从量测仪器上 , 我们多可获得工件表面不规则状况的放大结果 , 而此一结果 常被称为 " 表面轮廓图 "(surface profile) 。当仪器的尖笔正沿着工件表面 进行扫描时 , 其垂直方向的运动乃可被放大而被绘制下来 , 且在同时 , 我们亦可直接自仪器上读出在该处工件表面上的表面粗度算术平均值究竟为多少。

        在 1930 年以前 ,这是要凭触觉来建立标准。检验时必须使用一系列 具有不同粗度的试片 , 工厂人员在使用这些试片时 ,先用他的手指甲划过标准的试片表面 , 然后再划过他制造出来之工件的表面 , 当感觉这两个表面具有相 同的粗度时 ,则工件表面便被认为足够光滑了。在表面密封、滚珠轴承、齿 轮、凸轮或轴颈等应用场合 , 表面光度对于设备的功能能否发挥影响很大 ,有人发现 , 设备的性能与对数的表面光度值成线性的变化关系。

         也就是说 , 要使 性能提高一倍时, 平均的波峰到波谷的粗度值必须减低十倍。于是乎 , 对表面 粗糙度量化的要求也就产生了。


图 1 表面轮廓包含了粗糙度曲线与波浪起伏的曲线

        表面轮廓断面曲线中 ,包含了粗糙度曲线与波浪起伏的曲线 ( 图 1), 一般 说来波浪起伏的曲线是属于轮廓量测的范围 , 其值远大于表面粗糙度之值 (有关轮廓量测请参阅第六章 ), 但也有将表面轮廓断面两种曲线分开或合并考虑 的作法 , 因此也就有了各种表面粗糙度之定义 , 如表1. 

        尽管各种表面粗糙度之定义有那么多 ,一般表面粗糙度之表示法只有下列 三种 :Ra( 中心线平均粗糙度 ) 、 Rymax( *大高度粗糙度 ) 、 Rtm (十点平均粗糙度 ), 现分述如下 :


图 2 中心线平均粗糙度之测量长度 L

1. Ra : 中心线平均粗糙度
         若从加工面之粗糙曲线上 ,截取一段测量长度 L( 图 2) , 并以该长度内 粗糙深之中心线为 x 轴 , 取中心线之垂直线为 y 轴 , 则粗糙曲线可用 y= f(x) 表之。以中心线为基准将下方曲线反折。然后计算中心线上方经反折后之全部曲 线所涵盖面积 , 再以测量长度除之。所得数值以μm 为单位 , 即为该加工面 测量长度范围内之中心线平均粗糙度值 , 其数学定义为：

中心线方向细分单位等间隔后取各分段点所对应之 hi 值 , 利用下式可 得到 Ra 的近似 : ( 图3)

图 3 测量长度范围内之中心线平均粗糙度值 Ra 的近似

         中心线在表面具有曲度或形状误差时 ,则成曲线 , 粗糙度沿此曲线量取。 测量长度限于量具大小而无法涵盖整个机件表面 , 因此 , 一次量取求得之 Ra只是表面某部分的中心线平均粗糙度 , 故应在被测物表面多选几个不同的位 置测量 , 将全部测得之 Ra取其算术平均值则为表面的中心线平均粗糙度。


图 4 *大高度粗操度

2. Rymax : *大高度粗糙度 ( 图 4)

           由表面曲线上截取基准长度 L 做为测量长度 , 如图所示 , 自该长度内曲线之 *高点与*低点 , 分别画出与曲线平均线平行之线时 ,该二线之间距即为*大 粗糙度 , 也就是测量长度内沿垂直方向量取*高点与*低点之距离。 Rymax 值以 μm 为单位 ,并在数值后加上小写字母 s 以区分 Rymax 值。若由粗糙曲 在线截取基准长度 L 做为测量长度 , 则量测之值亦称为*大高度粗糙度, 但符 号改为 Rt , 使用时须注意。


图 5 Rtm : 十点平均粗糙度

3. Rtm : 十点平均粗糙度 ( 图 5)
         由表面曲线上截取基准长度 L做为测量长度 , 求出第三高波峰与第三深波谷 , 分别画出二条并行线 , 两并行线间距即为十点平均粗糙度值 Rz 其值以 μm 为单位, 并在数值后加上小写字母 z 以区别另两种粗糙度。 三种粗糙度数值间之关系约为 :4 Ra ? Rymax ? Rt

中美表面粗糙度对照表