簡介
表面粗糙度(surface roughness)是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離（波距）很小（在1mm以下），它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度越小，則表面越光滑。
表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時表面層金屬的塑性變形以及工藝系統中的高頻振動等。由于加工方法和工件材料的不同，被加工表面留下痕迹的深淺、疏密、形狀和紋理都有差别。
表面粗糙度與機械零件的配合性質、耐磨性、疲勞強度、接觸剛度、振動和噪聲等有密切關系，對機械産品的使用壽命和可靠性有重要影響。一般标注采用Ra。
相關的規範有“GB/T1031-2009《表面結構輪廓法表面粗糙度參數及其數值》”和“GB/T131-2006(ISO1302:2002)《表面結構的表示法》”。
發展
為研究表面粗糙度對零件性能的影響和度量表面微觀不平度的需要，從20年代末到30年代，德國、美國和英國等國的一些專家設計制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時也産生出了光切式顯微鏡和幹涉顯微鏡等用光學方法來測量表面微觀不平度的儀器，給從數值上定量評定表面粗糙度創造了條件。從30年代起，已對表面粗糙度定量評定參數進行了研究，如美國Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂的深度和支承長度率曲線來表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz論述表面粗糙度的專著，對表面粗糙度的評定參數和數值的标準化提出了建議。
但粗糙度評定參數及其數值的使用，真正成為一個被廣泛接受的标準還是從40年代各國相應的國家标準發布以後開始的。首先是美國在1940年發布了ASAB46.1國家标準，之後又經過幾次修訂，成為現行标準ANSI/ASMEB46.1-1988《表面結構表面粗糙度、表面波紋度和加工紋理》，該标準采用中線制，并将Ra作為主參數；接着前蘇聯在1945年發布了GOCT2789-1945《表面光潔度、表面微觀幾何形狀、分級和表示法》國家标準，而後經過了3次修訂成為GOCT2789-1973《表面粗糙度參數和特征》，該标準也采用中線制，并規定了包括輪廓均方根偏差即現在的Rq)在内的6個評定參數及其相應的參數值。另外，其它工業發達國家的标準大多是在50年代制定的，如聯邦德國在1952年2月發布了DIN4760和DIN4762有關表面粗糙度的評定參數和術語等方面的标準等。
評定參數
高度特征參數
- 輪廓算術平均偏差Ra：在取樣長度（lr）内輪廓偏距絕對值的算術平均值。在實際測量中，測量點的數目越多，Ra越準确。輪廓最大高度Rz：輪廓峰頂線和谷底線之間的距離。
在幅度參數常用範圍内優先選用Ra。在2006年以前國家标準中還有一個評定參數為“微觀不平度十點高度”用Rz表示，輪廓最大高度用Ry表示，在2006年以後國家标準中取消了微觀不平度十點高度，采用Rz表示輪廓最大高度。
間距特征參數
用輪廓單元的平均寬度Rsm表示。在取樣長度内，輪廓微觀不平度間距的平均值。微觀不平度間距是指輪廓峰和相鄰的輪廓谷在中線上的一段長度。
形狀特征參數
用輪廓支承長度率Rmr(c)表示，是輪廓支撐長度與取樣長度的比值。輪廓支承長度是取樣長度内，平行于中線且與輪廓峰頂線相距為c的直線與輪廓相截所得到的各段截線長度之和。
評定依據
取樣長度
取樣長度lr是評定表面粗糙度所規定一段基準線長度。取樣長度應根據零件實際表面的形成情況及紋理特征，選取能反映表面粗糙度特征的那一段長度，量取取樣長度時應根據實際表面輪廓的總的走向進行。規定和選擇取樣長度是為了限制和減弱表面波紋度和形狀誤差對表面粗糙度的測量結果的影響。
評定長度
評定長度ln是評定輪廓所必須的一段長度，它可包括一個或幾個取樣長度。由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均勻，在一個取樣長度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征，故需在表面上取幾個取樣長度來評定表面粗糙度。評定長度ln一般包含5個取樣長度lr。
基準線
基準線是用以評定表面粗糙度參數的輪廓中線。基準線有下列兩種：
輪廓的最小二乘中線：在取樣長度内，輪廓線上各點的輪廓偏距的平方和為最小，具有幾何輪廓形狀。
輪廓的算術平均中線：在取樣長度内，中線上下兩邊輪廓的面積相等。
理論上最小二乘中線是理想的基準線，但在實際應用中很難獲得，因此一般用輪廓的算術平均中線代替，且測量時可用一根位置近似的直線代替。
符号标注
表面粗糙度符号
國标規定表面粗糙度代号是由規定的符号和有關參數組成。
1）表面粗糙度符号
按國标标準在圖樣上表示表面粗糙度的符号有五種，見圖1。
2）表面粗糙度代号
