表面粗糙度的检测程序
检测表面粗糙度的常用方法
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同轴度测量方法 方法一：用两个相同的刃口状V 形块支承基准部位，然后用打表法测量被测部位。 1、测量器具准备：百分表、表座、表架、刃口状V 形块、平板、被测件、全棉布数块、防锈油等。 2、测量步骤 1）将准备好的刃口状V 形块放置在平板上，并调整水平。 2）将被测零件基准轮廓要素的中截面（两端圆柱的中间位置）放置在两个等高的刃口状V 形块上，基准轴线由V 形块模拟，如下图所示。 同轴度测量方法示意图 3）安装好百分表、表座、表架，调节百分表，使测头与工件被测外表面接触，并有1～2圈的压缩量。 4）缓慢而均匀地转动工件一周，并观察百分表指针的波动，取最大读数Mmax 与最小读数Mmin 的差值之半，作为该截面的同轴度误差。 5）转动被测零件，按上述方法测量四个不同截面（截面A 、B、C、D），取各截面测得的最大读数Mimax 与最小读数Mimin 差值之半中的最大值（绝对值）作为该零件的同轴度误差。 6）完成检测报告，整理实验器具。 3、数据处理 1）先计算出单个测量截面上的同轴度误差值，即Δ = （Mmax －Mmin ）/2。 2）取各截面上测得的同轴度误差值中的最大值，作为该零件的同轴度误差。 4、检测报告 按步骤完成测量并将被测件的相关信息及测量结果填入检测报告单中,并检验零件的行为误差是否合格。 方法二：利用数据采集仪连接百分表测量法[1] 1、测量仪器：偏摆仪、百分表、数据采集仪 2、测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据的最大值跟最小值，然后由数据采集仪软件里的计算软件自动计算出所测产品的圆度误差，最后数据采集仪会自动判断所测零件的同轴度误差是否在同轴度范围内，如果所测同轴度误差大于同轴度公差值，采集仪会自动发出报警功能，提醒相关操作人员该产品不合格。测量效果示意图： 数据采集仪连接百分表测量同轴度误差示意图 优势：1）无需人工用肉眼去读数，可以减少由于人工读数产生的误差； 2）无需人工去处理数据，数据采集仪会自动计算出同轴度误差值。 3）测量结果报警，一旦测量结果不在同轴度公差带时，数据采集仪就会自动报警。
ID加工方法表面粗糙度Ra(μm)ID加工方法表面粗糙度Ra(μm) 1自动气割、带锯或圆盘锯割断50～12.526锪倒角（孔的） 3.2～1.6 2切断（车）50～12.527带导向的锪平面 6.3～3.2 3切断（铣）25～12.528镗孔（粗镗）12.5～6.3 4切断（砂轮） 3.2～1.629镗孔（半精镗金属） 6.3～3.2 5车削外圆（粗车）12.5～3.230镗孔（半精镗非金属） 6.3～1.6 6车削外圆（半精车金属） 6.3～3.231镗孔（精密镗或金刚石镗金属）0.8～0.2 7车削外圆（半精车非金属） 3.2～1.632镗孔（精密镗或金刚石镗非金属）0.4～0.2 8车削外圆（精车金属） 3.2～0.833高速镗0.8～0.2 9车削外圆（精车非金属） 1.6～0.434铰孔（半精铰一次铰）钢 6.3～3.2 10车削外圆（精密车或金刚石车金属）0.8～0.235铰孔（半精铰一次铰）黄铜 6.3～1.6 11车削外圆（精密车或金刚石车非金属）0.4～0.136铰孔（半精铰二次铰）铸铁 3.2～0.8 12车削端面（粗车）12.5～6.337铰孔（半精铰二次铰）钢、轻合金 1.6～0.8 13车削端面（半精车金属） 6.3～3.238铰孔（半精铰二次铰）黄铜、青铜0.8～0.4 14车削端面（半精车非金属） 6.3～1.639铰孔（精密铰）钢0.8～0.2 15车削端面（精车金属） 6.3～1.640铰孔（精密铰）轻合金0.8～0.4 16车削端面（精车非金属 6.3～1.641铰孔（精密铰）黄铜、青铜0.2～0.1 