第5章表面粗糙度及其評定5.1概述5.2表面粗糙度的評定5.3表面粗糙度的選用5.4表面粗糙度的標注5.5表面粗糙度的檢測第5章表面粗糙度及其評定5.1概述5.1概述

零件的表面結(jié)構(gòu)反映的是零件表面的幾何形狀特征。無論零件是經(jīng)過熱加工獲得的，還是經(jīng)過冷加工獲得的，其表面都存在一定的幾何形狀誤差。由于產(chǎn)生的原因不同，誤差的大小和對零件功能的影響也不盡相同。這些誤差由三部分組成，即宏觀的形狀誤差、微觀的表面粗糙度及界于兩者之間的表面波紋度。其中，微觀的表面粗糙度比其他幾何參數(shù)對零件功能的影響更為復雜。在表面粗糙度中，不同方面的特征參數(shù)對不同的功能要求，其敏感性也是不一樣的，因此，零件的表面粗糙度是零件質(zhì)量的重要表征之一。我國于20世紀60年代開始，陸續(xù)頒布了一系列表面粗糙度國家標準并不斷修訂。截至目前，現(xiàn)行的國家標準有：GB/T3505—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)》、GB/T131—2006《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法》及GB/T1031—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》。5.1概述

零件的表面結(jié)構(gòu)5.1.1表面粗糙度的概念

表面粗糙度反映的是零件表面的微觀幾何形狀特征。通過機械加工或者其他方法獲得的零件表面，微觀上總會存在較小間距的峰谷痕跡，如圖5-1所示，表面粗糙度就是表述這些峰谷高低程度和間距狀況的微觀幾何形狀特性的指標。它通常是由于在機械加工過程中，刀具在工件表面留下的刻劃痕跡、切屑分離時表面金屬層的塑性變形以及工藝系統(tǒng)的高頻振動等原因形成的。5.1.1表面粗糙度的概念

表面粗糙度反映的是零件表圖5-1表面粗糙度示意圖圖5-1表面粗糙度示意圖表面粗糙度和表面波紋度以及形狀誤差的劃分方法，目前還沒有統(tǒng)一的標準，通?？砂床ň?相鄰兩波峰或兩波谷之間的距離)的大小來劃分，也可按波距與波高的比值來劃分。若按波距的大小來劃分，波距小于1mm的屬于表面粗糙度，波距在1?mm～10?mm之間的屬于表面波紋度，波距大于

10mm的屬于形狀誤差。表面粗糙度和表面波紋度以及形狀誤差的劃分方法，目前還沒有5.1.2表面粗糙度對零件使用功能的影響

表面粗糙度對零件使用功能的影響很大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：摩擦系數(shù)、磨損、疲勞強度、沖擊強度、耐腐蝕性、接觸剛度、抗振性、間隙配合中的對中精度、過盈配合中的結(jié)合強度、對光的反射性能、流體阻力、鍍層質(zhì)量等。

(1)摩擦和磨損方面。表面越粗糙，摩擦系數(shù)就越大，摩擦阻力也越大，零件配合表面的磨損也就越快。

(2)配合性質(zhì)方面。表面粗糙度影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。對于間隙配合，粗糙的表面會因峰頂很快磨損而使間隙逐漸增大；對于過盈配合，因裝配時表面的峰頂被剪切或擠平而使實際有效過盈減小，降低了連接強度。5.1.2表面粗糙度對零件使用功能的影響

表面粗糙度(3)疲勞強度方面。表面越粗糙，表面粗糙度的凹谷就越深，零件在交變應(yīng)力作用下，在凹谷處的應(yīng)力集中就越嚴重，這樣很容易導致零件因抗疲勞強度的降低而失效。

(4)耐腐蝕性方面。表面越粗糙，腐蝕性氣體或液體越容易在粗糙度的凹谷處聚集，并通過表面微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層，造成表面腐蝕。

(5)接觸剛度方面。表面越粗糙，表面間的實際接觸面積就越小，致使單位面積上的壓力越大，造成峰頂處的局部塑性變形加劇，接觸剛度下降，從而影響機器的工作精度和平穩(wěn)性。(3)疲勞強度方面。表面越粗糙，表面粗糙度的凹谷就越深5.2表面粗糙度的評定

5.2.1有關(guān)表面粗糙度的常用術(shù)語

國家標準GB/T3505—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)》規(guī)定了用輪廓法評定表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語及定義。這些術(shù)語中，既包括表面粗糙度的評定術(shù)語，也包括表面波紋度和原始輪廓的評定術(shù)語。下面主要介紹和表面粗糙度評定有關(guān)的術(shù)語，包括一般術(shù)語和幾何參數(shù)術(shù)語。5.2表面粗糙度的評定

5.2.1有關(guān)表面1．一般術(shù)語

1)實際輪廓

物體(或零件)與周圍介質(zhì)分離的表面稱為實際表面，一個指定平面與實際表面相交所得的輪廓稱為實際輪廓，如圖5-2所示。按相截方向的不同，它又可分為橫向?qū)嶋H輪廓和縱向?qū)嶋H輪廓。在評定表面粗糙度時，除非特別指明，均指橫向?qū)嶋H輪廓，即垂直于加工紋理方向的平面與實際表面相交所得的交線，在這條輪廓線上測得的表面粗糙度數(shù)值最大。對車削、刨削等加工方法來說，這條輪廓線反映了切削刀痕及進給量引起的表面粗糙度。1．一般術(shù)語

1)實際輪廓

物體(或零件)與周圖5-2實際輪廓圖5-2實際輪廓2)取樣長度lr

取樣長度是指用于判別具有表面粗糙度特征的一段基準線長度，如圖5-3所示。標準規(guī)定，取樣長度應(yīng)按表面粗糙程度合理取值，其數(shù)值理論上等于區(qū)分粗糙度輪廓和波紋度輪廓的濾波器的截止波長值。這樣規(guī)定的目的是既要限制和減弱表面波紋度對測量結(jié)果的影響，又要客觀真實地反映零件表面粗糙度的實際情況。2)取樣長度lr

取樣長度是指用于判別具有表面粗糙圖5-3取樣長度和評定長度圖5-3取樣長度和評定長度3)評定長度ln

考慮到零件表面質(zhì)量的不均勻性會導致在單一取樣長度上測量的粗糙度數(shù)值不足以反映整個零件表面的全貌，為此，需要在實際輪廓上取幾個取樣長度，并取在各個取樣長度上測得值的平均值作為測量結(jié)果。這時，所選的幾段取樣長度的總長稱為評定長度ln，如圖5-3所示。

一般情況下取ln=5lr。如被測表面均勻性較好，測量時可選用小于5lr的評定長度值；反之，均勻性較差的表面可選用大于5lr的評定長度值。如果評定長度內(nèi)的取樣長度個數(shù)不等于5，那么在圖樣標注時，應(yīng)在粗糙度參數(shù)代號后標注其個數(shù)。3)評定長度ln

考慮到零件表面質(zhì)量的不均勻性會導4)中線m

按照標準中的定義，中線是指具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準線。因此，在用輪廓法中線制評定表面粗糙度時，也將中線稱為基準線。它是用來評定表面粗糙度參數(shù)大小的一條參考線，該線在整個取樣長度內(nèi)與實際輪廓走向一致。國家標準給定的基準線有如下兩種：

(1)輪廓最小二乘中線。如圖5-4所示，在取樣長度內(nèi)，若某線使輪廓上各點至一條假想線的距離的平方和為最小，即min則這條假想線就是輪廓最小二乘中線。4)中線m

按照標準中的定義，中線是指具有幾何輪廓圖5-4輪廓最小二乘中線圖5-4輪廓最小二乘中線(2)輪廓算術(shù)平均中線。如圖5-5所示，在取樣長度內(nèi)，若一條假想線將實際輪廓分為上、下兩部分，而且使這兩部分與該線所圍成區(qū)域的面積之和相等，即則這條假想線就是輪廓算術(shù)平均中線。(2)輪廓算術(shù)平均中線。如圖5-5所示，在取樣長度內(nèi)，圖5-5輪廓算術(shù)平均中線圖5-5輪廓算術(shù)平均中線2．幾何參數(shù)術(shù)語

