表面粗糙度
所有零件都需要通过各种加工方法制作而成。然而，受限于加工设备、工具以及工作环境和操作者技术水平，实际加工出的零件几何参数往往无法与图样上的理想状态完全一致。这种实际状态与理想状态之间的差别，统称为加工误差。根据几何参数的不同，加工误差可分为尺寸误差、几何误差以及表面粗糙度三大类。本文将重点探讨表面粗糙度这一关键指标。
图示为，在硬质材料（如SKD11热处理状态）上采用“割一修二”工艺，Ra 约为 0.9 μm。
一、 表面粗糙度的定义与分类
表面粗糙度，指的是零件表面因加工形成的微小峰谷所构成的不平度，属于微观几何形状误差。通常，我们将波距小于1mm的形貌特征归为表面粗糙度，1mm至10mm之间的为表面波纹度，而大于10mm的则视为表面宏观形貌。表面粗糙度的大小，直接反映了零件表面的光滑程度，其数值越小，表面越光滑。
二、 表面粗糙度的形成原因`
那么，表面粗糙度是如何形成的？它主要源于加工过程中刀具与零件表面的摩擦、切削分离时产生的塑性变形，以及工艺系统中的高频振动等因素。不同的加工方法和材料，会在加工表面留下深浅、疏密、形状各异的纹理。
三、 表面粗糙度对零件性能的影响
表面粗糙度对零件的使用性能具有重要影响，主要体现在以下几个方面：摩擦与磨损、疲劳强度、抗腐蚀性以及零件之间的配合性质。一个合适的表面粗糙度不仅能提升零件的使用寿命，还能优化其运行稳定性。
四、表面粗糙度与表面光洁度的区别
在实际应用中，常有人将“表面粗糙度”与“表面光洁度”混为一谈，其实二者有本质区别。表面粗糙度是定量的、可测量的微观几何参数，通常以Ra、Rz等数值表示；而表面光洁度更多是基于视觉和触感的主观定性描述。虽然两者可通过对照表进行转换，但粗糙度具有明确的测量公式，而光洁度多依赖样板规进行比对。
图示为，在硬质材料（如SKD11热处理状态）上采用“割一刀”工艺，Ra 约为 5.2 μm
五、常见加工方法所能达到的表面粗糙度
不同加工方法所能达到的表面粗糙度存在明显差异，常见的如车削、铣削、研磨、线切割和放电加工等各有其适用范围与精度等级。具体如下：
车削是工件旋转，刀具沿平面作直线或曲线移动的切削工艺，常用于加工内外圆柱面、端面、锥面、成型面及螺纹等。其加工精度与表面粗糙度大致分为：
- 粗加工：IT11级，Ra20~10μm
- 半精加工：IT10~9级，Ra10~2.5μm
- 精加工：IT8~IT7级，Ra1.6~0.8μm
- 镜面车削：IT7~IT5，Ra0.04~0.01μm
铣削采用多刃旋转刀具进行切削，效率高，适用于平面、沟槽、复杂型面及模具表面的加工。其精度范围一般为：
- 粗加工：IT11~IT13级，Ra20~5μm
- 半精加工：IT8~IT11级，Ra10~2.5μm
- 精加工：IT8~IT7级，Ra5~1.6μm
研磨属于精加工方法，通过磨料和磨具去除材料，广泛应用于高精度要求的场合。其表面粗糙度可分为：
- 一般磨削为1.25~0.16μm
- 精密磨削表面粗糙度为0.16~0.04μm
- 超精密磨削表面粗糙度为0.04~0.006μm
线切割（以中走丝为例）的表面粗糙度随切割次数提高：
- 一次切割：Ra ≥ 2.5 μm
- 二次切割：Ra ≈ 1.6 μm
- 三次及以上切割：Ra 可达 0.8 μm
图示为，在硬质材料（如SKD11热处理状态）上采用“割一修一”工艺，Ra 约为 2.2 μm。
放电加工通过电蚀除材料，适用于高硬度或复杂形状零件，其表面粗糙度大致为：
- 粗加工：Ra6.3~12.5
- 半精加工：Ra1.6~3.2
- 精加工：Ra0.4~0.8
从表面光洁度综合比较，常见加工方法的等级顺序为：研磨 ＞ 放电加工 ＞中走丝 ＞ 精密铣削 ＞普通铣削。
因此，在高要求零件的典型加工流程中，通常会先以铣削完成粗加工与半精加工，再通过热处理提升材料硬度；随后对复杂形状或孔位采用线切割加工；最后对关键配合面进行研磨，以确保尺寸精度与表面质量。
简言之，铣削负责“造型”，线切割实现“硬料割形”，而研磨则完成最终的“抛光与美颜”。
六、表面粗糙度的标注与常见等级解读
在国际标注中，不同地区有不同的表示方法。例如日本常用 “G” 或倒三角形符号标注光洁度
G表示在指定位置需要进行研磨加工
▽ 对应Ra=12.5~50。
▽▽▽▽对应Ra＜0.2；
▽▽▽ 对应Ra=0.2~0.8；
▽▽ 对应Ra=1.6~6.3；
那么常见的Ra1.6究竟代表什么水平？
它属于中等偏高的表面质量，肉眼难以分辨其加工痕迹，适用于要求定心或配合的固定支承面、衬套、轴承和定位销的压入孔表面
8级齿轮的齿面，齿条齿面。传动螺纹工作面。低速传动的轴颈等。
在航空航天领域，某些非配合的重要零件表面也常采用此级别的粗糙度要求。
七、表面粗糙度的测量方法
要准确评估表面粗糙度，常用的测量方法包括比较法和触针法。
比较法：
适用于车间现场，通过与被测样板对比进行快速判断，多用于中等或较粗糙的表面；
触针法
触针式表面粗糙度测量法采用针尖曲率半径约为2微米的金刚石触针，使其沿被测表面缓慢滑行。触针的上下位移通过电学式长度传感器转换为电信号，该信号经过放大、滤波和计算处理，最终由显示仪表直接读出粗糙度数值，或通过记录器绘制截面轮廓曲线。 根据功能不同，此类仪器可分为两种：仅能显示粗糙度数值的称为表面粗糙度测量仪；兼具轮廓记录功能的则称为表面粗糙度轮廓仪。两种仪器均内置电子计算电路或计算机系统，能够自动计算轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz、轮廓最大高度Ry等多种评定参数，具有测量效率高的特点，适用于Ra值在0.025～6.3微米范围内的表面粗糙度测量。
本图示展示了使用触针法对SKD11热处理工件进行表面粗糙度测量的场景。该工件经“霸器”线割加工（参数：割1修1），由三丰（Mitutoyo）表面粗糙度测量仪测得的轮廓算术平均偏差Ra值为1.958 μm。
通过优化加工工艺与控制表面粗糙度，我们能够在提升零件性能的同时，延长其使用寿命——这正是现代精密制造不断追求的目标。