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表面粗糙度理論與標準的發展
日期：2025-09-05 02:57
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摘要：
1.發展介紹
表面粗糙度標準的提出和發展與工業生產技術的發展密切相關，它經歷了由定性評定到定量評定兩個階段。表面粗糙度對機器零件表面性能的影響從1918年開始首先受到注意，在飛機和飛機發動機設計中，由于要求用*少材料達到**的強度，人們開始對加工表面的刀痕和刮痕對疲勞強度的影響加以研究。但由于測量困難，當時沒有定量數值上的評定要求，只是根據目測感覺來確定。在20世紀20～30年代，世界上很多工業國家廣泛采用三角符號(??)的組合來表示不同精度的加工表面。
為研究表面粗糙度對零件性能的影響和度量表面微觀不平度的需要，從20年代末到30年代，德國、美國和英國等國的一些專家設計制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時也產生出了光切式顯微鏡和干涉顯微鏡等用光學方法來測量表面微觀不平度的儀器，給從數值上定量評定表面粗糙度創造了條件。從30年代起，已對表面粗糙度定量評定參數進行了研究，如美國的Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂的深度和支承長度率曲線來表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz論述表面粗糙度的專著，對表面粗糙度的評定參數和數值的標準化提出了建議。但粗糙度評定參數及其數值的使用，真正成為一個被廣泛接受的標準還是從40年代各國相應的 國家標準發布以后開始的。
首先是美國在1940年發布了ASAB46.1國家標準，之后又經過幾次修訂，成為現行標準ANSI/ASME B46.1-1988《表面結構表面粗糙度、表面波紋度和加工紋理》，該標準采用中線制，并將Ra作為主參數；接著前蘇聯在1945年發布了GOCT2789-1945《表面光潔度、表面微觀幾何形狀、分級和表示法》國家標準，而后經過了3次修訂成為GOCT2789-1973《表面粗糙度參數和特征》，該標準也采用中線制，并規定了包括輪廓均方根偏差即現在的Rq)在內的6個評定參數及其相應的參數值。另外，其它工業發達國家的標準大多是在50年代制定的，如聯邦德國在1952年2月發布了DIN4760和DIN4762有關表面粗糙度的評定參數和術語等方面的標準等。
2.表面粗糙度標準中的基本參數定義
隨著工業的發展和對外開放與技術合作的需要，我國對表面粗糙度的研究和標準化愈來愈被科技和工業界所重視，為迅速改變國內表面粗糙度方面的術語和概念不統一的局面，并達到與國際統一的作用，我國等效采用國際標準化組織(ISO)有關的國際標準制訂了GB3505-1983《表面粗糙度術語表面及其參數》。GB3505專門對有關表面粗糙度的表面及其參數等術語作了規定，其中有三個部分共27個參數術語： a.與微觀不平度高度特性有關的表面粗糙度參數術語。其中定義的常用術語為：輪廓算術平均偏差Ra、輪廓均方根偏差Rq、輪廓**高度Ry和微觀不平度十點高度Rz等11個參數。
b. 與微觀不平度間距特性有關的表面粗糙度參數術語。其中有輪廓微觀不平度的平均間距Sm、輪廓峰密度D、輪廓均方根波長lq以及輪廓的單峰平均間距S等共9個參數。
c. 與微觀不平度形狀特性有關的表面粗糙度參數術語。這其中有輪廓偏斜度Sk、 輪廓均方根斜率Dq和輪廓支承長度率tp等共5個
3.精密加工表面性能評價的內容及其迫切性
表面粗糙度參數這一概念開始提出時就是為了研究零件表面和其性能之間的關系，實現對表面形貌準確的量化的描述。隨著加工精度要求的提高以及對具有特殊功能零件表面的加工需求， 提出了表面粗糙度評價參數的定量計算方法和數值規定，同時這也推動了國家標準及國際標準的形成和發展。 4.表面粗糙度理論的新進展表面形貌評定的核心在于特征信號的無失真提取和對使用性能的量化評定，國內外學者在這一方面做了大量工作，提出了許多分離與重構方法。隨著當今微機處理技術、集成電路技術、機電一體化技術等的發展，出現了用分形法、Motif法、功能參數集法、時間序列技術分析法、*小二乘多項式擬合法、濾波法等各種評定理論與方法，取得了顯著進展，下面對相對而言比較成熟的分形法、 Motif法、特定功能參數集法進行介紹。
