第四节 表面粗糙度与极限配合
一、表面粗糙度
表面粗糙度是指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷的微观几何形状的尺寸特征。工件加工表面的这些微观几何形状误差称为表面粗糙度。
（一）评定表面粗糙度的参数
表面粗糙度基本术语符号新旧标准的对照见表1-36。表面粗糙度参数符号新旧标准的对照见表1-37。
表1-36 表面粗糙度基本术语符号新旧标准的对照
规定评定表面粗糙度的参数应从幅度参数、间距参数、混合参数及曲线和相关参数中选取。这里主要介绍幅度参数。
（1）幅度参数
① 评定轮廓的算术平均偏差（Ra）。指在取样长度内纵坐标值的算术平均值，符号为Ra，如图1-44所示。其表达式近似为：
式中，|Z1|，|Z2|，…，|Zn|分别为轮廓线上各点的轮廓偏距，即各点到轮廓中线的距离。
图1-44 轮廓算术平均偏差Ra
Ra测量方便，能充分反映表面微观几何形状的特性。Ra的系列值见表1-38。
表1-38 轮廓算术平均偏差Ra的系列值单位：μm
② 轮廓的最大高度（Rz）。指在取样长度内，最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之和的高度，符号为Rz，如图1-45所示。Rz的表达式可表示为：
Rz=Rp+Rv
图1-45 轮廓最大高度Rz
Rz的系列值见表1-39。
表1-39 轮廓的最大高度（Rz）的系列值单位：μm
（2）取样长度（lr）
取样长度是指用于判别被评定轮廓不规则特征的X轴上的长度，符号为lr。为了在测量范围内较好反映表面粗糙度的实际情况，标准规定取样长度按表面粗糙程度选取相应的数值，在取样长度范围内，一般至少包含5个轮廓峰和轮廓谷。规定和选择取样长度目的是限制和削弱其他几何形状误差，尤其是表面波度对测量结果的影响。
（3）评定长度（ln）
评定长度是指用于判别被评定轮廓的X轴上方向的长度，符号为ln。它可以包含一个或几个取样长度。为了较充分和客观地反映被测表面的粗糙度，需连续取几个取样长度的平均值作为测量结果。国家标准规定，ln=5lr为默认值。选取评定长度的目的是减小被测表面上表面粗糙度的不均匀性的影响。
取样长度与幅度参数之间有一定的联系，一般情况下，在测量Ra、Rz时推荐按表1-40选取对应的取样长度值。
表1-40 取样长度（lr）和评定长度（ln）的数值
（二）表面粗糙度符号、代号及标注
（1）表面粗糙度的图形符号（表1-41）
表1-41 表面粗糙度的图形符号
（2）表面粗糙度代号
在表面粗糙度符号的规定位置上，注出表面粗糙度数值及相关的规定项目后就形成了表面粗糙度代号。表面粗糙度数值及其相关的规定在符号中注写的规定如图1-46。其标注方法说明如下。
图1-46 表面粗糙度标注方法
① 位置a注写表面粗糙度的单一要求。标注表面粗糙度参数代号、极限值和取样长度。为了避免误解，在参数代号和极限值间应插入空格。取样长度后应有一斜线“/”，之后是表面粗糙度参数符号，最后是数值，如：-0.8/Rz 6.3。
② 位置a和b注写两个或多个表面粗糙度要求。在位置a注写第一个表面粗糙度要求，方法同①。在位置b注写第二个表面粗糙度要求。如果要注写第三个或更多个表面粗糙度要求，图形符号应在垂直方向扩大，以空出足够的空间。扩大图形符号时，a和b的位置随之上移。
③ 位置c注写加工方法。注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等，如车、磨、镀等加工表面。
④ 位置d注写表面纹理和方向。注写所要求的表面纹理和纹理的方向，如“=”“×”“M”。
⑤ 位置e注写加工余量。注写所要求的加工余量，以mm为单位给出数值。
（3）表面粗糙度评定参数的标注
表面粗糙度评定参数必须注出参数代号和相应数值，数值的单位均为微米（μm），数值的判断规则有两种。
① 16%规则，是所有表面粗糙度要求默认规则。
② 最大规则，应用于表面粗糙度要求时，则参数代号中应加上“max”。
当图样上标注参数的最大值（用max表示）或（和）最小值（用min表示）时，表示参数中所有的实测值均不得超过规定值。当图样上采用参数的上限值（用U表示）或（和）下限值（用L表示）时（表中未标注max或min的），表示参数的实测值中允许少于总数的16%的实测值超过规定值。具体标注示例及意义见表1-42。
表1-42 表面粗糙度代号的标注示例及意义
注：评定长度（ln）的标注。若所标注的参数代号没有“max”，表明采用的是有关标准中默认的评定长度；若不存在默认的评定长度时，参数代号中应标注取样长度的个数，如Ra3，Rz3，Rsm3……，（要求评定长度为3个取样长度）。
