GB/T 131-2006 产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表面结构的表示法

2013/11/10

GB/T131-2006/ISO1302:2002产品几何技术规范（GPS）

表面结构

GPS

GeometricalProductSpecificationandVerification

GD&T

2013.10

上海大学李明robotlib@1

工件表面的状态

在机械零件切削的过程

中，由于加工方法、工艺参

数、材料特性等综合因素的

影响，在工件表面不可避免

地会形成一些痕迹，其造就

了工件表面微小的峰谷及相

关的几何特性。

表面宏观和微观的几何

特性，被称为表面结构。是

表面粗糙度、表面波纹度、

表面缺陷、表面纹理和表面

几何形状的总称。

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1

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粗糙度误差概述

表面粗糙度：实际表面微观几何形状误差

上海大学李明robotlib@3

关于表面结构的相关国家标准

规定了技术产品文件中表

面结构的表示法，技术产品文

件包括图样、说明书、合同、

报告等。同时给出了表面结构

标注用图形符号和标注方法

该标准适用于对表面结构

有要求时的表示法。

《GB/T131-2006产品几何技术规范(GPS)技术产品文件中表面结构的表示法》

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相关国家标准及变化

《GB/T3505-2009产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓

法术语、定义及表面结构参数》

《GB/T1031-2009产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法

表面粗糙度参数及其数值》

《GB/T131-2006产品几何技术规范(GPS)技术产品文件中

表面结构的表示法》

《GB/T1031-1995表面粗糙度参数及其数值》

《GB/T131-1993机械制图表面粗糙度符号、代号及注法》

《GB/T3505-2000产品几何技术规范表面结构轮廓法表面

结构的术语、定义及参数》

《GB/T7220-2004产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法

表面粗糙度术语参数测量》

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其他表面结构的相关标准

工件对表面结构有要求时，主要考虑三大类

参数并加以评定:

轮廓参数(由GB/T3505―2000定义)；

图形参数(由GB/Tl8618―2002定义)；

支承率曲线参数(由GB/T18778.2―2003和

GB/T18778.3―2006定义)。

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工件实际的表面结构

表面结构是由实际表面

的重复或偶然的偏差所形成

的表面三维形貌，包括表面

粗糙度、表面波纹度、形状

误差、纹理方向和表面缺陷。

表面轮廓

原始轮廓（P轮廓）

形状误差

波纹度（W轮廓）

表面粗糙度（R轮廓）

表面缺陷

上海大学李明robotlib@7

表面结构误差的来源

表面粗糙度

零件加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的

微观几何特性。

表面波纹度

在机械加工过程中，由于机床、工件和刀具

系统的振动，在工件表面所形成的间距比粗糙度

大得多的表面不平度称为波纹度。

表面粗糙度、表面波纹度、表面几何形状总

是同时生成并存在于同一表面。

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表面结构对性能的影响

1、对摩擦和磨损的影响：表面粗糙

度大—磨损大—寿命低

2、对配合性质的影响：表面粗糙度

影响配合性质的稳定性

3、对疲劳强度的影响：表面越粗糙，疲劳强度越低

4、对接触刚度的影响：表面越粗糙，接触刚度越低

5、对耐腐蚀性能的影响：粗糙的表面易造成表面锈蚀

6、影响零件间的密封性：表面粗糙的程度和纹理结构，会直接

影响对气体、液体的密封效果

7、其他影响：对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导电

导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影响。

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表面结构的术语和定义

一般术语16个

一般术语和

几何参数术语几何参数术语14个

术语

和幅度参数9个

定义

表面轮廓参数间距参数1个

定义16个混合参数1个

曲线和相关参数5个

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上海大学李明robotlib@

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表面结构术语及定义

表示表面微观几何特性时要用表面结构参数。国

家标准把三种轮廓分别称为R轮廓、W轮廓和P轮廓，

从这三种轮廓上计算所得的参数称为R参数、W参数

和P参数。

R参数(粗糙度参数)─从粗糙度轮廓上计算所得的参数

W参数(波纹度参数)─从波纹度轮廓上计算所得的参数

P参数(原始轮廓参数)─从原始轮廓上计算所得的参数

上海大学李明robotlib@11

表面结构术语及定义

划分三种轮廓的基础是波长，每种轮廓都定义于一

定的波长范围内,这个波长范围称为该轮廓的传输带；

传输带用截止短波波长值和截止长波波长值表示，例

如0.0025-0.8（单位为mm）。

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术语和定义

轮廓滤波器(profilefilter)

％

用轮廓法测量表面轮廓时，/

数

系粗糙度轮廓波纹度轮廓

把轮廓分为长波和短波的滤波器。输

传

λs轮廓滤波器

λλλ波长

确定存在于表面上的粗糙度scf

与比它更短的波的成分之间相交

波长<λ

界限的滤波器。s

λc轮廓滤波器

确定粗糙度与波纹度成分之间λs<波长<λc

相交界限的滤波器。

λf轮廓滤波器

确定存在于表面上的波纹度λc<波长<λf

与比它更长的波的成分之间相交

界限的滤波器。

上海大学李明robotlib@13

表面轮廓

表面轮廓(surfaceprofile)

