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《表面粗糙度》讲义
表面粗糙度

表面粗糙度主要由加工过程中刀具和零件表面间的摩擦、切削分离时金属层的塑性变形以及工艺系统的高频振动等原因形成。
表面粗糙度与形状误差（宏观的误差）和表面波度不同。通常波距λ＜1mm的属于表面粗糙度，λ在1~10mm的属于表面波度，λ＞10mm的属于形状误差。
1表面粗糙度对零件使用性能的影响
1.摩擦和磨损方面
表面越粗糙，摩擦系数就越大，摩擦阻力就越大，零件配合面的磨损就会加剧。
2.配合性质方面
表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合，粗糙的部分会因峰尖很快磨损而使间隙逐渐加大；对过盈配合，则因装配表面的峰顶被挤平，而使得实际过盈量减少，影响连接强度。
3.疲劳强度方面
表面越粗糙，一般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越严重，易造成零件抗疲劳强度的降低，导致零件失效。
4.耐腐蚀性方面
粗糙的部门，腐蚀性气体或液体易于通过表面微观凹谷渗入到金属内层，造成表面锈蚀。
5.接触刚度方面
表面越粗糙，表面间接触面积越小，单位面积受力越大，表面峰顶处的局部塑形变形加剧，接触刚度下降，影响机器工作精度和平稳性。
2 表面粗糙度的评定
国家标准规定，高度特征参数是基本评定参数（又称主参数），而间距和形状特征参数是附加评定参数。
高度特征参数系列如下两表。

3 表面粗糙度参数及其参数值的选用

3.1表面粗糙度参数的选择
在表面粗糙度的三类特性评定参数中，最常采用的是高度特性参数。当只给出高度特性参数不能满足零件的功能要求时，才给出间距太小参数或（和）形状特性参数。选择表面粗糙度参数时应注意如下问题。
（1）对于光滑表面和半光滑表面，一般采用Ra作为评定参数。Ra值反映实际轮廓微观几何形状特性的信息量最大，而且Ra值用触针式轮廓仪测量比较容易。
（2）对于极其光滑和极其粗糙表面，宜采用Rz作为评定参数。Rz值通常用非接触式的光切显微镜测量，但Rz不如Ra对表面微观几何形状特征反映得全面。
（3）对不允许出现较大加工痕迹和受交变应力作用的部门，应采用Ry作为评定参数。Ry概念简单、测量方便，但Ry不如Ra或Rz反映全面，因此对于狭小表面，Ry具有实际意义。另外可按实际情况，Ry与Ra或Rz联用，综合控制表面粗糙度。
（4）对密封性要求高的表面，可使用间距特性参数Sm（轮廓微观不平度的平均间距）和S（轮廓的单峰平均间距）。
（5）对耐磨性要求高的表面，可规定tp（轮廓支承长度率）。
3.2表面粗糙度参数值的选择
（1）工作表面的表面粗糙度参数值应比非工作表面小。
（2）相对运动速度高、单位面积压力大的摩擦表面，其表面粗糙度参数值应小。
（3）承受交变应力的零件，易产生应力集中处，如圆角、沟槽等，其表面粗糙度参数值应小。
（4）配合性质要求稳定、小间隙配合和受重载的过盈配合，其配合表面的表面粗糙度参数值应小。
（5）有防腐蚀、密封性要求和外表美观的表面，其表面粗糙度参数值应小。
（6）注意表面粗糙度参数值与形状公差值的协调关系，如下表。