（三）各级表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例
各级表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例见表1-43。
表1-43 各级表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例
二、极限与配合
（一）术语及定义
基本术语和定义见表1-44。
表1-44 基本术语和定义
（二）公差与配合基本规定
（1）标准公差的等级、代号及数值
标准公差分20级，即：IT01、IT0、IT1至IT18。IT表示标准公差，公差的等级代号用阿拉伯数字表示。从IT01至IT18等级依次降低，当其与代表基本偏差的字母一起组成公差带时，省略“IT”字母，如h7，各级标准公差的数值规定见表1-45。
表1-45 标准公差数值规定
注：基本尺寸小于或等于1mm时，无IT14至IT18。
（2）公差等级的应用范围（表1-46）
表1-46 公差等级的应用范围
（3）公差等级与加工方法的关系（表1-47）
表1-47 公差等级与加工方法的关系
（4）基本偏差的代号
基本偏差的代号用拉丁字母表示，大写的代号代表孔，小写的代号代表轴，各28个。
孔的基准偏差代号有：A，B，C，CD，D，E，EF，F，FG，G，H，J，JS，K，M，N，P，R，S，T，U，V，X，Y，Z，ZA，ZB，ZC。轴的基准偏差代号有：a，b，c，cd，d，e，ef，f，fg，g，h，j，js，k，m，n，p，r，s，t，u，v，x，y，z，za，zb，zc。其中，H代表基准孔，h代表基准轴。
（5）偏差代号
偏差代号规定如下：孔的上偏差ES，孔的下偏差EI；轴的上偏差es，轴的下偏差ei。
（6）孔的极限偏差
孔的基本偏差从A到H为下偏差，从J至ZC为上偏差。
孔的另一个偏差（上偏差或下偏差），根据孔的基本偏差和标准公差，按以下代数式计算：
ES=EI+IT或EI=ES-IT
（7）轴的极限偏差
轴的基本偏差从a到h为上偏差，从j到zc为下偏差。轴的另一个偏差（下偏差或上偏差），根据轴的基本偏差和标准公差，按以下代数式计算：
ei=es-IT或es=ei + IT
（8）公差带代号
孔、轴公差带代号由基本偏差代号与公差等级代号组成。如H8、F8、K7、P7等为孔的公差带代号；h7、f 7等为轴的公差带代号。其表示方法可以用下列示例之一：
孔：
轴：
（9）基准制
标准规定有基孔制和基轴制。在一般情况下，优先采用基孔制。如有特殊需要，允许将任一孔、轴公差带组成配合。
（10）配合代号
用孔、轴公差带的组合表示，写成分数形式，分子为孔的公差带，分母为轴的公差带，例如：H8/f 7或
。其表示方法可用以下示例之一：
（11）配合分类
标准的配合有三类，即间隙配合、过渡配合和过盈配合。属于哪一类配合取决于孔、轴公差带的相互关系。基孔制（基轴制）中，a到h（A到H）用于间隙配合；j到zc（J到ZC）用于过渡配合和过盈配合。
（12）公差带及配合的选用原则
孔、轴公差带及配合，首先采用优先公差带及优先配合，其次采用常用公差带及常用配合，再次采用一般用途公差带。必要时，可按标准所规定的标准公差与基本偏差组成孔、轴公差带及配合。
（13）极限尺寸判断原则
孔或轴的尺寸不允许超过最大实体尺寸。即对于孔，其尺寸应不小于最小极限尺寸；对于轴，则应不大于最大极限尺寸。
在任何位置上的实际尺寸不允许超过最小实体尺寸。即对于孔，其实际尺寸应不大于最大极限尺寸；对于轴，则应不小于最小极限尺寸。
（三）一般公差
《一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差》（GB/T 1804—2000）规定了未注出公差的线性和角度尺寸的一般公差的公差等级和极限偏差数值，适用于金属切削加工的尺寸，也适用于一般冲压加工的尺寸。非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用。
（1）线性尺寸的极限偏差数值
线性尺寸的极限偏差数值见表1-48。
表1-48 线性尺寸的极限偏差数值
（2）倒圆半径与倒角高度尺寸的极限偏差
倒圆半径与倒角高度尺寸的极限偏差数值见表1-49。
表1-49 倒圆半径与倒角高度尺寸的极限偏差数值
（3）角度尺寸的极限偏差
角度尺寸的极限偏差数值见表1-50。
表1-50 角度尺寸的极限偏差数值
（四）优先、常用和一般用途的轴、孔公差带
（1）尺寸≤500mm的轴公差带（图1-60）
图1-60 优先、常用和一般用途的轴公差带
注：1.轴的一般公差带，共116个（包括常用和优先）； 2.带方框的为常用公差带，共59个（包括优先）；3.带圆圈中的为优先公差带，共13个