表面粗糙度標準的提出和發展與工業生產技術的發展密切相關，它經歷了由定性評定到定量評定兩個階段。表面粗糙度對機器零件表面性能的影響從1918年開始首先受到注意，在飛機和飛機發動機設計中，由于要求用*少材料達到**的強度，人們開始對加工表面的刀痕和刮痕對疲勞強度的影響加以研究。但由于測量困難，當時沒有定量數值上的評定要求，只是根據目測感覺來確定。在20世紀20～30年代，世界上很多工業國家廣泛采用三角符號(??)的組合來表示不同精度的加工表面。
為研究表面粗糙度對零件性能的影響和度量表面微觀不平度的需要，從20年代末到30年代，德國、美國和英國等國的一些專家設計制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時也產生出了光切式顯微鏡和干涉顯微鏡等用光學方法來測量表面微觀不平度的儀器，給從數值上定量評定表面粗糙度創造了條件。從30年代起，已對表面粗糙度定量評定參數進行了研究，如美國的Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂的深度和支承長度率曲線來表征表面粗糙度。1936年出版了Schmaltz論述表面粗糙度的專著，對表面粗糙度的評定參數和數值的標準化提出了建議。但粗糙度評定參數及其數值的使用，真正成為一個被廣泛接受的標準還是從40年代各國相應的 國家標準發布以后開始的。
首先是美國在1940年發布了ASAB46.1國家標準，之后又經過幾次修訂，成為現行標準ANSI/ASME B46.1-1988《表面結構表面粗糙度、表面波紋度和加工紋理》，該標準采用中線制，并將Ra作為主參數；接著前蘇聯在1945年發布了GOCT2789-1945《表面光潔度、表面微觀幾何形狀、分級和表示法》國家標準，而后經過了3次修訂成為GOCT2789-1973《表面粗糙度參數和特征》，該標準也采用中線制，并規定了包括輪廓均方根偏差即現在的Rq)在內的6個評定參數及其相應的參數值。另外，其它工業發達國家的標準大多是在50年代制定的，如聯邦德國在1952年2月發布了DIN4760和DIN4762有關表面粗糙度的評定參數和術語等方面的標準等。
2.表面粗糙度標準中的基本參數定義
隨著工業的發展和對外開放與技術合作的需要，我國對表面粗糙度的研究和標準化愈來愈被科技和工業界所重視，為迅速改變國內表面粗糙度方面的術語和概念不統一的局面，并達到與國際統一的作用，我國等效采用國際標準化組織(ISO)有關的國際標準制訂了GB3505-1983《表面粗糙度術語表面及其參數》。GB3505專門對有關表面粗糙度的表面及其參數等術語作了規定，其中有三個部分共27個參數術語： a.與微觀不平度高度特性有關的表面粗糙度參數術語。其中定義的常用術語為：輪廓算術平均偏差Ra、輪廓均方根偏差Rq、輪廓**高度Ry和微觀不平度十點高度Rz等11個參數。
b. 與微觀不平度間距特性有關的表面粗糙度參數術語。其中有輪廓微觀不平度的平均間距Sm、輪廓峰密度D、輪廓均方根波長lq以及輪廓的單峰平均間距S等共9個參數。
c. 與微觀不平度形狀特性有關的表面粗糙度參數術語。這其中有輪廓偏斜度Sk、 輪廓均方根斜率Dq和輪廓支承長度率tp等共5個
3.精密加工表面性能評價的內容及其迫切性
表面粗糙度參數這一概念開始提出時就是為了研究零件表面和其性能之間的關系，實現對表面形貌準確的量化的描述。隨著加工精度要求的提高以及對具有特殊功能零件表面的加工需求， 提出了表面粗糙度評價參數的定量計算方法和數值規定，同時這也推動了國家標準及國際標準的形成和發展。 4.表面粗糙度理論的新進展表面形貌評定的核心在于特征信號的無失真提取和對使用性能的量化評定，國內外學者在這一方面做了大量工作，提出了許多分離與重構方法。隨著當今微機處理技術、集成電路技術、機電一體化技術等的發展，出現了用分形法、Motif法、功能參數集法、時間序列技術分析法、*小二乘多項式擬合法、濾波法等各種評定理論與方法，取得了顯著進展，下面對相對而言比較成熟的分形法、 Motif法、特定功能參數集法進行介紹。