表面粗糙度代号要求标注如：粗糙度參數值、測量時的取樣長度值、加工紋理、加工方法等。
表面粗糙度在圖樣上的标注
代号和參數的注寫方向如圖1所示。當零件大部分表面具有相同的表面粗糙度時，對其中使用最多的一種符号、代号可統一标注在圖樣的右上角，并加注“其餘”兩字，統一标注的代号及文字高度，應是圖形上其它表面所注代号和文字的1.4倍。
不同位置表面代号的注法，符号的尖端必須從材料外指向表面，代号中數字的方向與尺寸數字方向一緻，如圖2所示。
改變方法
不同的表面粗糙度
見下表所示
測量方法
比較法
比較法測量簡便，使用于車間現場測量，常用于中等或較粗糙表面的測量。方法是将被測量表面與标有一定數值的粗糙度樣闆比較來确定被測表面粗糙度數值的方法。比較時可以采用的方法:Ra>1.6μm時用目測，Ra1.6~Ra0.4μm時用放大鏡，Ra<0.4μm時用比較顯微鏡。
比較時要求樣闆的加工方法，加工紋理，加工方向，材料與被測零件表面相同。
觸針法
利用針尖曲率半徑為2微米左右的金剛石觸針沿被測表面緩慢滑行，金剛石觸針的上下位移量由電學式長度傳感器轉換為電信号，經放大、濾波、計算後由顯示儀表指示出表面粗糙度數值，也可用記錄器記錄被測截面輪廓曲線。一般将僅能顯示表面粗糙度數值的測量工具稱為表面粗糙度測量儀，同時能記錄表面輪廓曲線的稱為表面粗糙度輪廓儀。這兩種測量工具都有電子計算電路或電子計算機，它能自動計算出輪廓算術平均偏差Ra，微觀不平度十點高度Rz，輪廓最大高度Ry和其他多種評定參數，測量效率高，适用于測量Ra為0.025～6.3微米的表面粗糙度。
光切法
雙管顯微鏡測量表面粗糙度，可用作Ry與Rz參數評定，測量範圍0.5~50。
幹涉法
利用光波幹涉原理(見平晶、激光測長技術)将被測表面的形狀誤差以幹涉條紋圖形顯示出來，并利用放大倍數高（可達500倍）的顯微鏡将這些幹涉條紋的微觀部分放大後進行測量，以得出被測表面粗糙度。應用此法的表面粗糙度測量工具稱為幹涉顯微鏡。這種方法适用于測量Rz和Ry為0.025～0.8微米的表面粗糙度。
應用原則
表面粗糙度對零件使用情況有很大影響。一般說來，表面粗糙度數值小，會提高配合質量，減少磨損，延長零件使用壽命，但零件的加工費用會增加。因此，要正确、合理地選用表面粗糙度數值。在設計零件時，表面粗糙度數值的選擇，是根據零件在機器中的作用決定的。
總的原則是在保證滿足技術要求的前提下，選用較大的表面粗糙度數值。具體選擇時，可以參考下述原則：
（1）工作表面比非工作表面的粗糙度數值小。
（2）摩擦表面比不摩擦表面的粗糙度數值小。摩擦表面的摩擦速度越高，所受的單位壓力越大，則應越高；滾動磨擦表面比滑動磨擦表面要求粗糙度數值小。
（3）對間隙配合，配合間隙越小，粗糙度數值應越小；對過盈配合，為保證連接強度的牢固可靠，載荷越大，要求粗糙度數值越小。一般情況間隙配合比過盈配合粗糙度數值要小。
（4）配合表面的粗糙度應與其尺寸精度要求相當。配合性質相同時，零件尺寸越小，則應粗糙度數值越小；同一精度等級，小尺寸比大尺寸要粗糙度數值小，軸比孔要粗糙度數值小（特别是IT8～IT5的精度）。
（5）受周期性載荷的表面及可能會發生應力集中的内圓角、凹稽處粗糙度數值應較小。
研究表明：
施加的超聲扭振可明顯降低表面粗糙度；超聲扭振銑削加工時對表面粗糙度影響重要程度依次為振幅、銑削速度、進給量；采用大振幅和低銑削速度更利于降低表面粗糙度。
影響因素
表面粗糙度對零件的影響主要表現在以下幾個方面：
1、影響耐磨性。表面越粗糙，配合表面間的有效接觸面積越小，壓強越大，摩擦阻力越大，磨損就越快。
2、影響配合的穩定性。對間隙配合來說，表面越粗糙，就越易磨損，使工作過程中間隙逐漸增大；對過盈配合來說，由于裝配時将微觀凸峰擠平，減小了實際有效過盈，降低了連接強度。
3、影響疲勞強度。粗糙零件的表面存在較大的波谷，它們像尖角缺口和裂紋一樣，對應力集中很敏感，從而影響零件的疲勞強度。
4、影響耐腐蝕性。粗糙的零件表面，易使腐蝕性氣體或液體通過表面的微觀凹谷滲入到金屬内層，造成表面腐蝕。
5、影響密封性。粗糙的表面之間無法嚴密地貼合，氣體或液體通過接觸面間的縫隙滲漏。
6、影響接觸剛度。接觸剛度是零件結合面在外力作用下，抵抗接觸變形的能力。機器的剛度在很大程度上取決于各零件之間的接觸剛度。
7、影響測量精度。零件被測表面和測量工具測量面的表面粗糙度都會直接影響測量的精度，尤其是在精密測量時。
此外，表面粗糙度對零件的鍍塗層、導熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動的阻力、導體表面電流的流通等都會有不同程度的影響。
評定依據
表面光潔度
表面光潔度是表面粗糙度的另一稱法。表面光潔度是按人的視覺觀點提出來的，而表面粗糙度是按表面微觀幾何形狀的實際提出來的。因為與國際标準(ISO)接軌，中國80年代後采用表面粗糙度而廢止了表面光潔度。在表面粗糙度國家标準GB3505-83、GB1031-83頒布後，表面光潔度的已不再采用。
表面光潔度與表面粗糙度有相應的對照表。粗糙度有測量的計算公式，而光潔度隻能用樣闆規對照。所以說粗糙度比光潔度更科學嚴謹。
表面光潔度與表面粗糙度對照表