17车削端面（精密车金属）0.8～0.442圆柱铣刀铣削（粗）12.5～3.2 18车削端面（精密车非金属）0.8～0.243圆柱铣刀铣削（精） 3.2～0.8 19切槽（一次行程）12.544圆柱铣刀铣削（精密）0.8～0.4 20切槽（二次行程） 6.3～3.245端铣刀铣削（粗）12.5～3.2 21高速车削0.8～0.246端铣刀铣削（精） 3.2～0.4 22钻（≤φ15mm） 6.3～3.247端铣刀铣削（精密）0.8～0.2 23钻（＞φ15mm）25～6.348高速铣削（粗） 1.6～0.8 24扩孔、粗（有表皮）12.5～6.349高速铣削（精）0.4～0.2 25扩孔、精 6.3～1.650刨削（粗）12.5～6.3
第五章表面粗糙度及其检测 学时：4 课次：2 目的要求： 1．了解表面粗糙度的实质及对零件使用性能的影响。 2．掌握表面粗糙度的评定参数（重点是轮廓的幅度参数）的含义及应用场合。 3．掌握表面粗糙度的标注方法。 4．初步掌握表面粗糙度的选用方法。 5．了解表面粗糙度的测量方法的原理。 重点内容： 1．表面粗糙度的定义及对零件使用性能的影响。 2．表面粗糙度的评定参数（重点是轮廓的幅度参数）的含义及应用场合。 3．表面粗糙度的标注方法。 4．表面粗糙度的选用方法。 5．表面粗糙度的测量方法 难点内容： 表面粗糙度的选用方法。 教学方法：讲+实验 教学内容：（祥见教案） 一、基本概念 1．零件表面的几何形状误差分为三类： （1）表面粗糙度：零件表面峰谷波距<1mm。属微观误差。 （2）表面波纹度：零件表面峰谷波距在1~10mm。 （3）形状公差：零件表面峰谷波距>10mm。属宏观误差。 图5-1 零件的截面轮廓形状 2．表面粗糙度对零件质量的影响： （1）影响零件的耐磨性、强度和抗腐蚀性等。 （2）影响零件的配合稳定性。 （3）影响零件的接触刚度、密封性、产品外观及表面反射能力等。 二．表面粗糙度的基本术语
1、取样长度lr ： 取样长度是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：取样长度范围内至少包含五个以上的轮廓峰和谷如图5-2所示。 图5-2 取样长度、评定长度和轮廓中线 1．评定长度ln ： 评定长度是指评定表面粗糙度所需的一段长度。 规定：国家标准推荐ln = 5lr ，对均匀性好的表面，可选ln > 5lr, 对均匀性较差的表面，可选ln < 5lr 。 2．中线： 中线是指用以评定表面粗糙度参数的一条基准线。有以列两种： （1）轮廓的最小二乘中线 在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标值Z （x ）的平方和 为最小，如图5-2 a 所示。 （2）轮廓的算术平均中线 在取样长度内，将实际轮廓划分为上下两部分，且使上下面 积相等的直线。如图5-2 b 所示。 三．表面粗糙度的评定参数 国家标准GB/T3505—2000规定的评定表面粗糙度的参数有：幅度参数2个，间距参数1个，曲线和相关参数1个，其中幅度参数是主要的。 1、轮廓的幅度参数 （1） 轮廓的算术平均偏差Ra 在一个取样长度内，纵坐标Z （x ）绝对值的算术平均值，如图5-3a 所示。 Ra 的数学表达式为： Ra = lr 1 lr x Z 0）（dx 测得的Ra 值越大，则表面越粗糙。一般用电动轮廓仪进行测量。