(1)輪廓單元。輪廓單元是指一個輪廓峰和與其相鄰的一個輪廓谷的組合，如圖5-6所示。圖5-6輪廓單元2．幾何參數(shù)術(shù)語

(1)輪廓單元。輪廓單元是指一個(2)輪廓峰高Zp。輪廓峰高是指輪廓峰的最高點距中線的距離，如圖5-6所示。

(3)輪廓谷深Zv。輪廓谷深是指輪廓谷的最低點距中線的距離，如圖5-6所示。

(4)輪廓單元高度Zt。輪廓單元高度是指一個輪廓單元的輪廓峰高與輪廓谷深之和，如圖5-6所示。

(5)輪廓單元寬度Xs。輪廓單元寬度是指一個輪廓單元與中線相交線段的長度，如圖5-6所示。

(6)在水平截面高度c上輪廓的實體材料長度Ml(c)。它是在一個給定水平截面高度c上用一條平行于中線的直線與輪廓單元相截所獲得的各段截線長度之和，如圖5-7所示。(2)輪廓峰高Zp。輪廓峰高是指輪廓峰的最高點距中線的Ml(c)用公式表示為c值為輪廓水平截面高度，即輪廓的峰頂線和平行于它并與輪廓相交的截線之間的距離。Ml(c)用公式表示為c值為輪廓水平截面高度，即輪廓圖5-7輪廓的實體材料長度圖5-7輪廓的實體材料長度(7)高度和間距辨別力。高度和間距辨別力是指應(yīng)計入被評定輪廓的輪廓峰和輪廓谷的最小高度和最小間距。輪廓峰和輪廓谷的最小高度通常用Rz或任一幅度參數(shù)的百分率來表示；最小間距則以取樣長度的百分率來表示。(7)高度和間距辨別力。高度和間距辨別力是指應(yīng)計入被評5.2.2表面粗糙度的評定參數(shù)

在標準中，將表面粗糙度的評定參數(shù)分為四類——幅度參數(shù)、間距參數(shù)、混合參數(shù)和曲線參數(shù)。下面主要介紹評定表面粗糙度的常用參數(shù)。

1．與高度特征有關(guān)的參數(shù)——幅度參數(shù)

1)評定輪廓的算術(shù)平均偏差Ra

Ra是指在一個取樣長度內(nèi)，輪廓上各點縱坐標絕對值的算術(shù)平均值，如圖5-8所示(圖中的橫坐標軸代表中線)。

Ra用公式表示為Ra5.2.2表面粗糙度的評定參數(shù)

在標準中，將表面粗糙其近似值為圖5-8輪廓的算術(shù)平均偏差Ra

式中，zi表示輪廓上各點的縱坐標。Ra數(shù)值越大，表面越粗糙。其近似值為圖5-8輪廓的算術(shù)平均偏差Ra式中，zi表2)輪廓最大高度Rz

Rz是指在一個取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高與最大輪廓谷深之和，如圖5-9所示。圖5-9輪廓最大高度2)輪廓最大高度Rz

Rz是指在一個取樣長度內(nèi)，最3)輪廓單元的平均高度Rc

Rc是指在一個取樣長度內(nèi)，輪廓單元高度Zt的平均值，如圖5-10所示。圖5-10輪廓單元的平均高度計算用圖3)輪廓單元的平均高度Rc

Rc是指在一個取樣長度Rc用公式表示為Rc

在計算參數(shù)Rc時，需要判斷輪廓單元的高度和間距。若無特殊規(guī)定，缺省的高度分辨率應(yīng)按Rz的10%選取，缺省的間距分辨率應(yīng)按取樣長度的1%選取。且上述兩個條件都應(yīng)滿足。Rc用公式表示為Rc在計算參數(shù)Rc時，需要判斷輪廓2．與間距特征有關(guān)的參數(shù)—間距參數(shù)

在標準中，只規(guī)定了一個間距參數(shù)—輪廓單元的平均寬度Rsm，它是指在一個取樣長度內(nèi)輪廓單元寬度Xs的平均值，如圖5-11所示。用公式表示為Rsm同樣，在計算參數(shù)Rsm時，需要判斷輪廓單元的高度和間距。若無特殊規(guī)定，缺省的高度分辨率應(yīng)按Rz的10%選取，缺省的間距分辨率應(yīng)按取樣長度的1%選取。且上述兩個條件都應(yīng)滿足。2．與間距特征有關(guān)的參數(shù)—間距參數(shù)

在標準中，只規(guī)定圖5-11輪廓單元的平均寬度計算用圖圖5-11輪廓單元的平均寬度計算用圖3．與形狀特征有關(guān)的參數(shù)—曲線參數(shù)

在標準中，共用了3個參數(shù)和兩種曲線來表達輪廓的形狀特征。與其他參數(shù)不同的是，這些參數(shù)和曲線都不是定義在取樣長度上，而是定義在評定長度上。這里只介紹常用的一個參數(shù)—輪廓支承長度率Rmr(c)。

輪廓支承長度率Rmr(c)是指在一個評定長度內(nèi)，在給定水平截面高度c上輪廓的實體材料長度Ml(c)與評定長度ln的比率，如圖5-7所示(圖5-7中只畫出了一個取樣長度上的Ml(c))。用公式表示為Rmr(c)3．與形狀特征有關(guān)的參數(shù)—曲線參數(shù)

在標準中，共用了由圖5-7可以看出，輪廓的實體材料長度Ml(c)與輪廓的水平截面高度c有關(guān)。c值不同，評定長度ln內(nèi)的實體材料長度Ml(c)就不同，相應(yīng)的輪廓支承長度率Rmr(c)也不相同。所以，輪廓的支承長度率Rmr(c)應(yīng)該對應(yīng)于水平截面高度c給出。c值多用輪廓最大高度Rz的百分數(shù)表示。

輪廓支承長度率Rmr(c)與零件的實際輪廓形狀有關(guān)，它是反映零件表面耐磨性能的指標。對于不同的實際輪廓形狀，在相同的評定長度內(nèi)給出相同的水平截面高度c時，Rmr(c)越大，則表示零件表面凸起的實體部分就越多，承載面積就越大，因而接觸剛度就越高，耐磨性能就越好。圖5-12(a)的輪廓耐磨性能較好，圖5-12(b)的輪廓耐磨性能較差。由圖5-7可以看出，輪廓的實體材料長度Ml(c)與輪廓的圖5-12不同實際輪廓形狀的實體材料長度圖5-12不同實際輪廓形狀的實體材料長度5.2.3表面粗糙度的參數(shù)值

GB/T1031—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》中給出了表面粗糙度參數(shù)Ra、Rz、Rsm、Rmr(c)的數(shù)值系列。其中，Ra、Rz和Rsm三個參數(shù)既有基本系列，也有補充系列。同時，標準也給出了測量幅度參數(shù)Ra和Rz的推薦取樣長度值。詳見表5-1～表5-9。5.2.3表面粗糙度的參數(shù)值

GB/T1031—2互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件5.3表面粗糙度的選用

5.3.1表面粗糙度評定參數(shù)的選擇

如前所述，表面粗糙度對零件的使用功能的影響是多方面的，因此，在選擇表面粗糙度評定參數(shù)時，所選參數(shù)應(yīng)能充分合理地反映表面微觀幾何形狀的真實情況。

表面粗糙度的幅度、間距、曲線三類評定參數(shù)中，最常采用的是幅度參數(shù)。對大多數(shù)表面來說，一般僅給出幅度特性評定參數(shù)即可反映被測表面粗糙度的特征。故GB/T1031—2009規(guī)定，表面粗糙度參數(shù)應(yīng)從幅度參數(shù)中選取。在幅度參數(shù)常用的參數(shù)值范圍(Ra為0.025μm～6.3μm,Rz為0.1μm～25μm)內(nèi)推薦優(yōu)先選用Ra。5.3表面粗糙度的選用

5.3.1表面粗糙Ra參數(shù)最能反映表面微觀幾何形狀高度方面的特性，Ra值用觸針式電動輪廓儀測量也比較簡便，所以對于光滑表面和半光滑表面，普遍采用Ra作為評定參數(shù)。但由于受電動輪廓儀功能的限制，對于極光滑和極粗糙的表面，都不宜采用Ra作為評定參數(shù)。

Rz參數(shù)雖不如Ra參數(shù)反映的幾何特性準確、全面，但Rz的概念簡單，測量也很簡便。Rz與Ra聯(lián)用，可以評定某些不允許出現(xiàn)較大加工痕跡和受交變應(yīng)力作用的表面，尤其當被測表面面積很小、不宜采用Ra評定時，常采用Rz參數(shù)評定。

間距參數(shù)Rsm和曲線參數(shù)Rmr(c)只有在幅度參數(shù)不能滿足表面功能要求時，才附加選用。例如，對密封性要求高的表面，可規(guī)定Rsm；對耐磨性要求較高的表面可規(guī)定Rmr(c)。Ra參數(shù)最能反映表面微觀幾何形狀高度方面的特性，Ra值用5.3.2表面粗糙度評定參數(shù)數(shù)值的選取

在零件設(shè)計時，應(yīng)按國家標準GB/T1031—2009規(guī)定的參數(shù)值系列選取表面粗糙度參數(shù)極限值，見表5-1～表5-7。選用表面粗糙度參數(shù)值總的原則是：在滿足零件功能要求的前提下兼顧經(jīng)濟性，使參數(shù)的允許值盡可能大。

