表面粗糙度（Surface Roughness）：Ra,Rq,Rz,Rsk,Sa,Sq,Sz,Ssk,Rt,Rp,Rv,Rc,Ry,RmaxRku,RSm,R△q,RSm,Rmr参数定义

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表面粗糙度（Surface Roughness）：Ra,Rq,Rz,Rsk,Sa,Sq,Sz,Ssk,Rt,Rp,Rv,Rc,Ry,RmaxRku,RSm,R△q,RSm,Rmr参数定义

2024-04-23 23:50| 来源: 网络整理| 查看: 265

表面粗糙度（Surface Roughness）

为了确保零件的最佳质量，光学（或机械）加工后的元件表面须保持在所需的粗糙度范围内。表面处理对产品的性能、耐用性等有着至关重要的影响。因此，有必要了解表面粗糙度的概念及其重要性。

1. 概念

通常把小于1mm尺寸里的形貌特征归结为表面粗糙度，1~10mm尺寸的形貌特征定义为表面波纹度，大于10mm尺寸的形貌特征定义为表面形貌。表面粗糙度参数的ISO标准是ISO 4287:1997。国标是GB/T 3505-2000《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》，该标准定义了表征表面粗糙度的一些参数。

2. 参数定义

符号：用于表征某条直线上的轮廓（如：直线

上的轮廓）；

符号：用于表征某个表面上的轮廓（如：区域

中的轮廓）。

本文主要以 符号为例描述表面粗糙度的表征参数，如果某 参数是通过一维积分计算，则对应的参数就是二维积分计算，以此效仿。

2.1 幅度参数（峰和谷）

（1）最大轮廓峰高（）

定义：在一个取样长度内，最大的轮廓峰高。

最大轮廓峰高

参数最适用于毛刺等异常情况，对这些异常十分敏感。

（2）最大轮廓谷深（）

定义：在一个取样长度内，最大的轮廓谷深。

最大轮廓谷深

参数最适用于划痕等异常情况，对这些异常十分敏感。

（3）轮廓的最大高度（（二维）， （三维））

定义：在一个取样长度内，最大轮廓峰高（）和最大轮廓谷深（）之和的高度。

轮廓的最大高度

注意：在GB/T 3505-1983中， 符号曾用于指示“不平度的十点高度”。在使用中的一些表面粗度测量仪器大多是测量以前的参数。因此，当采用现行的技术文件和图样（GB/T 3505-2000）时必须小心慎重，因为用不同类型的仪器按不同的规定计算所取得结果之间的差别并不部是非常微小而可忽略。

