取样长度、评定长度在粗糙度测量中的应用

表面粗糙度值，通常采用光切显微镜、干涉显微镜及轮廓仪(计)测量。取样长度与评定长度的合理选用对粗糙度值的评定起着重要作用。然而在仪器使用中，常常未按标准规定实现取样长度与评定长度的选用，影响了测量结果的准确度。因此寻求一个取样长度、评定长度在仪器测量中正确的实施途径，尤为必要。

1 取样长度与评定长度的选取

GB1031—83《表面粗糙度 参数及其数值》给出了取样长度数值(表1)，公比为10½。标准规定取样长度值应从该系列值中选取。

规定和选择取样长度，是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响，使得到的粗糙度值正确反映表面的粗糙度特性。一般情况下，可根据表面加工方法和粗糙度参数值大小选用。GB1031—83附录B规定了取样长度推荐值(表2)。

表1 取样长度的数值(mm)

0.08

0.25

0.8

2.5

8

25

表2 Ra、Rz、Ry的取样长度l与评定长度ln选用值

Ra(µm)	Rz,Ry(µm)	l(mm)	ln=5l(mm)
≥0.008～0.02 ＞0.02～0.1 ＞0.1～2.0 ＞2.0～10.0 ＞10.0～80.0	≥0.025～0.10 ＞0.10～0.50 ＞0.50～10.0 ＞10.0～50.0 ＞50.0～320	0.08 0.25 0.8 2.5 8.0	0.4 1.25 4.0 12.5 40.0

标准规定，评定粗糙度时必须取一段能反映加工表面粗糙度特性的最小长度，它包含一个或数个取样长度，这几个取样长度的总和称为评定长度。

评定长度值根据表面加工方法和相应取样长度按GB1031—83附录B选用。一般加工表面选取评定长度为5个连续的取样长度(表2)。加工均匀性较好的表面，可选用小于5个取样长度的评定长度；均匀性较差的表面，可选用大于5个取样长度的评定长度。若图样上或技术文件中已标明评定长度值，则应按图样或技术文件中的规定执行。

所谓“加工表面均匀性”是指加工后表面各部位粗糙度数值一致的程度。如果在一个加工表面上按取样长度连续测量几段所得粗糙度值一样，说明加工表面均匀；反之粗糙度值不一样，有时甚至相差很大，则表明加工表面不均匀。

任何表面的粗糙度都是由一系列不同高度和间距的峰谷组合而成，这些峰谷反映了加工表面微观几何形特性。从外观上或感觉上这种特性通常总带有表面加工过程中所用加工方法的特征。
车、铣、刨削加工表面往往带有均匀的间距和清晰的刀具痕迹方向，其纹理具有明显的规律性，它所形成的是一个典型的周期轮廓(有时也叠加有不同程度的随机成分)有明显的周期，这一周期反映了进给量是均匀相等的，加工表面均匀性好。

磨削加工表面虽有一般的方向性，但是间距通常是不规则的，纹理没有明显的规律。研磨加工表面是通过磨料的往复作用所产生的表面，往往没有什么方向性。磨削、研磨分别用砂轮和磨料进行切削抛光，使表面光滑平整。但由于砂轮的磨粒大小、磨料颗粒尺寸形状不规则，切削力不等，使加工表面形成随机轮廓，虽有周期成分，但随机成分是主要的，表面均匀性差。

因此，加工表面的粗糙度是加工过程中多种因素(机床—刀具—工件系统、加工方法、切削用量、冷却润滑液)共同作用的结果。这些因素的作用过程相当复杂，而且是不断变化的。所以用不同加工方法或在同样加工方法、同样切削条件下切削出来的同一批零件，不同表面不同部位其粗糙度值也不完全相同。根据每一种加工方法具有的独特表面特征，表3列出了各种典型方法选用的取样长度和评定长度经验值。

表3 常用加工方法取样长度、评定长度经验值(mm)

表面轮廓的特点	取样长度l	评定长度ln
		GB1031推荐值	经验数值	美国标准ASA B46.1	英国标准BS1134
比较规则和均匀 (如车、铣、刨)	2.5	(1～3)l	2l	(5～20)l	＞5l
不很规则和均匀 (如精车、磨、端铣)	0.8	(2～6)l	(3～4)l (3～6)l
很不规则和均匀 (如精车、研磨、抛光)	0.25	(6～17)l	(6～7)l
极不规则和均匀 (如细研、细抛光)	0.08	—	(8～10)l (10～12)l
注： 均匀性较好的表面，评定长度可选表中所列范围中较小值，反之取较大值。 加工表面不均匀时，应在表面上至少3个不同位置上测量，每个位置测量一个评定长度(包括数个取样长度)的粗糙度。 美国国家标准ASAB46.1《表面粗糙度、波纹度和加工纹理》始于1940年。1947年，1955年，1962年三次修订成ASA B46.1.1962，1971年重新肯定了1962年标准。表中给出的美国标准为ASA B46.1.1962，1978年又修订成现行的ANSI B46.1.1978《表面结构表面粗糙度、波纹度和加工纹理》。 英国的第一个国家标准是1950年发布的BS1134：1950《表面结构的评定》。表中给出的是英国标准BS1134：1961《表面结构的评定》，1978年修订成BS1134：1972《表面结构的评定方法》。 取样长度的系列各国规定基本相同。各国都采用0.08、0.25、0.8、2.5、8和25mm6档。英国和美国标准规定了将0.8mm作为优先采用的取样长度。 评定长度的控制，在英国和美国标准中有截止值和行程长度间相应值的规定。

2 取样长度与评定长度在测量仪器中的实施

轮廓仪(计)利用滤波器抑制波纹度的影响来实现取样长度的选择。通常滤波器特性在截止波长处急剧变化，轮廓谱通过滤波后使间距小于截止波长的粗糙度都无变化地通过，而间距大于截止波长的粗糙度却被完全抑制。

截止波长是轮廓谱中数值上等于取样长度的一个正弦波的波长，习惯上也叫做切除长度，通常叫截止值。所以仪器的截止值就相当于测量时的取样长度。

截止值与取样长度的区别是，截止值是一种手段，利用它可使获得的轮廓波形限制在取样长度内进行评定的效果。而取样长度是用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度，它可使表面粗糙度参数值从波度和波距大于其值的不平度中区分开来。