在實際應(yīng)用中，由于表面粗糙度和零件的功能關(guān)系相當復雜，難以全面而精確地按零件表面功能要求確定其參數(shù)允許值，因此，常用類比法來確定。

具體選用時，可先根據(jù)經(jīng)驗及統(tǒng)計資料初步選定表面粗糙度參數(shù)值，然后再根據(jù)工作條件做適當調(diào)整。5.3.2表面粗糙度評定參數(shù)數(shù)值的選取

在零件設(shè)計時調(diào)整時應(yīng)考慮以下幾點：

(1)同一零件上，工作表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比非工作表面的小。

(2)摩擦表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比非摩擦表面的??；滾動摩擦表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比滑動摩擦表面的小。

(3)運動速度高、單位面積壓力大的表面以及受交變應(yīng)力作用的重要零件的圓角、溝槽表面的表面粗糙度數(shù)值都應(yīng)該較小。

(4)配合性質(zhì)要求越穩(wěn)定，其配合表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)越??；配合性質(zhì)相同時，小尺寸結(jié)合面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比大尺寸結(jié)合面的??；同一公差等級時，軸的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比孔的小。調(diào)整時應(yīng)考慮以下幾點：

(1)同一零件上，工作表(5)表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)與尺寸公差及形狀公差相協(xié)調(diào)。表5-10列出了在正常工藝條件下，表面粗糙度數(shù)值與尺寸公差及形狀公差的對應(yīng)關(guān)系，可供設(shè)計時參考。

一般來說，尺寸公差和形狀公差小的表面，其表面粗糙度數(shù)值也較小，即尺寸公差等級小，表面粗糙度值要求也小。但尺寸公差等級大的表面，其表面粗糙度值要求不一定也小。如醫(yī)療器械、機床手輪等的表面，對尺寸精度的要求并不高，但卻要求光滑。

(6)耐腐蝕性、密封性要求較高的表面以及要求外表美觀的表面，表面粗糙度的數(shù)值應(yīng)較小。(5)表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)與尺寸公差及形狀公差相協(xié)調(diào)。表互換性與測量技術(shù)章-課件(7)凡有關(guān)標準已對表面粗糙度要求做出規(guī)定的，如與滾動軸承配合的軸頸和外殼孔、鍵槽、花鍵、各級精度齒輪的主要表面等，都應(yīng)按標準規(guī)定的表面粗糙度參數(shù)值選用。表5-11和表5-12列出了一些資料供設(shè)計時參考。(7)凡有關(guān)標準已對表面粗糙度要求做出規(guī)定的，如與滾動互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件5.4表面粗糙度的標注

5.4.1表面粗糙度的表示法

1．表面粗糙度的符號

表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值確定后，應(yīng)按國家標準GB/T131—2006《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法》的規(guī)定，把表面粗糙度要求正確地標注在零件圖上。圖樣上所標注的表面粗糙度符號見表5-13。5.4表面粗糙度的標注

5.4.1表面粗互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件2)表面粗糙度要求的注寫位置

在完整圖形符號中，表面粗糙度的單一要求和補充要求應(yīng)注寫在圖5-13中字母a、b、c、d、e所在的諸位置。

(1)位置a。此處注寫表面粗糙度參數(shù)代號、極限值和傳輸帶或取樣長度。為了避免誤解，在參數(shù)代號和極限值間應(yīng)插入空格。若評定長度不等于5個取樣長度，還應(yīng)在粗糙度參數(shù)代號后標出取樣長度的個數(shù)。傳輸帶或取樣長度后應(yīng)有一斜線“/”，之后是表面粗糙度參數(shù)代號，最后是數(shù)值。

示例1：0.0025-0.8/Rz6.3(傳輸帶標注，若不標注傳輸帶，則為默認傳輸帶)。

示例2：-0.8/Rz6.3(取樣長度標注，或稱長波濾波器標注，為默認值)。

示例3：0.0025-/Rz46.3(短波濾波器標注，為默認值，評定長度為4個取樣長度)。2)表面粗糙度要求的注寫位置

在完整圖形符號中，表圖5-13表面粗糙度要求的注寫位置圖5-13表面粗糙度要求的注寫位置(2)位置b。此處注寫第二個表面粗糙度要求，方法同上。如果要注寫第三個或更多個表面粗糙度要求，圖形符號應(yīng)在垂直方向擴大，以空出足夠的空間。擴大圖形符號時，a和b的位置隨之上移。

(3)位置c。此處注寫加工方法。在此位置上注寫加工方法、表面處理、涂層或其他加工工藝要求等。如車、磨、電鍍等。

(4)位置d。此處注寫表面紋理和方向。在此位置上注寫所要求的表面紋理和紋理的方向，如“=”、“X”、“M”等，見表5-14。

(5)位置e。此處注寫加工余量。在此位置上注寫所要求的加工余量，以毫米為單位給出數(shù)值。(2)位置b。此處注寫第二個表面粗糙度要求，方法同上。3)單向極限和雙向極限的規(guī)定

在完整圖形符號中，位置a和位置b所注寫的粗糙度要求，可以是單向極限，也可以是雙向極限。

如果是單向極限的要求，應(yīng)區(qū)分是上限要求還是下限要求。當只標注參數(shù)代號、參數(shù)值和傳輸帶時，它們應(yīng)默認為參數(shù)的上限值；當參數(shù)代號、參數(shù)值和傳輸帶作為參數(shù)的單向下限值標注時，應(yīng)在首位加字母“Ｌ”。例如，Ｌ0.008-0.8/Ra0.32。

如果是雙向極限的要求，應(yīng)標注極限代號，上限值在上方用字母“U”表示，下限值在下方用字母“Ｌ”表示，如圖

5-14(a)所示。如果同一參數(shù)具有雙向極限要求，在不引起歧義的情況下，可以不加極限代號，如圖5-14(b)所示。3)單向極限和雙向極限的規(guī)定

在完整圖形符號中，位圖5-14雙向極限值的標注圖5-14雙向極限值的標注4)極限值判斷規(guī)則及其標注

表面粗糙度極限值判斷規(guī)則是指表面粗糙度測得值與給定值相比較的規(guī)則，也就是表面粗糙度合格性的判斷準則，它包括16%規(guī)則和最大規(guī)則。4)極限值判斷規(guī)則及其標注

表面粗糙度極限值判斷規(guī)互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件16%規(guī)則：當參數(shù)的規(guī)定值為上限值時，如果所選參數(shù)在同一評定長度上的全部實測值中，且大于規(guī)定值的個數(shù)不超過實測值總數(shù)的16%，則該表面合格；當參數(shù)的規(guī)定值為下限值時，如果所選參數(shù)在同一評定長度上的全部實測值中，且小于規(guī)定值的個數(shù)不超過實測值總數(shù)的16%，則該表面合格。

最大規(guī)則：檢驗時，若參數(shù)的規(guī)定值為最大值，則在被檢驗表面的全部區(qū)域內(nèi)測得的參數(shù)值一個也不應(yīng)超過圖樣或技術(shù)產(chǎn)品文件中的規(guī)定值。

16%規(guī)則是表面粗糙度要求的默認規(guī)則,在表面粗糙度標注中沒有特殊標記。如果表面粗糙度的極限值判斷采用最大規(guī)則，則應(yīng)在參數(shù)值前加上“max”(見表5-15中序號3和序號6)。16%規(guī)則：當參數(shù)的規(guī)定值為上限值時，如果所選參數(shù)在同一在表面粗糙度完整圖形符號的基礎(chǔ)上，注上其他有關(guān)表面特征的信息后，即組成了表面粗糙度的代號。表面粗糙度代號的具體標注示例見表5-15。在表面粗糙度完整圖形符號的基礎(chǔ)上，注上其他有關(guān)表面特征的互換性與測量技術(shù)章-課件表面粗糙度符號及代號的書寫比例和尺寸如圖5-15所示。圖中h為圖樣上的尺寸數(shù)字高度，h1=1.4h；h2約為h1的2倍。符號中的圓為正三角形的內(nèi)切圓。圖5-15表面粗糙度符號及代號的書寫比例表面粗糙度符號及代號的書寫比例和尺寸如圖5-15所示。圖5.4.2表面粗糙度的圖樣標注

1．表面粗糙度符號、代號的標注位置與方向

表面粗糙度的注寫和讀取方向應(yīng)與尺寸的注寫和讀取方向一致，如圖5-16所示。圖5-16表面粗糙度要求的注寫方向5.4.2表面粗糙度的圖樣標注

1．表面粗糙度符號、1)標注在輪廓線上或指引線上

表面粗糙度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。必要時，表面粗糙度符號也可用帶箭頭或黑點的指引線引出標注，如圖5-17所示。圖5-17表面粗糙度在輪廓線和指引線上的標注1)標注在輪廓線上或指引線上