蔡司全自动清洁度分析仪（Particle Analyzer） 总体描述： 零部件表面的洁净度对于零部件工作的可靠性和持久性有着非常重要的影响。零部件表面的污染物多为切屑、毛刺、铸沙、焊渣、磨料等固体颗粒。这些污染物会加速零件的磨损，会堵塞元件的节流孔使元件失去调节功能，会进入滑阀间隙使阀芯卡死，会拉伤油缸内表面使泄漏增加或使输出力减小，会损坏泵的配油盘使泵烧伤或研死……。这些情况的出现最终将系统功能丧失或彻底瘫痪。因此，必须从每个环节的每一个细节入手来防止和减小污染物的产生，才可能保证安装后的系统能够安全可靠的运行。 蔡司最新推出的Particle Analyzer的出现将工业清洁度控制过程提升到了全新的高度。Particle Analyzer清洁度分析仪采用全自动分析方式将过滤膜上的污染颗粒进行快速成像，无需多重图像分析即可实现将颗粒尺寸大小、形貌分析一步完成，在实现快速对污染物等级的快速评定同时还可以对污染物来源进行分析。Particle Analyzer全自动清洁度分析仪已经成为零部件表面清洁度分析和污染物控制的首选。
产品特点： 1、适合精密清洗定量化的清洁度检测，尤其使用于检测微小颗粒和带色杂质颗粒 2、对整个过滤膜上的颗粒进行分析，因此分析的准确性和可靠性更高。 3、采用全自动分析方式，因此分析效率更高，同时软件符合国家、国际标准等多国标准（ISO4406、ISO4407、IOS16232、NAS1638、ASTMD4378-03、VDA19）。标准可自行添加。 产品应用： 对于许多行业，清洁度控制都非常重要。同汽车行业一样，这些行业也常发生很多使产品寿命和可靠性降低的质量问题，其中主要症结都在于零件加工过程中清洗不净，整机装配时又混入不少杂质和尘埃。因此要确保产品的质量和可靠性，它们也必须要求严格清洁的零件。这些行业包括：汽车零部件、轴承、发动机、汽轮机、航空、半导体、数据存储、医疗设备、通讯、精密仪表，大型工矿设备的磨损监测等。
品制产 总体 响。污染阀间配油必须后的 全新的污析一分析和污蔡司品牌：卡尔制造商：德产地：德国体描述： 零部件表零部件表染物会加速间隙使阀芯油盘使泵烧须从每个环的系统能够 蔡司最新新的高度。污染颗粒进一步完成，在析。Partic 污染物控制司全自动清尔·蔡司 德国卡尔蔡司国 表面的洁净度面的污染物速零件的磨损芯卡死，会拉烧伤或研死。环节的每一个够安全可靠的新推出的Par Particle A 进行快速成像在实现快速cle Analyz 制的首选。 清洁度分司公司 度对于零部物多为切屑损，会堵塞元拉伤油缸内表这些情况的个细节入手的运行。 rticle Ana Analyzer 清像，无需多重速对污染物等er 全自动清分析仪（P 型号：P 经销商联系方式部件工作的可、毛刺、铸元件的节流表面使泄漏的出现最终手来防止和减alyzer 的出清洁度分析重图像分析等级的快速清洁度分析Particle Particle A ：北京普瑞式：800-89可靠性和持铸沙、焊渣、流孔使元件漏增加或使输终将系统功能减小污染物出现将工业清析仪采用全自析即可实现将速评定同时还析仪已经成为Analyze Analyzer 瑞赛司仪器有90-0660 持久性有着非、磨料等固失去调节功输出力减小能丧失或彻物的产生，才清洁度控制自动分析方将颗粒尺寸还可以对污为零部件表er） 有限公司 非常重要的固体颗粒。这功能，会进入小，会损坏泵彻底瘫痪。因才可能保证安制过程提升到方式将过滤膜寸大小、形貌污染物来源进表面清洁度分 的影这些入滑泵的因此，安装到了膜上貌分进行分析
产品1、粒 2、3、多国标准产品对于多使洗不它们汽轮 的磨品特点： 适合精密清对整个过滤采用全自动国标准（IS 准可自行添品应用： 于许多行业使产品寿命不净，整机们也必须要轮机、航空 磨损监测等清洗定量化滤膜上的颗动分析方式SO4406、IS 添加。 业，清洁度控命和可靠性降机装配时又混要求严格清洁、半导体、 等。 化的清洁度检颗粒进行分析式，因此分析SO4407、IO 控制都非常降低的质量混入不少杂洁的零件。 数据存储检测，尤其析，因此分析效率更高OS16232、N 重要。同汽量问题，其中杂质和尘埃。这些行业包 、医疗设备其使用于检测分析的准确性高，同时软件NAS1638、A 汽车行业一样中主要症结都。因此要确包括：汽车 备、通讯、精 测微小颗粒性和可靠性件符合国家ASTMD4378-样，这些行都在于零件确保产品的质车零部件、轴 精密仪表，粒和带色杂质性更高。 家、国际标准-03、VDA19行业也常发生件加工过程中质量和可靠轴承、发动大型工矿设 质颗准等9）。生很中清靠性，动机、设备