（4）轮廓单元的平均线高度（）

定义：在一个取样长度内，轮廓单元高度的平均值。

轮廓单元的高度

计算公式： $Rc= \frac{1}{ m} \sum_{i=1}^{m}{Zt_i }$

需要辨别高度和间距，除非另有需求，省略标注的高度分辨力应分别按的10%选取，省略标注的间距分辨力应按取样长度的1%选取。上述两个条件都应满足。

（5）轮廓的总高度（）

定义：在评定长度内，最大轮廓峰高（）和最大轮廓谷深（）之和。

是根据评定长度而不是在取样长度（区别于）上定义的，因此 $Rt \geq Rz$ 对任何轮廓来讲都成立。

在未规定的情况下， Rt = Rz ，此时建议采用。

（6）

符号不再使用（旧标准GB/T 3505-1983），参考上文中的。

（7） Rmax

Rmax 符号不再使用（旧标准GB/T 3505-1983），参考上文中的。

2.2 幅度参数（纵坐标平均值）

（1）轮廓的算术平均偏差（ ）

定义：在一个取样长度内，纵坐标值 Z(x) 绝对值的算术平均值。

计算公式： $Ra=\frac{1}{l}\int_{0}^{l}|Z(x)|dx$

（因此， $Sa=\frac{1}{A}\int\int_A |Z(x,y)| dxdy$ ，其中为取样面）

与表面光洁度（SF）等级之间的对照表及具体应用情况：

Ra (μm)Ra (inch)SF等级应用情况0.0120.514通过最精细的抛光、珩磨或超精加工产生最精细的表面光洁度。因此，它们最适合用于精细和灵敏的精密量块。0.025113通过最精细的抛光、珩磨或超精加工产生最精细的表面光洁度。因此，它们最适合用于精细和灵敏的精密量块。0.050212通过最精细的抛光、珩磨或超精加工产生最精细的表面光洁度。因此，它们最适合用于精细和灵敏的精密量块。0.1411使用研磨、抛光或珩磨提供的精细表面。制造商只有在有强制性设计要求的情况下才使用它。因此，它是量具和仪器工作中最好的面漆。0.2810通过研磨、抛光或珩磨产生的精细、高质量的表面光洁度。机械师在环和填料必须在表面晶粒上滑动时使用这种方法。0.4169通常使用金刚砂抛光、研磨或粗珩磨来生产高质量的表面。因此，在光滑度非常重要的情况下，这些饰面是很好的选择。0.8328高级机械抛光，需要严格控制。使用圆柱形、无心或平面磨床生产相对容易。对于不需要连续运动或大负载的产品也是优选的。1.6637良好的机器粗糙度/光洁度，在受控条件下生产。它还包括精细的进给和相对较高的速度。3.21256通常建议零件采用最粗糙的表面。它也用于承受振动、负载和高应力的零件。6.32505这种类型的表面光洁度来自表面研磨、圆盘研磨、铣削、钻孔等。因此，它们适用于有应力要求和设计许可的间隙表面。12.55004这些是粗糙的、低级的表面，由粗糙的进料和沉重的切割产生。而切削来自车削、铣削、圆盘磨削等。2510003锯切或粗锻产生的粗糙、低级表面。因此，这种表面适用于某些未加工的间隙区域。502000210040001

不同大小的Ra所对应的加工方法举例：

表面特征Ra数值加工方法举例明显可见刀痕Ra100，Ra50，Ra25粗车，粗刨，粗铣，钻孔微见刀痕Ra12.5，Ra6.3，Ra3.2精车，精刨，精铣，粗铰，粗磨看不见加工痕迹,微辩加工方向Ra1.6，Ra0.8，Ra0.4精车，精磨，精铰，研磨暗光泽面Ra0,2，Ra0,1，Ra0.05研磨，珩磨，超精磨，抛光

注意：由于Ra是一个算术平均值，相同的Ra存在不同的表面轮廓细节（如下图所示）：

相同Ra，但表面轮廓细节不同

因此，如需进一步表征表面轮廓细节，通常还需要约束其它参数。

（2）轮廓的均方根偏差（ ）：

定义：在一个取样长度内，纵坐标值 Z(x) 的均方根值。

计算公式： $Rq=\sqrt{\frac{1}{l}\int_{0}^{l} Z^{2}(x) dx}$

（因此， $Sq=\sqrt{\frac{1}{A}\int\int_a Z^{2}(x,y) dxdy}$ ，其中为取样面）

（3）轮廓的偏斜度（ Rsk ）：

定义：在一个取样长度内，纵坐标值 Z(x) 三次方的平均值分别与的三次方的比值。

计算公式： $Rsk= \frac{1}{ Rq^{3} } \sqrt{\frac{1}{lr}\int_{0}^{lr} Z^{3}(x) dx}$

（因此， $Ssk= \frac{1}{ Sq^{3} } \sqrt{\frac{1}{A}\int\int_A Z^{3}(x) dxdy}$ ，其中为取样面）