表面粗糙度要求可標注2)標注在特征尺寸的尺寸線上

在不致引起誤解時，表面粗糙度要求可以標注在給定的尺寸線上，如圖5-18所示。

3)標注在形位公差的框格上

表面粗糙度要求可標注在形位公差框格的上方，如圖5-19所示。2)標注在特征尺寸的尺寸線上

在不致引起誤解時，表圖5-18表面粗糙度要求標注在尺寸線上圖5-18表面粗糙度要求標注在尺寸線上圖5-19表面粗糙度要求標注在形位公差框格的上方圖5-19表面粗糙度要求標注在形位公差框格的上方4)標注在延長線上

表面粗糙度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5-17(a)和圖5-20所示。圖5-20表面粗糙度要求標注在圓柱特征的延長線上4)標注在延長線上

表面粗糙度要求可以直接標注在延5)標注在圓柱和棱柱表面上

圓柱和棱柱表面的表面粗糙度要求只標注一次(見圖5-20)。如果每個棱柱表面有不同的表面粗糙度要求，則應(yīng)分別單獨標注，如圖5-21所示。圖5-21圓柱和棱柱的表面粗糙度要求的注法5)標注在圓柱和棱柱表面上

圓柱和棱柱表面的表面粗2．表面粗糙度要求的簡化注法

1)有相同表面粗糙度要求的簡化注法

如果在工件的多數(shù)(包括全部)表面有相同的表面粗糙度要求，則其表面粗糙度要求可統(tǒng)一標注在圖樣的標題欄附近。此時(除全部表面有相同要求的情況外)，表面粗糙度要求的符號后面應(yīng)滿足：

(1)在圓括號內(nèi)給出無任何其他標注的基本符號(見圖5-22)；

(2)在圓括號內(nèi)給出不同的表面粗糙度要求(見圖5-23)。

不同的表面粗糙度要求應(yīng)直接標注在圖形中(見圖5-22和圖5-23)。2．表面粗糙度要求的簡化注法

1)有相同表面粗糙度圖5-22大多數(shù)表面有相同表面粗糙度要求的簡化注法(一)圖5-22大多數(shù)表面有相同表面粗糙度要求的簡化注法(一)圖5-23大多數(shù)表面有相同表面粗糙度要求的簡化注法(二)圖5-23大多數(shù)表面有相同表面粗糙度要求的簡化注法(二)2)多個表面有共同要求的注法

當多個表面具有相同的表面粗糙度要求或圖紙空間有限時，可以采用簡化注法。

(1)使用帶字母的完整符號的簡化注法。此方法可用帶字母的完整符號，以等式的形式，在圖形或標題欄附近，對有相同表面粗糙度要求的表面進行簡化標注，如圖5-24所示。2)多個表面有共同要求的注法

當多個表面具有相同的圖5-24在圖紙空間有限時的簡化注法圖5-24在圖紙空間有限時的簡化注法(2)只使用表面粗糙度符號的簡化注法。此法可用表面粗糙度的基本圖形符號和擴展圖形符號，以等式的形式給出對多個表面共同的表面粗糙度要求，如圖5-25～圖5-27所示。圖5-25未指定工藝方法的多個表面粗糙度要求的簡化注法(2)只使用表面粗糙度符號的簡化注法。此法可用表面粗糙圖5-26要求去除材料的多個表面粗糙要求的簡化注法圖5-26要求去除材料的多個表面粗糙要求的簡化注法圖5-27不允許去除材料的多個表面粗糙度要求的簡化注法圖5-27不允許去除材料的多個表面粗糙度要求的簡化注法3)兩種或多種工藝獲得的同一表面的注法

由幾種不同的工藝方法獲得的同一表面，當需要明確每種工藝方法的表面粗糙度要求時，可按圖5-28進行標注。圖5-28同時給出鍍覆前后的表面粗糙度要求的注法3)兩種或多種工藝獲得的同一表面的注法

由幾種不同5.5表面粗糙度的檢測

1．比較法

比較法是用已知其高度參數(shù)值的粗糙度樣板與被測表面相比較，或通過人的感官借助放大鏡、顯微鏡來判斷被測表面粗糙度的一種檢測方法。比較時，所用的粗糙度樣板的材料、形狀和加工方法應(yīng)盡可能與被測表面相同。這樣可以減少誤差，提高判斷準確性。當大批量生產(chǎn)時，也可從加工零件中挑選出樣品，經(jīng)檢定后作為表面粗糙度樣板。

比較法具有簡單易行的優(yōu)點，適合于在車間使用；缺點是評定的可靠性在很大程度上取決于檢驗人員的經(jīng)驗，僅適用于評定表面粗糙度要求不高的工件。5.5表面粗糙度的檢測

1．比較法

比2．光切法

光切法是利用“光切原理”來測量零件表面粗糙度的方法。光切顯微鏡(又稱雙管顯微鏡)就是應(yīng)用這一原理設(shè)計而成的，它適于測量Rz值，測量范圍一般為0.5?μm～60?μm。

光切法的測量原理如圖5-29所示。從光源發(fā)出的光，穿過照明光管內(nèi)的聚光鏡、狹縫和物鏡后變成扁平的帶狀光束，然后以45°傾角的方向投射到被測表面上，再經(jīng)被測表面反射后，通過與照明光管成90°的觀察光管內(nèi)的物鏡，在目鏡視場中可以看到一條狹亮的光帶，這條光帶就是扁平光束與被測表面相交的交線，亦即被測表面在45°斜向截面上的實際輪廓線的影像(已經(jīng)過放大)。此輪廓線的波峰s與波谷通過物鏡分別成像在分劃板上的a和點，兩點之間的距離即是峰谷影像的高度差。從可以求出被測表面的峰谷高度。即2．光切法

光切法是利用“光切原理”來測量零件表面粗圖5-29光切法測量原理圖5-29光切法測量原理

式中，V為物鏡的放大倍數(shù)，可通過儀器所附的一塊“標準玻璃刻度尺”來確定。目鏡中影像高度可用測微目鏡千分尺測出。光切顯微鏡的外形結(jié)構(gòu)如圖5-30所示。整個光學系統(tǒng)裝在一個封閉的殼體7內(nèi)，其上裝有目鏡11和可換物鏡組10；可換物鏡組有四組，可按被測表面粗糙度參數(shù)值的大小選用，并由手柄8借助彈簧力緊固；被測工件安放到工作臺9上，并使其加工紋理方向與扁平光束垂直；松開鎖緊旋手5，轉(zhuǎn)動粗調(diào)螺母4，可使橫臂3連同殼體7沿立柱2上下移動，進行顯微鏡的粗調(diào)焦；旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪6，可進行顯微鏡的精細調(diào)焦；隨后，在目鏡視場中可看到清晰的狹亮波狀光帶；轉(zhuǎn)動目鏡千分尺13，分劃板上的十字線就會移動，就可測量影像高度。式中，V為物鏡的放大倍數(shù)，可通過儀器所附的一塊“標準玻璃刻圖5-30光切顯微鏡外形結(jié)構(gòu)圖5-30光切顯微鏡外形結(jié)構(gòu)測量時，先調(diào)節(jié)目鏡千分尺，使目鏡中十字線的水平線與光帶平行，然后旋轉(zhuǎn)目鏡千分尺，使水平線與光帶的最高點和最低點先后相切，并記下兩次讀數(shù)差a。由于讀數(shù)是在測微目鏡千分尺軸線(與十字線的水平線成45°)方向測得的(如圖5-29所示)，因此兩次讀數(shù)差a與目鏡中影像高度的關(guān)系為從而可以推導出需要說明的是,測量值時,應(yīng)選擇兩條光帶邊緣中比較清晰的一條進行測量,不要“跨帶測量”，以免把光帶寬度測量進去。測量時，先調(diào)節(jié)目鏡千分尺，使目鏡中十字線的水平線與光帶平3．顯微干涉法

干涉法是利用光波干涉原理測量表面粗糙度的一種方法。干涉顯微鏡就是采用光波干涉原理制成的，它通常用于測量極光滑表面的Rz值，其測量范圍為0.025?μm～0.8?μm。