一个指定平面与实际表面相交所得到的轮廓。

波长（λ）：

波长指沿着波的传播方向，在波的图形中相对平

衡位置的位移时刻相同的相邻的两个质点之间的距

离。

形状误差：λ>10mm

表面波纹度：λ=1～10mm

表面粗糙度：λ<1mm

λ>10mm

λ=1～10λ<1mm

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术语和定义

表面轮廓与轮廓参数

原始轮廓(primaryprofile)——P轮廓

经过λs轮廓滤波器后的总轮廓。

在原始轮廓上计算得到

的参数称为P参数。

粗糙度轮廓(roughnessprofile)——R轮廓

对原始轮廓采用λc轮廓滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。

在粗糙度轮廓上计算得

到的参数称为R参数。

波纹度轮廓(wavinessprofile)——W轮廓

对原始轮廓连续应用λ和λ两个轮廓滤波器以后形成的轮廓。

fc

在波纹度轮廓上计算得

到的参数称为W参数。

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上海大学李明robotlib@

表面结构术语及定义

R轮廓参数代号：

表面参数分为三类：轮廓参数、图形参数和支

承率曲线参数。

高度参数间混

距合

曲线和相关参数

峰谷值平均值参参

数数

R轮廓

参数

RpRvRzRcRtRaRqRskRkuRSmRΔqRmr(c)RδcRmr

(粗糙

度参数)

GB/T3505标准中定义的R轮廓参数代号

上海大学李明robotlib@16

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术语及定义

坐标系(coordinatesystem)

确定表面结构参数的

坐标体系。通常采用一个

直角坐标体系，其轴线形

成一右旋笛卡尔坐标系：

X轴与中线方向一致

Y轴也处于实际表面上

Z轴则在从材料到周围

介质的外延方向。

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术语和定义

取样长度(samplinglength)lr

在X轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度。

X

中线

lr

说明：

规定取样长度的目的是为了限制或削弱测量、评定表面粗糙度时波

纹度以及形状误差的影响。

评定表面粗糙度时的取样长度在数值上等于λ轮廓滤波器的截止波

c

长。取样长度的数值应从国家标准规定的系列值选取。

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术语和定义

评定长度(evaluationlength)ln

用于评定被评定轮廓的X轴方向上的(总)长度。

中线

lrlrlrlrlr

ln

说明：

评定长度是连续的几个取样长度。规定评定长度的目的是为了限制

或削弱评定表面粗糙度时粗糙度轮廓特性不均匀性影响。

评定长度的数值应从国家标准规定的系列值选取。测量Ra或Rz时，

一般情况下取ln=5×lr；当被测表面均匀性较好时可取ln<5×lr；

均匀性较差时可取ln>5×lr。

上海大学李明robotlib@19

术语和定义

中线(meanline)（最小二乘中线）

具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。

中线穿过粗糙度轮廓，是用来确定粗糙度参数的基准线。它

是用λ轮廓滤波器抑制长波成分后形成的轮廓的中线——最小二

c

乘中线。

z

Z(x)

i

中线

x

lr

在取样长度内，使轮廓线上各点轮廓偏距Zi的平方和最小的线。

最小二乘中线满足Zi2(x)min，是唯一的。

注：用λc轮廓滤波器滤波后，可认为最小二乘中线的方向就是X方向。

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术语和定义

中线(meanline)（算术平均中线）

具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。

中线穿过粗糙度轮廓，是用来确定粗糙度参数的基准线。它

是用λ轮廓滤波器抑制长波成分后形成的轮廓的中线——算术平

c

均中线。

F1F2Fi

F′F′

1F′lri

2

在取样长度内划分实际轮廓为上下两部分，且使上下两部分面

积相等的线，其中中线之上每个峰的面积为F1,F2,…Fn和中线

之下的每个谷的面积为F1’,F2’,…Fn’相等。nn

'

FF

ii

i1i1

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术语及定义

（1）轮廓峰(profilepeak)

轮廓峰是连接（轮廓和X轴）两相邻交点向外（从材料到周围

介质）的轮廓部分。轮廓峰高Zp为轮廓峰最高点距X轴的距离

（2）轮廓谷(profilevalley)

轮廓峰是连接（轮廓和X轴）两相邻交点向内（从周围介质到

材料）的轮廓部分。轮廓谷深Zv为X轴线与轮廓谷最低点之间的距离

（3）轮廓单元(profileelement)

轮廓单元为轮廓峰和轮廓谷的

组合。

轮廓单元的高度Zt是指一个轮

廓单元的峰高Zp和谷深Zv之和。

轮廓单元的宽度Xs是指X轴线

与轮廓单元相交线的长度轮廓单元

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术语及定义

表面轮廓参数由幅度参数、间距参数、混合参数及曲

线和相关参数组成

幅度参数（峰和谷）:

（1）最大轮廓峰高(maximumprofilepeakheight,PP,RP,WP)

在一个取样长度内，最大的轮廓峰高Zp。

（2）最大轮廓谷深(maximumprofilevalleydepth,Pv,Rv,Wv)

在一个取样长度内，最大的轮廓峰高Zv。

（3）轮廓的最大高度(maximumheightofprofile,PZ,RZ,WZ)

在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和

（4）轮廓单元的平均高度(meanheightofprofileelement,Pc,Rc,Wc)

在一个取样长度内，轮廓单元高度Zt的平均值。

上海大学李明robotlib@23

术语及定义

表面轮廓参数由幅度参数、间距参数、混合参数及曲

线和相关参数组成

幅度参数（峰和谷）:

（5）轮廓的总高度(totalheightofprofile,Pt,Rt,Wt)

在评定长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和。

（6）轮廓的算术平均偏差(arithmeticalmeandeviationoftheassessed

profile,,Pa,Ra,Wa)

在一个取样长度内纵坐标值Z(x)绝对值的算术平均值

1l

Ra、Wa、Pal0Z(x)dx

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术语及定义

表面轮廓参数由幅度参数、间距参数、混合参数及曲

线和相关参数组成

幅度参数（峰和谷）:

（7）轮廓的均方根偏差(rootmeansquaredeviationofprofile,Rq、Wq、Pq)

在一个取样长度内纵坐标值Z(x)的均方根值Rq、W、P1lZ2(x)dx

qql0

（8）轮廓的偏斜度(skewnessoftheassessedprofile,Rsk、Wsk、Psk)

偏斜度用来表征轮廓分布的对称性，是指在11lr3

一个取样长度内纵坐标值Z(x)的三次方的平均值RskRq3[lr0Z(x)dx]

与Rq、Wq或Pq的三次方的比值。

（9）轮廓的陡度(kurtosisoftheassessedprofile,Rku、Wku、Pku)

在一个取样长度内纵坐标值Z(x)的四次方11lr4

的平均值与Rq、Wq或Pq的四次方的比值RkuRq4[lr0Z(x)dx]

上海大学李明robotlib@25

术语及定义

表面轮廓参数由幅度参数、间距参数、混合参数及曲

线和相关参数组成

间距参数:

轮廓单元的平均宽度(meanwidthoftheprofileelements,Rsm、Wsm、Psm)

在一个取样长度lr内轮廓单元宽度Xs的平均值

1m

Rsm、W、PXs

smsmi

mi1

混合参数

评定轮廓的均方根斜率(rootmeansquareslopeoftheassessedprofile,RΔq,WΔq,PΔq)

在取样长度内纵坐标斜率dZ/dX的均方根值。

RWP

qqq

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术语及定义

表面轮廓参数由幅度参数、间距参数、混合参数及曲

线和相关参数组成

曲线和相关参数

、、

轮廓的实体材料长度Ml（c）

在一个给定水平截面高度c上用一条平行于X轴的线与轮廓单元

相截所获得的各段截线长度之和

轮廓的支承长度率Rmr(c)、Wmr(c)、Pmr(c)

在给定水平截面高度c上轮廓的实体材料长度Ml（c）与评定长

度ln的比率

上海大学李明robotlib@27

术语和定义

表面粗糙度参数（SurfaceRoughnessParameters）

国家标准中规定的关于表面粗糙度的常用参数有4个。

幅度参数

轮廓的算术平均偏差——Ra

轮廓的最大高度——Rz

间距参数

轮廓单元的平均宽度——Rsm

曲线和相关参数

轮廓的支承长度率——Rmr(c)

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取样长度lr和评定长度ln

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表面粗糙度的基本概念

表面粗糙度（surfaceroughness）

实际表面微观几何形状误差

在机械零件切削的过程中，刀具或砂轮遗留的刀痕、

切屑分离时的塑性变形和机床振动等因素，会使零件的

表面形成微小的峰谷。

这些微小峰谷的高低程度和间距状况就叫做表面粗

糙度，也称为微观不平度，它是一种微观几何形状误差。

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术语和定义

轮廓的算术平均偏差Ra(arithmeticalmeandeviationoftheprofile)

在一个取样长度内纵坐标值Z(x)绝对值的算术平均值。

lr

1

RalrZ(x)dx

0

Ra

Ra实际上是对粗糙度轮廓x

信号进行整流、滤波后得到的结

果，反映的是轮廓峰高、谷深的

平均值。取样长度lr

Ra、Rz的第一系列数值（m）

Ra0.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100

Rz0.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100200400800

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术语和定义

轮廓的最大高度Rz(maximumheightofprofile)

在一个取样长度内，最大轮廓峰高与最大轮廓谷深之和。

RzRpRvmaxZpimaxZvi

ip

p