如何评价表面粗糙度的参数？

任务描述与要求

如图5 - 1 所示，Ra、Rz 代表的具体含义是什么？

任务分析

由任务可知，要想解决此任务需要掌握表面粗糙度的基本术语和定义，并在此基础上掌握表面粗糙度评定参数的选用。

任务知识准备

一、基本术语

关于表面粗糙度的一些基本术语如图5 - 3 所示。

图5-3　轮廓峰、轮廓谷、轮廓单元、中线　

1. 轮廓峰

被评定轮廓上连接轮廓与X 轴两相邻交点的向外（从材料到周围介质）的轮廓部分。

2. 轮廓谷

被评定轮廓上连接轮廓与X 轴两相邻交点的向内（从周围介质到材料）的轮廓部分。

3. 轮廓单元

轮廓峰和相邻轮廓谷的组合。

4. 取样长度lr

在X 轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度，即在测量表面粗糙度时所取的一段与轮廓总的走向一致的长度。规定和选择取样长度的目的是限制或削弱测量、评定表面粗糙度时波纹度以及形状误差的影响。表面越粗糙，取样长度应越大。取样长度范围内至少应包含5个以上的轮廓峰和轮廓谷，如图5 - 4 所示。

图5-4　取样长度和评定长度　

需要说明的是新国标对“取样长度”代号的规定，将原标准中的取样长度代号l 改为了lr。

5. 评定长度ln

评定长度也是评定表面粗糙度时所必需的一段长度。

由于被加工表面粗糙度不一定很均匀，为了合理、客观地反映表面质量，评定长度包含一个或几个取样长度。国家标准中规定，评定长度默认包含5 个取样长度，即 n　r5l　l= ，如图5 - 4 所示。如果加工表面比较均匀，可取 n　r5l　l＜ ，如取3 个取样长度，甚至是1 个；如果加工表面均匀性差，则取 n　r5l　l＞ ，如取6 个取样长度，或者更多。

取样长度和评定长度的数值应从国家标准规定的系列值中选取，见表5 - 2。

表5-2　取样长度与评定长度（摘自GB/T 1031—2009）

6. 中线

中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。

对于表面粗糙度来说，中线穿过粗糙度轮廓，是用来确定粗糙度参数的基准线。国标中所称的X 轴即指中线，如图5 - 3 所示。中线的确定限定于取样长度lr 内，有以下两种方法。

1）轮廓的最小二乘中线

轮廓的最小二乘中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标值的平方和最小，如图5 - 5 所示。

图5-5　轮廓最小二乘中线　

2）轮廓的算术平均中线

轮廓的算术平均中线是指具有几何轮廓形状，在取样长度内与轮廓走向一致并划分轮廓为上、下两部分，且使上、下两部分的面积之和相等的基准线，如图5 - 6 所示。最小二乘中线符合最小二乘原则，从理论上讲是理想的基准线，但在轮廓图形上确定最小二乘中线的位置比较困难，而算术平均中线与最小二乘中线的差别很小，故通常用算术平均中线来代替最小二乘中线。轮廓的算术平均中线用目测估计法来确定，当轮廓很不规则时，算术平均中线不是唯一的中线。

图5-6　轮廓的算术平均中线　(www.xing528.com)

二、表面粗糙度的评定参数

为了定量评定表面粗糙度，国标规定了很多评定参数，在此介绍比较重要的4 个。

1. 轮廓的算术平均偏差Ra

在一个取样长度内，轮廓上各点到基准线之间的距离的算术平均值，即纵坐标值Z（x）绝对值的算术平均值，如图5 - 7 所示。　

轮廓的算术平均 偏差Ra

图5-7　轮廓的算术平均偏差Ra　

纵坐标Z 是相对于中线的纵坐标。Ra 反映的是轮廓的平均峰高、谷深。Ra 参数较直观，容易理解，并能充分反映表面微观几何形状高度方面的特性，测量方法比较简单，是采用比较普遍的评定指标。

2. 轮廓的最大高度Rz

轮廓的最大高度Rz 是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高Zp 与最大轮廓谷深Zv 之和，如图5 - 8 所示。　

轮廓的最大高度Rz

图5-8　轮廓的最大高度Rz　

Ra 和Rz 都属于幅度参数，但Rz 不如Ra 能准确反映几何特征，在常用参数范围内，推荐优先选用Ra。

3. 轮廓单元的平均宽度Rsm

在一个取样长度内，轮廓单元宽度Xs 的平均值属于间距参数，如图5 - 9 所示。　

图5-9　轮廓单元的平均宽度Rsm　

三、评定参数数值的规定

国家标准规定了评定表面粗糙度的参数值系列，对于轮廓的算术平均偏差Ra、轮廓的最大高度Rz 和轮廓单元的平均宽度Rsm，其数值分别见表5 - 3～表5 - 5。

表5-3　轮廓的算术平均偏差Ra 的数值（摘自GB/T 1031—2009）　μm

表5-4　轮廓的最大高度Rz 的数值（摘自GB/T 1031—2009）　μm

表5-5　轮廓单元的平均宽度Rsm 的数值（摘自GB/T 1031—2009）　μm

根据表面功能和生产的经济合理性，当表中的系列值不能满足要求时，还可根据国家标准选取补充系列值。

任务实施

图5 - 1 中Ra、Rz 代表的含义如下。

（1） Ra 表示轮廓算术平均偏差。

（2） Rz 表示轮廓最大高度。

以上表示方法是在评定长度ln 上取值的。