干涉顯微鏡的光學系統(tǒng)原理如圖5-31(a)所示。具體步驟為：由光源1發(fā)出的光線經(jīng)2、3組成的聚光濾色組聚光濾色，再經(jīng)光欄4和透鏡5至分光鏡7分為兩束光：一束經(jīng)補償鏡8、物鏡9到平面反射鏡10，被10反射又回到分光鏡7，再由分光鏡7經(jīng)聚光鏡11到反射鏡16，然后由反射鏡16進入目鏡12；另一束光線向上經(jīng)物鏡6射向被測工件表面，由被測工件表面反射回來，通過分光鏡7、聚光鏡11到反射鏡16，再由反射鏡16反射也進入目鏡12。在目鏡12的視場內(nèi)可以看到這兩束光線因光程差而形成的干涉條紋。若被測工件表面為理想平面，則干涉條紋為一組等距平直的平行光帶；若被測工件表面粗糙不平，則干涉條紋就會彎曲，如圖5-31(b)所示。根據(jù)光波干涉原理，光程差每增加半個波長，就形成一條干涉帶，故被測工件表面的不平高度(峰、谷高度差)h為3．顯微干涉法

干涉法是利用光波干涉原理測量表面粗糙

式中，a為干涉條紋的彎曲量；b為相鄰干涉條紋的間距；為光波波長(綠色光=0.53μm)。a、b值可利用測微目鏡測出。

式中，a為干涉條紋的彎曲量；b為相鄰干涉條紋的間距；為光圖5-31干涉法測量原理圖5-31干涉法測量原理4．針描法

針描法又稱觸針法，是一種接觸測量表面粗糙度的方法。電動輪廓儀(又稱表面粗糙度檢查儀)就是利用針描法來測量表面粗糙度的。該儀器由傳感器、驅(qū)動器、指示表、記錄器和工作臺等主要部件組成，如圖5-32所示。傳感器端部裝有金剛石觸針，如圖5-33所示。

測量時，將觸針搭在工件上，與被測表面垂直接觸，然后利用驅(qū)動器以一定的速度拖動傳感器。由于被測表面粗糙不平，因此迫使觸針在垂直于被測表面的方向上產(chǎn)生上下移動。這種機械的上下移動通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)電子裝置將該電信號加以放大、相敏檢波和功率放大后，推動自動記錄裝置，直接描繪出被測輪廓的放大圖形。按此圖形進行數(shù)據(jù)處理，即可得到Rz值或Ra值；或者把信號進行濾波和積分計算后，由指示表直接讀出Ra值。這種儀器適用于測量0.025?μm～5?μm的Ra值。有些型號的儀器還配有各種附件，以適應(yīng)平面、內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、曲面以及小孔、溝槽等工件的表面測量。4．針描法

針描法又稱觸針法，是一種接觸測量表面粗糙圖5-32電動輪廓儀圖5-32電動輪廓儀圖5-33傳感器圖5-33傳感器針描法測量迅速方便，測量精度高，并能直接讀出參數(shù)值，故獲得廣泛應(yīng)用。用光切法與光波干涉法測量表面粗糙度，雖有不接觸零件表面的優(yōu)點，但一般只能測量Rz值，且測量過程比較繁瑣，測量誤差也比較大。針描法操作方便，測量結(jié)果可靠，但觸針與被測工件表面接觸時會留下劃痕，這一點，對一些重要的表面(如光柵刻畫面等)是不允許的。此外，因受觸針圓弧半徑大小的限制，針描法不能測量粗糙度值要求很小的表面，否則會產(chǎn)生大的測量誤差。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，近年來，很多國家都在研究利用激光測量表面粗糙度，如激光光斑法等。針描法測量迅速方便，測量精度高，并能直接讀出參數(shù)值，故獲5．印模法

印模法是一種非接觸式間接測量表面粗糙度的方法。其原理是利用某些塑性材料做成塊狀印模貼在零件表面上，再將零件表面輪廓印制在印模上，然后對印模進行測量，得出粗糙度參數(shù)值。

印模法適用于大型笨重零件和難以用儀器直接測量或樣板比較的表面的粗糙度測量，如深孔、盲孔、凹槽、內(nèi)螺紋等。由于印模材料不能完全充滿被測表面微小不平度的谷底，所以測得印模的表面粗糙度參數(shù)值比零件實際參數(shù)值要小。因此，對印模所得出的表面粗糙度測量結(jié)果需要憑經(jīng)驗進行修正。5．印模法

印模法是一種非接觸式間接測量表面粗糙度的第5章表面粗糙度及其評定5.1概述5.2表面粗糙度的評定5.3表面粗糙度的選用5.4表面粗糙度的標注5.5表面粗糙度的檢測第5章表面粗糙度及其評定5.1概述5.1概述

零件的表面結(jié)構(gòu)反映的是零件表面的幾何形狀特征。無論零件是經(jīng)過熱加工獲得的，還是經(jīng)過冷加工獲得的，其表面都存在一定的幾何形狀誤差。由于產(chǎn)生的原因不同，誤差的大小和對零件功能的影響也不盡相同。這些誤差由三部分組成，即宏觀的形狀誤差、微觀的表面粗糙度及界于兩者之間的表面波紋度。其中，微觀的表面粗糙度比其他幾何參數(shù)對零件功能的影響更為復雜。在表面粗糙度中，不同方面的特征參數(shù)對不同的功能要求，其敏感性也是不一樣的，因此，零件的表面粗糙度是零件質(zhì)量的重要表征之一。我國于20世紀60年代開始，陸續(xù)頒布了一系列表面粗糙度國家標準并不斷修訂。截至目前，現(xiàn)行的國家標準有：GB/T3505—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)》、GB/T131—2006《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法》及GB/T1031—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》。5.1概述

零件的表面結(jié)構(gòu)5.1.1表面粗糙度的概念

表面粗糙度反映的是零件表面的微觀幾何形狀特征。通過機械加工或者其他方法獲得的零件表面，微觀上總會存在較小間距的峰谷痕跡，如圖5-1所示，表面粗糙度就是表述這些峰谷高低程度和間距狀況的微觀幾何形狀特性的指標。它通常是由于在機械加工過程中，刀具在工件表面留下的刻劃痕跡、切屑分離時表面金屬層的塑性變形以及工藝系統(tǒng)的高頻振動等原因形成的。5.1.1表面粗糙度的概念

表面粗糙度反映的是零件表圖5-1表面粗糙度示意圖圖5-1表面粗糙度示意圖表面粗糙度和表面波紋度以及形狀誤差的劃分方法，目前還沒有統(tǒng)一的標準，通?？砂床ň?相鄰兩波峰或兩波谷之間的距離)的大小來劃分，也可按波距與波高的比值來劃分。若按波距的大小來劃分，波距小于1mm的屬于表面粗糙度，波距在1?mm～10?mm之間的屬于表面波紋度，波距大于

10mm的屬于形狀誤差。表面粗糙度和表面波紋度以及形狀誤差的劃分方法，目前還沒有5.1.2表面粗糙度對零件使用功能的影響

表面粗糙度對零件使用功能的影響很大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：摩擦系數(shù)、磨損、疲勞強度、沖擊強度、耐腐蝕性、接觸剛度、抗振性、間隙配合中的對中精度、過盈配合中的結(jié)合強度、對光的反射性能、流體阻力、鍍層質(zhì)量等。

(1)摩擦和磨損方面。表面越粗糙，摩擦系數(shù)就越大，摩擦阻力也越大，零件配合表面的磨損也就越快。

(2)配合性質(zhì)方面。表面粗糙度影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。對于間隙配合，粗糙的表面會因峰頂很快磨損而使間隙逐漸增大；對于過盈配合，因裝配時表面的峰頂被剪切或擠平而使實際有效過盈減小，降低了連接強度。5.1.2表面粗糙度對零件使用功能的影響

表面粗糙度(3)疲勞強度方面。表面越粗糙，表面粗糙度的凹谷就越深，零件在交變應(yīng)力作用下，在凹谷處的應(yīng)力集中就越嚴重，這樣很容易導致零件因抗疲勞強度的降低而失效。

(4)耐腐蝕性方面。表面越粗糙，腐蝕性氣體或液體越容易在粗糙度的凹谷處聚集，并通過表面微觀凹谷滲入到金屬內(nèi)層，造成表面腐蝕。

(5)接觸剛度方面。表面越粗糙，表面間的實際接觸面積就越小，致使單位面積上的壓力越大，造成峰頂處的局部塑性變形加劇，接觸剛度下降，從而影響機器的工作精度和平穩(wěn)性。(3)疲勞強度方面。表面越粗糙，表面粗糙度的凹谷就越深5.2表面粗糙度的評定

5.2.1有關(guān)表面粗糙度的常用術(shù)語

國家標準GB/T3505—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)》規(guī)定了用輪廓法評定表面結(jié)構(gòu)的術(shù)語及定義。這些術(shù)語中，既包括表面粗糙度的評定術(shù)語，也包括表面波紋度和原始輪廓的評定術(shù)語。下面主要介紹和表面粗糙度評定有關(guān)的術(shù)語，包括一般術(shù)語和幾何參數(shù)術(shù)語。5.2表面粗糙度的評定