表面清洁度检测 方法 金属表面镀层和有机涂层都应满足涂(镀)层致密、均匀一致、与基体结合牢固的要求。而涂(镀)层中出现诸如涂(镀)层脱落、鼓泡或发花以及局部无涂覆层等，多数情况下都是由于金属涂(镀)前表面不洁净所致。与有机溶剂涂料相比，以水为溶剂的金属表面涂覆处理，如电镀、阳极氧化、磷化以及水性涂料涂装等对金属表面的有机物污染更为敏感，即使是单分子层的污染物，都可能导致整个工艺的失败。因此，材料表面涂(镀)前处理后的清洁度至关重要，本文就各种检验金属表面清洁度的方法做一总结。 1目测与光学法 光亮金属表面上的油污可用肉眼和借助放大镜或光学显微镜进行观察。其缺点是金属表面的钝态氧化膜及极薄的油污会检查不到。对粗糙及不光亮的金属表面，上述方法就显得无能为力，但可通过用干净、洁白的棉花、布、纸对表面擦拭，然后观察其是否干净，以确定金属表面是否洁净。 2表面张力法 根据表面油污对其表面能的影响，通过金属在一系列表面张力不同的试液中是否浸润以确定其表面能，据此判断其表面的干净程度。如配成从80%乙酸20%水)(V/V，下同)到1%乙醇99%水的系列溶液，其表面张力相应地从24.5×1 0-5 N/cm增加到66.0×10-5 N/cm。 3油漆法 将除油剂滴在金属表面上，然后蒸干，如无痕迹，表面金属表面是洁净的，如出现圆环则表明有油污存在。
4润湿法 干净的金属表面是亲水的，因此，可以完全被水润湿，当金属表面含有油污时，会出现不被水浸润的断水区域。基于是否亲水这一原理，除了最简单常用的呼气法和雾化器喷雾法外，还有以下几种检测手段。由于金属的氧化膜也是亲水的，因此，这类方法大多不能检测出金属表面的氧化膜是否退净。 4.1喷射图案法 用喷枪将含有0.1%染料的蒸馏水喷于已浸湿的金属表面，观察喷射面的图案。有油污的地方，因不被水浸润不会显示染料色。喷枪的操作条件是：空气压力5.9×10-4～9.8×10-4 Pa，距离60 cm，时间30～50 s。 4.2断水法 将试样浸入水中，然后移出水面，倾斜45°观察表面是否有挂水珠或无水的区域，如有，表明金属表面有油污存在。 4.3汞滴法 本法特别适合检查金属表面的油污和氧化膜。当汞滴滴在金属表面上，它会在干净的地方展开，而在氧化膜与油污处形成一个小球。汞有剧毒，应慎用。 5滑石粉法 把金属试样垂直地放入表面洒有滑石粉的水中，然后垂直地提出，可以看到，洁净的表面会均匀地粘有滑石粉，而有油污的地方则无滑石粉。 6铜置换法 对黑色金属，把其浸于63 g/L CuSO4·H2O和17 g/L H2SO4中，静置10 s取出，在蒸馏水中搅动15 s，用洗瓶冲洗，烘干。在干净的金属表面，因F
表面粗糙度的测量方法 众所周知，表面粗糙度表征了机械零件表面的微观几何形状误差。对粗糙度的评定，主要分为定性和定量两种评定方法，所谓定性评定就是将待测表面和已知的表面粗糙度比较样块相互比较，通过目测或者借助于显微镜来判别其等级；而定量评定则是通过某些测量方法和相应的仪器，测出被测表面的粗糙度的主要参数，这些参数是Ra，Rq，Rz，Ry ； 他们代表的意义是：Ra 是轮廓的算术平均偏差，即在取样长度内被测轮廓偏距绝对值之和的算术平均值。 Rq 是轮廓的均方根偏差：在取样长度内轮廓偏距的均方根值。 Rz 是微观不平度的10点高度：在取样长度内5个最大的轮廓峰高与5个最大的轮廓谷深的平均值之和。 Ry 是轮廓的最大高度：在取样长度内轮廓的峰顶线与轮廓谷底线中线的最大距离。 目前常用的表面粗糙度测量方法主要有样板比较法，光切法，干涉法，触针法等。 1. 比较法它是在工厂里常用的方法，用眼睛或放大镜，对被测表面与粗糙度样板比较，或用手摸靠感觉来判断表面粗糙度的情况；这种方法不够准确，凭经验因素较大，只能对粗糙度参数值较大情况，给个大概范围的判断。 2. 光切法它是利用光切原理来测量表面粗糙度的方法。在实验室中用光切显微镜或者双管显微镜就可实现测量，它的测量准确度较高，但它是与对Rz，Ry 以及较为规则的表面测量，不适用于对测量粗糙度较高的表面及不规则表面的测量。 3. 干涉法它是利用光学干涉原理测量表面粗糙度的一种方法。这种方法要找出干涉条纹，找出相邻干涉带距离和干涉带的弯曲高度，就可测出微观不平度的实际高度；这种方法调整仪器比较麻烦，不太方便，其准确度和光切显微镜差不多；