（2）尺寸≤500mm的孔公差带（图1-61）
图1-61 优先、常用和一般用途的孔公差带
注：1.孔的一般公差带，共105个（包括常用和优先）； 2.带方框的为常用公差带，共44个（包括优先）；3.带圆圈中的为优先公差带，共13个
（五）基孔制与基轴制优先、常用配合
（1）基孔制优先、常用配合（见表1-51）
表1-51 基孔制优先、常用配合
（2）基轴制优先、常用配合见表1-52
表1-52 基轴制优先、常用配合
（六）优先配合选用说明
优先配合选用说明见表1-53。
表1-53 优先配合选用说明
（七）各种配合特性及应用
各种配合特性及应用见表1-54。
表1-54 各种配合特性及应用
三、形状和位置公差
（一）形状和位置公差符号
（1）形状和位置公差特征项目的符号（见表1-55）
表1-55 形状和位置公差特征项目的符号表
（2）被测要素、基准要素的标注方法
被测要素、基准要素的标注方法见表1-56。如要求在公差带内进一步限制被测要素的形状，则应在公差值后面加注符号，见表1-57。
表1-56 被测要素、基准要素的标注方法
表1-57 被测要素形状的加注符号
（二）表面形状公差和位置公差未注公差值
（1）表面形状公差的未注公差值
直线度和平面度的未注公差值见表1-58。选择公差值时，对于直线度应按其相应线的长度选择；对于平面应按其表面的较长一侧或圆表面的直径选择。
表1-58 直线度和平面度的未注公差值
圆度的未注公差值等于标准的直径公差值，但不能大于表1-59中圆跳动的未注公差值。
表1-59 圆跳动的未注公差值
圆柱度的未注公差值不做规定。圆柱度误差由三个部分组成：圆度、直线度和相对素线的平行度误差。而其中每一项误差均由它们的注出公差或未注公差控制。如因功能要求，圆柱度应小于圆度、直线度和平行度的未注公差的综合结果，应在被测要素上按GB/T 1182—2018的规定注出圆柱度公差值，或采用包容要求。
（2）位置公差的未注公差值
平行度的未注公差值等于给出的尺寸公差值，或直线度和平面度未注公差值中的相应公差值取较大者。应取两要素中的较长者作为基准；若两要素的长度相等，则可选任一要素为基准。
垂直度的未注公差值，见表1-60。取形成直角的两边中较长的一边作为基准，较短的一边作为被测要素；若边的长度相等则可取其中的任意一边为基准。
表1-60 垂直度的未注公差值
对称度的未注公差值见表1-61。应取两要素中较长者作为基准，较短者作为被测要素；若两要素长度相等则可选任一要素为基准。
表1-61 对称度的未注公差值
同轴度的未注公差值未做规定。在极限状况下，同轴度的未注公差值与圆跳动的未注公差值相等。
圆跳动（径向、端面和斜向）的未注公差值见表1-59。对于圆跳动未注公差值，应以设计和工艺给出的支承面作为基准，否则应取两要素中较长的一个作为基准；若两要素的长度相等，则可选任一要素为基准。
（三）图样上标注公差值的规定
（1）规定了公差值或数系表的项目
① 直线度、平面度。
② 圆度、圆柱度。
③ 平行度、垂直度、倾斜度。
④ 同轴度、对称度、圆跳动和全跳动。
⑤ 位置度数系。
《产品几何技术规范（GPS）几何公差形状、方向、位置和跳动公差标注》（GB/T 1182—2018）附录提出的公差值，是以零件和量具在标准温度（20℃）下测量为准。
（2）公差值的选用原则
① 根据零件的功能要求，并考虑加工的经济性和零件的结构、刚性等情况，按表中数系确定要素的公差值，并考虑下列情况。
a.在同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值。如果求平行的两个表面，其平面度公差值应小于平行度公差值。
b.圆柱形零件的形状公差值（轴线的直线度除外）一般情况下应小于其尺寸公差值。
c.平行度公差值应小于其相应的距离公差值。
② 对于下列情况，考虑到加工的难易程度和除主参数外其他参数的影响，在满足零件功能的要求下，适当降低l～2级选用。
a.孔相对于轴。
b.长径比较大的轴或孔。
c.距离较大的轴或孔。
d.宽度较大（一般大于1/2长度）的零件表面。
e.线对线和线对面相对于面对面的平行度。
f.线对线和线对面相对于面对面的垂直度。
（四）形位公差代号标注示例（表1-62）
表1-62 形位公差代号标注示例
（五）公差数值表
（1）直线度、平面度公差值（表1-63）
表1-63 直线度、平面度公差值
（2）圆度、圆柱度公差值（表1-64）
表1-64 圆度、圆柱度公差值
（3）平行度、垂直度、倾斜度公差值（见表1-65）
表1-65 平行度、垂直度、倾斜度公差值
（4）同轴度、对称度、圆跳动和全跳动公差值（表1-66）
表1-66 同轴度、对称度、圆跳动和全跳动公差值
（5）位置度数系（表1-67）
表1-67 位置度数系单位:μm