5.2.1有關(guān)表面1．一般術(shù)語

1)實際輪廓

物體(或零件)與周圍介質(zhì)分離的表面稱為實際表面，一個指定平面與實際表面相交所得的輪廓稱為實際輪廓，如圖5-2所示。按相截方向的不同，它又可分為橫向?qū)嶋H輪廓和縱向?qū)嶋H輪廓。在評定表面粗糙度時，除非特別指明，均指橫向?qū)嶋H輪廓，即垂直于加工紋理方向的平面與實際表面相交所得的交線，在這條輪廓線上測得的表面粗糙度數(shù)值最大。對車削、刨削等加工方法來說，這條輪廓線反映了切削刀痕及進給量引起的表面粗糙度。1．一般術(shù)語

1)實際輪廓

物體(或零件)與周圖5-2實際輪廓圖5-2實際輪廓2)取樣長度lr

取樣長度是指用于判別具有表面粗糙度特征的一段基準線長度，如圖5-3所示。標準規(guī)定，取樣長度應(yīng)按表面粗糙程度合理取值，其數(shù)值理論上等于區(qū)分粗糙度輪廓和波紋度輪廓的濾波器的截止波長值。這樣規(guī)定的目的是既要限制和減弱表面波紋度對測量結(jié)果的影響，又要客觀真實地反映零件表面粗糙度的實際情況。2)取樣長度lr

取樣長度是指用于判別具有表面粗糙圖5-3取樣長度和評定長度圖5-3取樣長度和評定長度3)評定長度ln

考慮到零件表面質(zhì)量的不均勻性會導致在單一取樣長度上測量的粗糙度數(shù)值不足以反映整個零件表面的全貌，為此，需要在實際輪廓上取幾個取樣長度，并取在各個取樣長度上測得值的平均值作為測量結(jié)果。這時，所選的幾段取樣長度的總長稱為評定長度ln，如圖5-3所示。

一般情況下取ln=5lr。如被測表面均勻性較好，測量時可選用小于5lr的評定長度值；反之，均勻性較差的表面可選用大于5lr的評定長度值。如果評定長度內(nèi)的取樣長度個數(shù)不等于5，那么在圖樣標注時，應(yīng)在粗糙度參數(shù)代號后標注其個數(shù)。3)評定長度ln

考慮到零件表面質(zhì)量的不均勻性會導4)中線m

按照標準中的定義，中線是指具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準線。因此，在用輪廓法中線制評定表面粗糙度時，也將中線稱為基準線。它是用來評定表面粗糙度參數(shù)大小的一條參考線，該線在整個取樣長度內(nèi)與實際輪廓走向一致。國家標準給定的基準線有如下兩種：

(1)輪廓最小二乘中線。如圖5-4所示，在取樣長度內(nèi)，若某線使輪廓上各點至一條假想線的距離的平方和為最小，即min則這條假想線就是輪廓最小二乘中線。4)中線m

按照標準中的定義，中線是指具有幾何輪廓圖5-4輪廓最小二乘中線圖5-4輪廓最小二乘中線(2)輪廓算術(shù)平均中線。如圖5-5所示，在取樣長度內(nèi)，若一條假想線將實際輪廓分為上、下兩部分，而且使這兩部分與該線所圍成區(qū)域的面積之和相等，即則這條假想線就是輪廓算術(shù)平均中線。(2)輪廓算術(shù)平均中線。如圖5-5所示，在取樣長度內(nèi)，圖5-5輪廓算術(shù)平均中線圖5-5輪廓算術(shù)平均中線2．幾何參數(shù)術(shù)語

(1)輪廓單元。輪廓單元是指一個輪廓峰和與其相鄰的一個輪廓谷的組合，如圖5-6所示。圖5-6輪廓單元2．幾何參數(shù)術(shù)語

(1)輪廓單元。輪廓單元是指一個(2)輪廓峰高Zp。輪廓峰高是指輪廓峰的最高點距中線的距離，如圖5-6所示。

(3)輪廓谷深Zv。輪廓谷深是指輪廓谷的最低點距中線的距離，如圖5-6所示。

(4)輪廓單元高度Zt。輪廓單元高度是指一個輪廓單元的輪廓峰高與輪廓谷深之和，如圖5-6所示。

(5)輪廓單元寬度Xs。輪廓單元寬度是指一個輪廓單元與中線相交線段的長度，如圖5-6所示。

(6)在水平截面高度c上輪廓的實體材料長度Ml(c)。它是在一個給定水平截面高度c上用一條平行于中線的直線與輪廓單元相截所獲得的各段截線長度之和，如圖5-7所示。(2)輪廓峰高Zp。輪廓峰高是指輪廓峰的最高點距中線的Ml(c)用公式表示為c值為輪廓水平截面高度，即輪廓的峰頂線和平行于它并與輪廓相交的截線之間的距離。Ml(c)用公式表示為c值為輪廓水平截面高度，即輪廓圖5-7輪廓的實體材料長度圖5-7輪廓的實體材料長度(7)高度和間距辨別力。高度和間距辨別力是指應(yīng)計入被評定輪廓的輪廓峰和輪廓谷的最小高度和最小間距。輪廓峰和輪廓谷的最小高度通常用Rz或任一幅度參數(shù)的百分率來表示；最小間距則以取樣長度的百分率來表示。(7)高度和間距辨別力。高度和間距辨別力是指應(yīng)計入被評5.2.2表面粗糙度的評定參數(shù)

在標準中，將表面粗糙度的評定參數(shù)分為四類——幅度參數(shù)、間距參數(shù)、混合參數(shù)和曲線參數(shù)。下面主要介紹評定表面粗糙度的常用參數(shù)。

1．與高度特征有關(guān)的參數(shù)——幅度參數(shù)

1)評定輪廓的算術(shù)平均偏差Ra

Ra是指在一個取樣長度內(nèi)，輪廓上各點縱坐標絕對值的算術(shù)平均值，如圖5-8所示(圖中的橫坐標軸代表中線)。

Ra用公式表示為Ra5.2.2表面粗糙度的評定參數(shù)

在標準中，將表面粗糙其近似值為圖5-8輪廓的算術(shù)平均偏差Ra

式中，zi表示輪廓上各點的縱坐標。Ra數(shù)值越大，表面越粗糙。其近似值為圖5-8輪廓的算術(shù)平均偏差Ra式中，zi表2)輪廓最大高度Rz

Rz是指在一個取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高與最大輪廓谷深之和，如圖5-9所示。圖5-9輪廓最大高度2)輪廓最大高度Rz

Rz是指在一個取樣長度內(nèi)，最3)輪廓單元的平均高度Rc

Rc是指在一個取樣長度內(nèi)，輪廓單元高度Zt的平均值，如圖5-10所示。圖5-10輪廓單元的平均高度計算用圖3)輪廓單元的平均高度Rc

Rc是指在一個取樣長度Rc用公式表示為Rc

在計算參數(shù)Rc時，需要判斷輪廓單元的高度和間距。若無特殊規(guī)定，缺省的高度分辨率應(yīng)按Rz的10%選取，缺省的間距分辨率應(yīng)按取樣長度的1%選取。且上述兩個條件都應(yīng)滿足。Rc用公式表示為Rc在計算參數(shù)Rc時，需要判斷輪廓2．與間距特征有關(guān)的參數(shù)—間距參數(shù)

在標準中，只規(guī)定了一個間距參數(shù)—輪廓單元的平均寬度Rsm，它是指在一個取樣長度內(nèi)輪廓單元寬度Xs的平均值，如圖5-11所示。用公式表示為Rsm同樣，在計算參數(shù)Rsm時，需要判斷輪廓單元的高度和間距。若無特殊規(guī)定，缺省的高度分辨率應(yīng)按Rz的10%選取，缺省的間距分辨率應(yīng)按取樣長度的1%選取。且上述兩個條件都應(yīng)滿足。2．與間距特征有關(guān)的參數(shù)—間距參數(shù)

在標準中，只規(guī)定圖5-11輪廓單元的平均寬度計算用圖圖5-11輪廓單元的平均寬度計算用圖3．與形狀特征有關(guān)的參數(shù)—曲線參數(shù)

在標準中，共用了3個參數(shù)和兩種曲線來表達輪廓的形狀特征。與其他參數(shù)不同的是，這些參數(shù)和曲線都不是定義在取樣長度上，而是定義在評定長度上。這里只介紹常用的一個參數(shù)—輪廓支承長度率Rmr(c)。

輪廓支承長度率Rmr(c)是指在一個評定長度內(nèi)，在給定水平截面高度c上輪廓的實體材料長度Ml(c)與評定長度ln的比率，如圖5-7所示(圖5-7中只畫出了一個取樣長度上的Ml(c))。用公式表示為Rmr(c)3．與形狀特征有關(guān)的參數(shù)—曲線參數(shù)