形状公差与表面粗糙度参数值的关系
形状公差t占尺寸公差T的百分比t/T（%）
表面粗糙度参数值占尺寸公差百分比
Ra/T（%）
Rz/T（%）
≈60
≤5
≤20
≈40
≤2.5
≤10
≈25
≤1.2
≤5
（7）遇到已有专门标准对表面粗糙度作出要求的（如齿轮齿面的表面粗糙度），应按专门标准来确定各典型表面的表面粗糙度参数值。
（8）在实际工作经验不足的情况下，可参考下表。
表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例 （μm）
表面微观特性
Ra
Rz
加工方法
应用举例
粗糙表面
可见刀痕
20~40
80~160
粗车、粗刨、粗铣、钻、毛锉、锯断
半成品粗加工过的表面，如轴端面、倒角、钻孔、齿轮（带轮）侧面、键槽底面
微见刀痕
10~20
40~80
半光表面
微见加工痕迹
5~10
20~40
车、刨、铣、镗、钻、粗绞
轴上不安装轴承、齿轮处的非配合面，紧固件的自由装配表面，轴和孔的退刀槽等
2.5~5
10~20
车、刨、铣、镗、磨、拉、粗刮、滚压
半精加工表面，箱体、支架、盖面套筒等和其他零件结合而无配合要求的表面，需要法兰的表面等
看不清加工痕迹
1.25~2.5
6.3~10
车、刨、铣、镗、磨、拉、刮、压、铣齿
接近于精加工表面，箱体上安装轴承的镗孔表面，齿轮的工作面
光表面
可辨加工痕迹方向
0.63~1.25
3.2~6.3
车、镗、磨、拉、刮、滚压、精铰、磨齿
圆柱销、圆锥销、与滚动轴承配合的表面，卧式车床导轨面，内外花键定心表面等
微辨加工痕迹方向
0.32~0.63
1.6~3.2
精镗、精铰、磨、刮、滚压
要求配合性质稳定的配合表面，工作时受交变应力的重要零件，较高精度车床的导轨面
不可辨加工痕迹方向
0.16~0.32
0.8~1.6
精磨、珩磨、研磨、超精加工
精密机床的主轴锥孔，顶尖圆锥面，发动机的曲轴、凸轮轴工作表面，高精度齿轮齿面
极光表面
暗光泽面
0.08~0.16
0.4~0.8
精磨、研磨、普通抛光
精密机床主轴颈表面，一般量规工作表面，汽缸套内表面，活塞销表面等
亮光泽面
0.04~0.08
0.2~0.4
超精磨、精抛光、镜面磨削
精密机床主轴颈表面，滚动轴承的滚珠，高压液压泵中柱塞和柱塞配合的表面
镜状光泽面
0.01~0.04
0.05~0.2
镜面
≤0.01
≤0.05
镜面磨削、超精研磨
高精度量仪，量块的工作表面，光学仪器中的金属镜面
表面粗糙度Ra的推荐使用值 （μm）

应用场合
基本尺寸/mm
经常装拆零件的配合表面
公差等级
≤50
50~120
120~500
轴
孔
轴
孔
轴
孔
IT5
≤0.2
≤0.4
≤0.4
≤0.8
≤0.4
≤0.8
IT6
≤0.4
≤0.8
≤0.8
≤1.6
≤0.8
≤1.6
IT7
≤0.8
≤1.6
≤1.6
IT8
≤0.8
≤1.6
≤1.6
≤3.2
≤1.6
≤3.2
过盈配合
压入装配
IT5
≤0.2
≤0.4
≤0.4
≤0.8
≤0.4
≤0.8
IT6、IT7
≤0.4
≤0.8
≤0.8
≤1.6
≤1.6
IT8
≤0.8
≤1.6
≤1.6
≤3.2
≤3.2
热装
-
≤1.6
≤3.2
≤1.6
≤3.2
≤1.6
≤3.2
滑动轴承的配合表面
公差等级
轴
孔
IT6~IT9
≤0.8
≤1.6
IT10~IT12
≤1.6
≤3.2
液体湿摩擦条件
≤0.4
≤0.8
圆锥结合的工作面
密封结合
对中结合
其它
≤0.4
≤1.6
≤6.3
密封材料处的孔、轴表面
密封形式
速度/（m·s-1）
≤3
3~5

≥5
橡胶圈密封
0.8~1.6（抛光）
0.4~0.8（抛光）
0.2~0.4（抛光）
毛毡密封
0.8~1.6（抛光）

迷宫式
3.2~6.3

涂油槽式
3.2~6.3

精密定心零件的配合表面
IT5~IT8
径向跳动
2.5
4
6
10
16
25
轴
≤0.05
≤0.1
≤0.1
≤0.2
≤0.4
≤0.8
孔
≤0.1
≤0.2
≤0.2
≤0.4
≤0.8
≤1.6
V形带和平带轮工作表面
带轮直径/mm
≤120
120~315
＞315
1.6
3.2
6.3
箱体分界面（减速箱）
类型
有垫片
无垫片
需要密封
3.2~6.3
0.8~1.6
不需要密封
6.3~12.5
4 表面粗糙度代号及其标注方法
确定了表面粗糙度的评定参数及其数值后，还应按国标的有关规定，把对表面粗糙度的要求正确的标注在零件图上。
4.1表面粗糙度的符号
表面粗糙度符号有三种形式。
表面粗糙度符号及标注意义
符号
意义
符号
意义