4. 触针法它是利用仪器的测针与被测表面相接触，并使测针沿其表面轻滑过测量表面粗糙度的测量方法。采用这种方法的仪器最广泛的就是电动轮廓仪，它的特点是：显示数值直观，可测量许多形状的被测表面，如轴类，孔类，锥体，球类，沟槽类工件，测量时间少，方便快捷。 它可分为便携式和台式电动轮廓仪，便携式仪器可在现场进行测量，携带方便；带记录仪的电动轮廓仪，可绘制出表面的轮廓曲线，带微机的轮廓仪可显示轮廓的形状情况，并有打印机打印出数据和表面的轮廓线，便于分析和比较。它的测量范围较大：Ra 值一般在0.02—50μm 。 这里我们对电动轮廓仪的原理和仪器常见的故障排除方法进行讨论； 电动轮廓仪的工作原理采用的是触针法。仪器利用驱动箱拖动电感传感器在工件表面上以一定的速度滑行，电感传感器触针随同被测表面轮廓的峰谷起伏，产生上下位移，这个线值位移量引起传感器内测量桥路两臂中电感量的变化，从而使得电桥输出与触针位移成比例的条幅信号，这个微弱的电信号经过电子装置放大整流后，成了代表工件截面轮廓的信号。 将它输入记录仪，就得到了截面轮廓的放大图；或者把信号通过适当的环节进行滤波和计算后，由电表直接读出Ra 参数评定的表面粗糙度的值。 电动轮廓仪由底座，驱动箱，传感器，控制器，放大器或电子装置，记录仪等附件组成。 使用电动轮廓仪测量前，要对仪器预热，对一般测量件，预热5分钟左右；对精密件，预热约20-30分钟。对于不同形状的工件表面，选用不同的测量附件，例如对平和外圆柱表面，采用基本传感器，控制器，V型块和合适的滑块，并选好合适的行程长度，截止转换开关位置等。对于阶梯表面的测量，选用凹坑传感器；滑块选用凹坑专用滑块；对于曲轴表面的测量，选用传感器和控制器是基本的；滑块用直角附件中的专用滑块；这里不一一列举了。 在掌握了它的测量方法的同时，对该仪器设备的维护也是非常重要的，对底座上的立柱位置，驱动箱，传感器，控制器，放大器电子装置的相关位置定期检查，对仪器出现的常见故障也能够排除；常见的故障如下：
测量同轴度误差的方法
一、同轴度 同轴度用于控制轴类零件的被测轴线对基准轴线的同轴度误差。 二、同轴度公差带 同轴度公差带是直径为公差值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。如下图所示。?d孔轴线必须位于直径为公差值0.1mm，且与基准轴线同轴的圆柱面内。 三、任务：测量联动轴零件的同轴度误差 任务分析：被测项目是被测要素为大圆柱面的轴线，基准要素为两端小圆柱面的公共轴线。
含义：大圆柱面的轴线必须位于直径为公差值Φt（Φ0.08mm）的圆柱面内，此圆柱面的轴线与公共基准轴线A‐B（即 两个小圆柱面的公共轴线）重合。 根据含义可知，我们选择测量方法有两种。 四、测量方法 方法一： 用两个相同的刃口状 V 形块支承基准部位，然后用打表法测量被测部位。 1、测量器具准备 百分表、表座、表架、刃口状 V 形块、平板、被测件、全棉布数块、防锈油等。 2、测量步骤 1）将准备好的刃口状 V 形块放置在平板上，并调整水平。 2）将被测零件基准轮廓要素的中截面（两端圆柱的中间位置）放置在两个等高的刃口状 V 形块上，基准轴线由 V 形块模拟，如图 3-77 所示。