在標準中，共用了由圖5-7可以看出，輪廓的實體材料長度Ml(c)與輪廓的水平截面高度c有關(guān)。c值不同，評定長度ln內(nèi)的實體材料長度Ml(c)就不同，相應(yīng)的輪廓支承長度率Rmr(c)也不相同。所以，輪廓的支承長度率Rmr(c)應(yīng)該對應(yīng)于水平截面高度c給出。c值多用輪廓最大高度Rz的百分數(shù)表示。

輪廓支承長度率Rmr(c)與零件的實際輪廓形狀有關(guān)，它是反映零件表面耐磨性能的指標。對于不同的實際輪廓形狀，在相同的評定長度內(nèi)給出相同的水平截面高度c時，Rmr(c)越大，則表示零件表面凸起的實體部分就越多，承載面積就越大，因而接觸剛度就越高，耐磨性能就越好。圖5-12(a)的輪廓耐磨性能較好，圖5-12(b)的輪廓耐磨性能較差。由圖5-7可以看出，輪廓的實體材料長度Ml(c)與輪廓的圖5-12不同實際輪廓形狀的實體材料長度圖5-12不同實際輪廓形狀的實體材料長度5.2.3表面粗糙度的參數(shù)值

GB/T1031—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》中給出了表面粗糙度參數(shù)Ra、Rz、Rsm、Rmr(c)的數(shù)值系列。其中，Ra、Rz和Rsm三個參數(shù)既有基本系列，也有補充系列。同時，標準也給出了測量幅度參數(shù)Ra和Rz的推薦取樣長度值。詳見表5-1～表5-9。5.2.3表面粗糙度的參數(shù)值

GB/T1031—2互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件5.3表面粗糙度的選用

5.3.1表面粗糙度評定參數(shù)的選擇

如前所述，表面粗糙度對零件的使用功能的影響是多方面的，因此，在選擇表面粗糙度評定參數(shù)時，所選參數(shù)應(yīng)能充分合理地反映表面微觀幾何形狀的真實情況。

表面粗糙度的幅度、間距、曲線三類評定參數(shù)中，最常采用的是幅度參數(shù)。對大多數(shù)表面來說，一般僅給出幅度特性評定參數(shù)即可反映被測表面粗糙度的特征。故GB/T1031—2009規(guī)定，表面粗糙度參數(shù)應(yīng)從幅度參數(shù)中選取。在幅度參數(shù)常用的參數(shù)值范圍(Ra為0.025μm～6.3μm,Rz為0.1μm～25μm)內(nèi)推薦優(yōu)先選用Ra。5.3表面粗糙度的選用

5.3.1表面粗糙Ra參數(shù)最能反映表面微觀幾何形狀高度方面的特性，Ra值用觸針式電動輪廓儀測量也比較簡便，所以對于光滑表面和半光滑表面，普遍采用Ra作為評定參數(shù)。但由于受電動輪廓儀功能的限制，對于極光滑和極粗糙的表面，都不宜采用Ra作為評定參數(shù)。

Rz參數(shù)雖不如Ra參數(shù)反映的幾何特性準確、全面，但Rz的概念簡單，測量也很簡便。Rz與Ra聯(lián)用，可以評定某些不允許出現(xiàn)較大加工痕跡和受交變應(yīng)力作用的表面，尤其當被測表面面積很小、不宜采用Ra評定時，常采用Rz參數(shù)評定。

間距參數(shù)Rsm和曲線參數(shù)Rmr(c)只有在幅度參數(shù)不能滿足表面功能要求時，才附加選用。例如，對密封性要求高的表面，可規(guī)定Rsm；對耐磨性要求較高的表面可規(guī)定Rmr(c)。Ra參數(shù)最能反映表面微觀幾何形狀高度方面的特性，Ra值用5.3.2表面粗糙度評定參數(shù)數(shù)值的選取

在零件設(shè)計時，應(yīng)按國家標準GB/T1031—2009規(guī)定的參數(shù)值系列選取表面粗糙度參數(shù)極限值，見表5-1～表5-7。選用表面粗糙度參數(shù)值總的原則是：在滿足零件功能要求的前提下兼顧經(jīng)濟性，使參數(shù)的允許值盡可能大。

在實際應(yīng)用中，由于表面粗糙度和零件的功能關(guān)系相當復雜，難以全面而精確地按零件表面功能要求確定其參數(shù)允許值，因此，常用類比法來確定。

具體選用時，可先根據(jù)經(jīng)驗及統(tǒng)計資料初步選定表面粗糙度參數(shù)值，然后再根據(jù)工作條件做適當調(diào)整。5.3.2表面粗糙度評定參數(shù)數(shù)值的選取

在零件設(shè)計時調(diào)整時應(yīng)考慮以下幾點：

(1)同一零件上，工作表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比非工作表面的小。

(2)摩擦表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比非摩擦表面的?。粷L動摩擦表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比滑動摩擦表面的小。

(3)運動速度高、單位面積壓力大的表面以及受交變應(yīng)力作用的重要零件的圓角、溝槽表面的表面粗糙度數(shù)值都應(yīng)該較小。

(4)配合性質(zhì)要求越穩(wěn)定，其配合表面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)越??；配合性質(zhì)相同時，小尺寸結(jié)合面的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比大尺寸結(jié)合面的??；同一公差等級時，軸的表面粗糙度數(shù)值應(yīng)比孔的小。調(diào)整時應(yīng)考慮以下幾點：

(1)同一零件上，工作表(5)表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)與尺寸公差及形狀公差相協(xié)調(diào)。表5-10列出了在正常工藝條件下，表面粗糙度數(shù)值與尺寸公差及形狀公差的對應(yīng)關(guān)系，可供設(shè)計時參考。

一般來說，尺寸公差和形狀公差小的表面，其表面粗糙度數(shù)值也較小，即尺寸公差等級小，表面粗糙度值要求也小。但尺寸公差等級大的表面，其表面粗糙度值要求不一定也小。如醫(yī)療器械、機床手輪等的表面，對尺寸精度的要求并不高，但卻要求光滑。

(6)耐腐蝕性、密封性要求較高的表面以及要求外表美觀的表面，表面粗糙度的數(shù)值應(yīng)較小。(5)表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)與尺寸公差及形狀公差相協(xié)調(diào)。表互換性與測量技術(shù)章-課件(7)凡有關(guān)標準已對表面粗糙度要求做出規(guī)定的，如與滾動軸承配合的軸頸和外殼孔、鍵槽、花鍵、各級精度齒輪的主要表面等，都應(yīng)按標準規(guī)定的表面粗糙度參數(shù)值選用。表5-11和表5-12列出了一些資料供設(shè)計時參考。(7)凡有關(guān)標準已對表面粗糙度要求做出規(guī)定的，如與滾動互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件5.4表面粗糙度的標注

5.4.1表面粗糙度的表示法

1．表面粗糙度的符號

表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值確定后，應(yīng)按國家標準GB/T131—2006《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)技術(shù)產(chǎn)品文件中表面結(jié)構(gòu)的表示法》的規(guī)定，把表面粗糙度要求正確地標注在零件圖上。圖樣上所標注的表面粗糙度符號見表5-13。5.4表面粗糙度的標注

5.4.1表面粗互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件2)表面粗糙度要求的注寫位置

在完整圖形符號中，表面粗糙度的單一要求和補充要求應(yīng)注寫在圖5-13中字母a、b、c、d、e所在的諸位置。

(1)位置a。此處注寫表面粗糙度參數(shù)代號、極限值和傳輸帶或取樣長度。為了避免誤解，在參數(shù)代號和極限值間應(yīng)插入空格。若評定長度不等于5個取樣長度，還應(yīng)在粗糙度參數(shù)代號后標出取樣長度的個數(shù)。傳輸帶或取樣長度后應(yīng)有一斜線“/”，之后是表面粗糙度參數(shù)代號，最后是數(shù)值。

示例1：0.0025-0.8/Rz6.3(傳輸帶標注，若不標注傳輸帶，則為默認傳輸帶)。

示例2：-0.8/Rz6.3(取樣長度標注，或稱長波濾波器標注，為默認值)。

示例3：0.0025-/Rz46.3(短波濾波器標注，為默認值，評定長度為4個取樣長度)。2)表面粗糙度要求的注寫位置

在完整圖形符號中，表圖5-13表面粗糙度要求的注寫位置圖5-13表面粗糙度要求的注寫位置(2)位置b。此處注寫第二個表面粗糙度要求，方法同上。如果要注寫第三個或更多個表面粗糙度要求，圖形符號應(yīng)在垂直方向擴大，以空出足夠的空間。擴大圖形符號時，a和b的位置隨之上移。