基本符号，表示用任何方法获得表面粗糙度。当不加注参数值或有关说明（表面处理、局部热处理状况等）时，仅适用于简化代号标注

用任何方法获得表面粗糙度，小圆表示所有表面具有相同的表面粗糙度

表示用去除材料的方法获得表面粗糙度。如车、刨、铣、镗、磨、拉、刮、压等

用去除材料的方法获得表面粗糙度，且所有表面具有相同的表面粗糙度

用不去除材料的方法获得表面粗糙度。如铸造、锻压、冲压变形、热轧、冷轧等或是用于保持原供应状态的表面粗糙度（包括保持上道工序的状况），Ra的上限值为3.2

用不去除材料的方法获得表面粗糙度，且所有表面具有相同的表面粗糙度
4.2表面粗糙度的代号
表面粗糙度的代号由表面粗糙度符号和表面粗糙度参数字母代号及数值和各种有关规定注写内容组成。
表面粗糙度代号注法解释
表面粗糙度代号
参数代号及数值和各种有关规定注写位置解释

a
表面粗糙度高度参数及其数值，单位为μm，Ra可省略
b
加工方法、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等
c
取样长度（单位为mm）或波纹度（单位为μm）
d
加工纹理方向符号
e
加工余量（单位为mm）
f
表面粗糙度间距参数代号及数值（单位为μm）或轮廓支承长度率
4.3表面粗糙度代号标注示例
在不在表面粗糙度代号时，要注意加工方法、表面粗糙度参数及其数值的上限值（下限值）和最大值（最小值）、加工纹理方向、取样长度等的正确注写。
表面粗糙度代号注写示例
代号
意义
代号
意义

用任何方法获得表面粗糙度。Ra的上限值为3.2μm

用不去除材料的方法获得表面粗糙度。Ra的上限值为3.2μm

用去除材料的方法获得表面粗糙度。Ra的上限值为3.2μm

用去除材料的方法获得表面粗糙度。Rz的上限值为3.2μm，下限值为1.6μm

用去除材料的方法获得表面粗糙度。Ra的最大值为3.2μm

用去除材料的方法获得表面粗糙度。Ry的最大值为6.3μm

用去除材料的方法获得表面粗糙度。Ra的最大值为3.2μm，Ra的最小值为1.6μm

用去除材料的方法获得表面粗糙度。零件所有表面Rz的最大值为3.2μm，Ry的最大值为12.5μm

最后用磨削方法获得表面粗糙度。Ra的最大值为1.6μm，取样长度0.8mm，轮廓微观不平度平均间距Sm不得超过0.05mm，加工纹理方向平行于标注代号的视图的投影面

用去除材料的方法获得表面粗糙度。Ra的上限值为1.6μm，轮廓支承长度率tp为70%，轮廓水平截距C为Ry的50%，加工纹理方向呈两相交的方向

常见加工纹理方向符号
4.4表面粗糙度在零件图中的标注注意事项
（1）表面粗糙度代号一般标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或他们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向表面。
（2）表面粗糙度代号中的数字书写方向必须按机械制图中尺寸标注的规定。
（3）重复要素的表面（齿轮齿面、花键键表面），表面粗糙度代号只需标注一次。
（4）表面粗糙度的“其余”代号标注在图样的右上角。
4.5表面粗糙度标注实例

图示为一输出轴零件图，表面粗糙度已标注，下面进行一些分析。
（1）两个轴颈Φ55j6与滚动轴承配合，Ra≤0.8，此处取0.8。
（2）Φ55r6和Φ45m6分别与齿轮和带轮配合，Ra≤1.6，此处取1.6。
（3）Φ62的左右两轴肩为止推面，分别对齿轮和滚动轴承起定位作用，Ra≤3.2，此处取3.2。
（4）键槽一般铣削加工，精度较低，因此键槽两侧面取Ra为3.2。
（5）轴上其它非配合表面，如端面、键槽底面、Φ52圆柱面等处，均属于不太重要的表面，取Ra为6.3。
4.6表面粗糙度的检测
1.比较法
将零件表面与粗糙度样块相比较，估计出表面粗糙度。精度较差，仅用于车间检验。
2.光切法
利用光切原理测量表面粗糙度。常采用光切显微镜（也称双管显微镜），如图。适宜测量用车、铣、刨或其他类似方法加工的金属零件的平面或外圆表面。通常用于测量Rz=0.5~80μm的表面，且在测量Rz的同时，可以得到被测表面的Ry值。

3.干涉法
干涉法是利用光波干涉原理采用干涉显微镜测量表面粗糙度。通常用于测量极光滑表面，即Rz=0.025~0.8μm的表面。

4.触针法
触针法是通过针尖（金刚石制成，半径2~3μm）感触微观不平度的截面轮廓的方法，实际上是一种接触式电测量方法，所用仪器一般为电动轮廓仪。可以测量Ra=0.025~5μm的表面。测量快速可靠、操作简便，易于实现自动测量和微机数据处理，但被测表面容易被触针划伤。

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