Rsk 是纵坐标值概率密度函数的不对称性的测定。

Rsk 受离散的峰或离散的谷的影响很大。

（4）轮廓的陡度（ Rku ）：

定义：在一个取样长度内，纵坐标值 Z(x) 四次方的平均值分别与的四次方的比值。

计算公式： $Rku= \frac{1}{ Rq^{4} } \sqrt{\frac{1}{lr}\int_{0}^{lr} Z^{4}(x) dx}$

Rku 是纵坐标值概率密度函数锐度的测定。

2.3 间距参数

（1）轮廓单元的平均宽度（ RSm ）

定义：在一个取样长度内，轮廓单元宽度的平均值。

轮廓单元的宽度

计算公式： $Rsm= \frac{1}{m} { \sum_{i=1}^{m}{Xs_i}}$

Rsm 需要辨别高度和间距，若未另外规定，省略标注的高度分辨力分别为的10%，省略标注的间距分辨力应为取样长度的1%。上述两个条件都应满足。

2.4 混合参数

（1）轮廓的均方根斜率（ $R\Delta q$ ）

定义：在取样长度内，纵坐标斜率 dZ/dX 的均方根值。

2.5 曲线相关参数

所有曲线和相关参数均依据评定长度而不是在取样长度上来定义，因为这样可提供更稳定的曲线和相关参数。

（1）轮廓的支承长度率（ Rmr(c) ）

定义：在给定水平位置上，轮廓的实体材料长度 Ml(c) 与评定长度的比率。

$Rmr(c)=\frac{Ml(c)}{ln}$

（2）轮廓的支承长度率曲线（ RSm ）

定义：表示轮廓支承率随水平位置而变的关系曲线。

注意：这个曲线可理解为在一个评定长度内，各个坐标值 Z(x) 采样累积的分布概率函数。

支承比率曲线

（3）轮廓的截面高度差（ $R\delta c$ ）

定义：给定支承率的两个水平截面之间的垂直距离。

计算公式： $R\delta c = C(Rmr1)-C(Rmr2)$ ， (Rmr1Rmr2)

（4）相对支承比率（ Rmr ）

定义：在一个轮廓水平截面 $R\delta c$ 确定的，与起始位置相关的支承比率。

轮廓水平截面的幅度差

计算公式： Rmr = Rmr(C1) ，其中 $C1=C0-R\delta c$ ， C0=C(Rmr0) 。

（5）轮廓幅度分布曲线

定义：在评定长度内纵坐标值 Z(x) 采样的概率密度函数。

幅度分布曲线

注意：有关轮廓幅度分布曲线的各个参数，见2.1节。

3. 影响因素

影响表面粗糙度最大的是在制造过程，取决于多种因素，一般包括：

进给量和速度（Feeds and speeds）机床状况（Machine tool condition）刀具路径参数（Toolpath parameters）切割宽度/跨度（Cut width/stepover）工具偏转（Tool deflection）切割深度（Cut depth）振动（Vibration）冷却液（Coolant）

在当今的制造业中，获得精确的表面粗糙度可能是昂贵且具有挑战性的，因此，需要最佳的表面精加工操作方法来在制造的零件上产生期望的表面粗糙度。

4. 优缺点

对于机械零件来说，粗糙的表面通常磨损得更快。摩擦水平高于光滑表面的摩擦水平，并且表面光滑度的不规则性易于产生成核位置（nucleation sites）。这些地方发生的断裂和腐蚀会导致材料容易磨损。

相反，有一定程度的粗糙度可以为所需的粘附提供空间。因此，你绝不能让表面达到光洁。

假设你认为表面处理对你的产品很重要，以上两点就是为你准备的。

5. 测量方法

测量表面粗糙度有不同的方法和设备，它们可分为两大类：

（1）接触式测量法

包括使用高分辨率探头的接触式轮廓仪测量表面。在这个过程中，你需要更多地考虑一个符合灵敏度的触针。传统数控机床（CNC）的触针可能不那么有效。如图所示，接触式测量法使用触针测量表面粗糙度。利用垂直于表面的移动触针。通过记录扫描测量得到的轮廓偏距数据来计算Ra。

（2）非接触式测量法

光学法：非接触式光学测量设备取代了接触式触针，不同仪器使用不同的测量原理。如：白光干涉仪（非接触式3D表面轮廓仪）、共聚焦显微镜等。

声学法：首先，所用的仪器会向被测表面发出超声波脉冲。然后，声波会被改变并反射回设备。通过评估反射波，以计算表面粗糙度。如：超声探伤仪等。

电感法：电感（inductance）法有助于使用磁性材料评估表面粗糙度。电感传感器使用电磁能量来测量到表面的距离。然后，通过测量的数据计算表面粗糙度。如：便携式表面粗糙度检测仪，电感测微仪等。

6. 新标的一些改变参数标注写法改变。新规中，粗糙度符号的书写是斜体，不再是下标，如：应写

，而不是

。代号改变。新规中，

即

，原

代号不再使用。

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