌可分为三种情况：
(1)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 50。 属于微观几何形状误差 。
课题二、（续）
表面粗糙度
(2)表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比等于 50～ 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 。
表面粗糙度对零件性能的影响
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。
表面粗糙度的基本术语（一）
取样长度 l：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。
（标准见书 P108 表 5-1。）
评定长度 ln：为了全面、充分地反映被测表面的特性，
在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。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。
评定长度一般按 5个取样长度来确定。
基准线
L
n
L LL L
表面粗糙度的基本术语（二）
评定表面粗糙度的基准线：评定表面粗糙度的一段参考线。有以下两种：
轮廓的最小二乘中线 m：在取样长度内，使轮廓上各点至一条该线的距离平方和为最小。即：
轮廓算术平均中线 m,在取样长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线 。即,F1+F3+…+F 2n-1= F2+F4+…+F 2n
m in
1
2
n
i
iy
L
F 1 F
2
y=f(x ) F n
G 1 G 2
G m
x0
表面粗糙度的评定参数（一）
国家标准 GB3505-83和 GB/T1031-95中规定了 6个评定参数，其中有关高度特性的参数 3个，间距特性的参数有 2个，形状特性参数有 1个，其中高度参数是主要的。
（ 1） 轮廓算术平均偏差Ｒ a
在取样长度内,被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的平均值,即
dxxylR la
0
)(1?
n
i
ia ynR
1
1
表面粗糙度评定参数（二）
（ 2） 微观不平度十点高度Ｒ z
在取样长度内５个最大的轮廓峰高 ypi平均值与 5个最大轮廓谷深 yvi平均值之和。
5
5
1
5
1
i
vi
i
pi
z
yy
R
表面粗糙度评定参数（三）
（ 3） 轮廓最大高度Ｒ y
在取样长度内,轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离 。 峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点 。
Ry =︱ ypmax︱ +︱ yvmax︱
表面粗糙度（评定参数）的选择
评定参数的选择：如无特殊要求，一般仅选用高度参数。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。以下情况下例外：
当表面过于粗糙（ Ra＞ 6.3μm）或过于光滑
（ Ra＜ 0.025 μm ）时，可选用 Rz，因为此范围便于选择用于测量 Rz的仪器测量。
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。
表面粗糙度（参数值）的选择
表面粗糙度参数值的选择原则是：在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。
一般原则：同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；摩擦表面比非摩擦表面要小；
受循环载荷的表面要小；配合要求高、联接要求可靠、受重载的表面粗糙度值都应小；同一精度，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小。常用表面粗糙度值与所适应的零件表面见 P112表 5-6,5-7。
参数值的选用方法
可用类比法来确定。一般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但也不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。
一般情况下，它们之间有一定的对应关系，设形状公差为 T，尺寸公差为 IT，它们之间的关系可参照以下对应关系：
若 T≈0.6 IT，则 Ra≤0.05 IT； Rz≤ 0.2 IT
T≈0.4 IT，则 Ra≤0.025 IT； Rz≤ 0.1 IT T≈0.25
IT，则 Ra≤0.012 IT； Rz≤ 0.05 IT
T＜ 0.25 IT，则 Ra≤0.15 T； Rz≤ 0.6 T
表面粗糙度的符号
在图样上表示表面粗糙度的符号有三种：
a为基本符号，表示表面可以用任何方法获得； b表示表面是用去除材料的方法获得的； c表示表面是用不去除材料的方法获得的。
a b c
表面粗糙度的代号
a1,a2 处为粗糙度高度参数的允许值 （ μm） ；
b处标注加工方法,镀涂或其它表面处理；
c处标出取样长度 （ mm） ；
d标出加工纹理方向符号；
e处标出加工余量 （ mm） ；
f处标出间距参数值（ mm）
或轮廓支承长度率。
表面粗糙度的标注
标注时将其标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面。
高度参数：当选用 Ra时，只需在代号中标出其参数值,,Ra”本身可以省略；
当选用 Rz或 Ry时，参数和参数值都应标出；
当允许实测值中，超过规定值的个数少于总数的 16%时，应在图中标注上限值和下限值，
当所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注最大值或最小值。
取样长度：如按国标选用，则可省略标注；
表面加工纹理方向：指表面微观结构的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成，必要时才规定。常见加工纹理方向符号见 P116表 5-10。
标注举例表面度的测量
比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，
多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。
光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。 常用于测量 Rz为 0.5～ 60μm。
干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量 Rz和 Ry值。
印模法：利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印在被测零件表面，放在显微镜下间接地测量被测表面的粗糙度。适用于笨重零件及内表面。
基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，
表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。
重点内容：表面粗糙度的评定、选用及标注。
难点内容：表面粗糙度的评定、选用。
操作技能：表面粗糙度的测量。
基本概念
零件表面的形貌可分为三种情况：
(1)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 50。 属于微观几何形状误差 。
课题二、（续）
表面粗糙度
(2)表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比等于 50～ 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 。
表面粗糙度对零件性能的影响
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。
表面粗糙度的基本术语（一）
取样长度 l：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。
（标准见书 P108 表 5-1。）
评定长度 ln：为了全面、充分地反映被测表面的特性，
在评定或测量表面轮廓时所必需的一段长度。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。
评定长度一般按 5个取样长度来确定。
基准线
L
n
L LL L
表面粗糙度的基本术语（二）
评定表面粗糙度的基准线：评定表面粗糙度的一段参考线。有以下两种：
轮廓的最小二乘中线 m：在取样长度内，使轮廓上各点至一条该线的距离平方和为最小。即：
轮廓算术平均中线 m,在取样长度内，将实际轮廓划分上下两部分，且使上下面积相等的直线 。即,F1+F3+…+F 2n-1= F2+F4+…+F 2n
m in
1
2
n
i
iy
L
F 1 F
2
y=f(x ) F n
G 1 G 2
G m
x0
表面粗糙度的评定参数（一）
国家标准 GB3505-83和 GB/T1031-95中规定了 6个评定参数，其中有关高度特性的参数 3个，间距特性的参数有 2个，形状特性参数有 1个，其中高度参数是主要的。
（ 1） 轮廓算术平均偏差Ｒ a
在取样长度内,被测实际轮廓上各点至轮廓中线距离绝对值的平均值,即
dxxylR la
0
)(1?