(3)位置c。此處注寫加工方法。在此位置上注寫加工方法、表面處理、涂層或其他加工工藝要求等。如車、磨、電鍍等。

(4)位置d。此處注寫表面紋理和方向。在此位置上注寫所要求的表面紋理和紋理的方向，如“=”、“X”、“M”等，見表5-14。

(5)位置e。此處注寫加工余量。在此位置上注寫所要求的加工余量，以毫米為單位給出數(shù)值。(2)位置b。此處注寫第二個表面粗糙度要求，方法同上。3)單向極限和雙向極限的規(guī)定

在完整圖形符號中，位置a和位置b所注寫的粗糙度要求，可以是單向極限，也可以是雙向極限。

如果是單向極限的要求，應(yīng)區(qū)分是上限要求還是下限要求。當只標注參數(shù)代號、參數(shù)值和傳輸帶時，它們應(yīng)默認為參數(shù)的上限值；當參數(shù)代號、參數(shù)值和傳輸帶作為參數(shù)的單向下限值標注時，應(yīng)在首位加字母“Ｌ”。例如，Ｌ0.008-0.8/Ra0.32。

如果是雙向極限的要求，應(yīng)標注極限代號，上限值在上方用字母“U”表示，下限值在下方用字母“Ｌ”表示，如圖

5-14(a)所示。如果同一參數(shù)具有雙向極限要求，在不引起歧義的情況下，可以不加極限代號，如圖5-14(b)所示。3)單向極限和雙向極限的規(guī)定

在完整圖形符號中，位圖5-14雙向極限值的標注圖5-14雙向極限值的標注4)極限值判斷規(guī)則及其標注

表面粗糙度極限值判斷規(guī)則是指表面粗糙度測得值與給定值相比較的規(guī)則，也就是表面粗糙度合格性的判斷準則，它包括16%規(guī)則和最大規(guī)則。4)極限值判斷規(guī)則及其標注

表面粗糙度極限值判斷規(guī)互換性與測量技術(shù)章-課件互換性與測量技術(shù)章-課件16%規(guī)則：當參數(shù)的規(guī)定值為上限值時，如果所選參數(shù)在同一評定長度上的全部實測值中，且大于規(guī)定值的個數(shù)不超過實測值總數(shù)的16%，則該表面合格；當參數(shù)的規(guī)定值為下限值時，如果所選參數(shù)在同一評定長度上的全部實測值中，且小于規(guī)定值的個數(shù)不超過實測值總數(shù)的16%，則該表面合格。

最大規(guī)則：檢驗時，若參數(shù)的規(guī)定值為最大值，則在被檢驗表面的全部區(qū)域內(nèi)測得的參數(shù)值一個也不應(yīng)超過圖樣或技術(shù)產(chǎn)品文件中的規(guī)定值。

16%規(guī)則是表面粗糙度要求的默認規(guī)則,在表面粗糙度標注中沒有特殊標記。如果表面粗糙度的極限值判斷采用最大規(guī)則，則應(yīng)在參數(shù)值前加上“max”(見表5-15中序號3和序號6)。16%規(guī)則：當參數(shù)的規(guī)定值為上限值時，如果所選參數(shù)在同一在表面粗糙度完整圖形符號的基礎(chǔ)上，注上其他有關(guān)表面特征的信息后，即組成了表面粗糙度的代號。表面粗糙度代號的具體標注示例見表5-15。在表面粗糙度完整圖形符號的基礎(chǔ)上，注上其他有關(guān)表面特征的互換性與測量技術(shù)章-課件表面粗糙度符號及代號的書寫比例和尺寸如圖5-15所示。圖中h為圖樣上的尺寸數(shù)字高度，h1=1.4h；h2約為h1的2倍。符號中的圓為正三角形的內(nèi)切圓。圖5-15表面粗糙度符號及代號的書寫比例表面粗糙度符號及代號的書寫比例和尺寸如圖5-15所示。圖5.4.2表面粗糙度的圖樣標注

1．表面粗糙度符號、代號的標注位置與方向

表面粗糙度的注寫和讀取方向應(yīng)與尺寸的注寫和讀取方向一致，如圖5-16所示。圖5-16表面粗糙度要求的注寫方向5.4.2表面粗糙度的圖樣標注

1．表面粗糙度符號、1)標注在輪廓線上或指引線上

表面粗糙度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。必要時，表面粗糙度符號也可用帶箭頭或黑點的指引線引出標注，如圖5-17所示。圖5-17表面粗糙度在輪廓線和指引線上的標注1)標注在輪廓線上或指引線上

表面粗糙度要求可標注2)標注在特征尺寸的尺寸線上

在不致引起誤解時，表面粗糙度要求可以標注在給定的尺寸線上，如圖5-18所示。

3)標注在形位公差的框格上

表面粗糙度要求可標注在形位公差框格的上方，如圖5-19所示。2)標注在特征尺寸的尺寸線上

在不致引起誤解時，表圖5-18表面粗糙度要求標注在尺寸線上圖5-18表面粗糙度要求標注在尺寸線上圖5-19表面粗糙度要求標注在形位公差框格的上方圖5-19表面粗糙度要求標注在形位公差框格的上方4)標注在延長線上

表面粗糙度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5-17(a)和圖5-20所示。圖5-20表面粗糙度要求標注在圓柱特征的延長線上4)標注在延長線上

表面粗糙度要求可以直接標注在延5)標注在圓柱和棱柱表面上

圓柱和棱柱表面的表面粗糙度要求只標注一次(見圖5-20)。如果每個棱柱表面有不同的表面粗糙度要求，則應(yīng)分別單獨標注，如圖5-21所示。圖5-21圓柱和棱柱的表面粗糙度要求的注法5)標注在圓柱和棱柱表面上

圓柱和棱柱表面的表面粗2．表面粗糙度要求的簡化注法

1)有相同表面粗糙度要求的簡化注法

如果在工件的多數(shù)(包括全部)表面有相同的表面粗糙度要求，則其表面粗糙度要求可統(tǒng)一標注在圖樣的標題欄附近。此時(除全部表面有相同要求的情況外)，表面粗糙度要求的符號后面應(yīng)滿足：

(1)在圓括號內(nèi)給出無任何其他標注的基本符號(見圖5-22)；

(2)在圓括號內(nèi)給出不同的表面粗糙度要求(見圖5-23)。

不同的表面粗糙度要求應(yīng)直接標注在圖形中(見圖5-22和圖5-23)。2．表面粗糙度要求的簡化注法

1)有相同表面粗糙度圖5-22大多數(shù)表面有相同表面粗糙度要求的簡化注法(一)圖5-22大多數(shù)表面有相同表面粗糙度要求的簡化注法(一)圖5-23大多數(shù)表面有相同表面粗糙度要求的簡化注法(二)圖5-23大多數(shù)表面有相同表面粗糙度要求的簡化注法(二)2)多個表面有共同要求的注法

當多個表面具有相同的表面粗糙度要求或圖紙空間有限時，可以采用簡化注法。

(1)使用帶字母的完整符號的簡化注法。此方法可用帶字母的完整符號，以等式的形式，在圖形或標題欄附近，對有相同表面粗糙度要求的表面進行簡化標注，如圖5-24所示。2)多個表面有共同要求的注法

當多個表面具有相同的圖5-24在圖紙空間有限時的簡化注法圖5-24在圖紙空間有限時的簡化注法(2)只使用表面粗糙度符號的簡化注法。此法可用表面粗糙度的基本圖形符號和擴展圖形符號，以等式的形式給出對多個表面共同的表面粗糙度要求，如圖5-25～圖5-27所示。圖5-25未指定工藝方法的多個表面粗糙度要求的簡化注法(2)只使用表面粗糙度符號的簡化注法。此法可用表面粗糙圖5-26要求去除材料的多個表面粗糙要求的簡化注法圖5-26要求去除材料的多個表面粗糙要求的簡化注法圖5-27不允許去除材料的多個表面粗糙度要求的簡化注法圖5-27不允許去除材料的多個表面粗糙度要求的簡化注法3)兩種或多種工藝獲得的同一表面的注法

由幾種不同的工藝方法獲得的同一表面，當需要明確每種工藝方法的表面粗糙度要求時，可按圖5-28進行標注。圖5-28同時給出鍍覆前后的表面粗糙度要求的注法3)兩種或多種工藝獲得的同一表面的注法

由幾種不同5.5表面粗糙度的檢測

1．比較法

比較法是用已知其高度參數(shù)值的粗糙度樣板與被測表面相比較，或通過人的感官借助放大鏡、顯微鏡來判斷被測表面粗糙度的一種檢測方法。比較時，所用的粗糙度樣板的材料、形狀和加工方法應(yīng)盡可能與被測表面相