n
i
ia ynR
1
1
表面粗糙度评定参数（二）
（ 2） 微观不平度十点高度Ｒ z
在取样长度内５个最大的轮廓峰高 ypi平均值与 5个最大轮廓谷深 yvi平均值之和。
5
5
1
5
1
i
vi
i
pi
z
yy
R
表面粗糙度评定参数（三）
（ 3） 轮廓最大高度Ｒ y
在取样长度内,轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离 。 峰顶线和谷底线平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点 。
Ry =︱ ypmax︱ +︱ yvmax︱
表面粗糙度（评定参数）的选择
评定参数的选择：如无特殊要求，一般仅选用高度参数。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。以下情况下例外：
当表面过于粗糙（ Ra＞ 6.3μm）或过于光滑
（ Ra＜ 0.025 μm ）时，可选用 Rz，因为此范围便于选择用于测量 Rz的仪器测量。
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。
表面粗糙度（参数值）的选择
表面粗糙度参数值的选择原则是：在满足零件表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。
一般原则：同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；摩擦表面比非摩擦表面要小；
受循环载荷的表面要小；配合要求高、联接要求可靠、受重载的表面粗糙度值都应小；同一精度，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小。常用表面粗糙度值与所适应的零件表面见 P112表 5-6,5-7。
参数值的选用方法
可用类比法来确定。一般尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但也不存在确定的函数关系。如机床的手轮或手柄。
一般情况下，它们之间有一定的对应关系，设形状公差为 T，尺寸公差为 IT，它们之间的关系可参照以下对应关系：
若 T≈0.6 IT，则 Ra≤0.05 IT； Rz≤ 0.2 IT
T≈0.4 IT，则 Ra≤0.025 IT； Rz≤ 0.1 IT T≈0.25
IT，则 Ra≤0.012 IT； Rz≤ 0.05 IT
T＜ 0.25 IT，则 Ra≤0.15 T； Rz≤ 0.6 T
表面粗糙度的符号
在图样上表示表面粗糙度的符号有三种：
a为基本符号，表示表面可以用任何方法获得； b表示表面是用去除材料的方法获得的； c表示表面是用不去除材料的方法获得的。
a b c
表面粗糙度的代号
a1,a2 处为粗糙度高度参数的允许值 （ μm） ；
b处标注加工方法,镀涂或其它表面处理；
c处标出取样长度 （ mm） ；
d标出加工纹理方向符号；
e处标出加工余量 （ mm） ；
f处标出间距参数值（ mm）
或轮廓支承长度率。
表面粗糙度的标注
标注时将其标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面。
高度参数：当选用 Ra时，只需在代号中标出其参数值,,Ra”本身可以省略；
当选用 Rz或 Ry时，参数和参数值都应标出；
当允许实测值中，超过规定值的个数少于总数的 16%时，应在图中标注上限值和下限值，
当所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注最大值或最小值。
取样长度：如按国标选用，则可省略标注；
表面加工纹理方向：指表面微观结构的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成，必要时才规定。常见加工纹理方向符号见 P116表 5-10。
标注举例表面度的测量
比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，
多用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。
光切法：利用光切原理，用双管显微镜测量。 常用于测量 Rz为 0.5～ 60μm。
干涉法：利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量。可测量 Rz和 Ry值。
印模法：利用石腊、低熔点合金或其它印模材料，压印在被测零件表面，放在显微镜下间接地测量被测表面的粗糙度。适用于笨重零件及内表面。