3）安装好百分表、表座、表架，调节百分表，使测头与工件被测外表面接触，并有１～２圈的压缩量。 4）缓慢而均匀地转动工件一周，并观察百分表指针的波动，取最大读数Mmax 与最小读数 Mmin 的差值之半，作为该截面的同轴度误差。 5）转动被测零件，按上述方法测量四个不同截面（截面 A 、B、C、D），取各截面测得的最大读数 Mimax 与最小读数 Mimin 差值之半中的最大值（绝对值）作为该零件的同轴度误差。 6）完成检测报告，整理实验器具。 3、数据处理 1）先计算出单个测量截面上的同轴度误差值，即Δ＝（Mmax － Mmin ）/2。 2）取各截面上测得的同轴度误差值中的最大值，作为该零件的同轴度误差。 4、检测报告 按步骤完成测量并将被测件的相关信息及测量结果填入检测报告单中,并 检验零件的行为误差是否合格。 方法二： 直接利用数据采集仪连接百分表实现高效测量 1、测量仪器：偏摆仪、百分表、太友科技QSmart 数据采集仪。 2、测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据的最大值跟最小值， 然后由数据采集仪软件里的计算软件自动计算出所测产品的同轴度误差（Δ＝（Mmax － Mmin ）/2），最后数据采集仪会自动判断所测零件的同轴度误差是否在同轴度公差范围内，如果所测同轴度误差大于圆度公差值，采集仪会自动发出报警功能，提醒相关操作人员该产品不合格。 测量效果示意图：
光洁度和粗糙度都是一回事，只不过一个老标准，一个是新标准。 零件加工后的表面粗糙度。过去称为表面光洁度。 在原有的国家标准中，表面光洁度分为14级，其代号为1、2……14。后的数字越大，表面光洁度就越高，即表面粗糙度数值越小。 表面粗糙度基本概念 经过机械加工的零件表面，总会出现一些宏观和微观上几何形状误差，零件表面上的微观几何形状误差，是由零件表面上一系列微小间距的峰谷所形成的，这些微小峰谷高低起伏的程度就叫零件的表面粗糙度。 表面粗糙度是衡量零件表面加工精度的一项重要指标，零件表面粗糙度的高低将影响到两配合零件有接触表面的摩擦、运动面的磨损、贴合面的密封、配面的工作精度、旋转件的疲劳强度、零件的美观等等，甚至对零件表面的抗腐蚀性都有影响。 1级 Ra值不大于\μm=100 表面状况=明显可见的刀痕 加工方法=粗车、镗、刨、钻 应用举例=粗加工的表面，如粗车、粗刨、切断等表面，用粗镗刀和粗砂轮等加工的表面，一般很少采用 2级 Ra值不大于\μm=25、50 表面状况=明显可见的刀痕 加工方法=粗车、镗、刨、钻 应用举例=粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻孔壁等 3级
Ra值不大于\μm=12.5 表面状况=可见刀痕 加工方法=粗车、刨、铣、钻 应用举例=一般非结合表面，如轴的端面、倒角、齿轮及皮带轮的侧面、键槽的非工作表面，减重孔眼表面 4级 Ra值不大于\μm=6.3 表面状况=可见加工痕迹 加工方法=车、镗、刨、钻、铣、锉、磨、粗铰、铣齿 应用举例=不重要零件的配合表面，如支柱、支架、外壳、衬套、轴、盖等的端面。紧固件的自由表面，紧固件通孔的表面，内、外花键的非定心表面，不作为计量基准的齿轮顶圈圆表面等 5级 Ra值不大于\μm=3.2 表面状况=微见加工痕迹 加工方法=车、镗、刨、铣、刮1～2点/cm^2、拉、磨、锉、滚压、铣齿 应用举例=和其他零件连接不形成配合的表面，如箱体、外壳、端盖等零件的端面。要求有定心及配合特性的固定支承面如定心的轴间，键和键槽的工作表面。不重要的紧固螺纹的表面。需要滚花或氧化处理的表面 6级 Ra值不大于\μm=1.6 表面状况=看不清加工痕迹 加工方法=车、镗、刨、铣、铰、拉、磨、滚压、刮1～2点/cm^2铣齿
. 精密仪器专业课程设计说明书 姓名： 学号：U200910840 班级：测控0903班 指导老师： 2013年3月22日
目录 一、需求分析 (2) 1、设计题目 (2) 2、粗糙度定义 (2) 3、系统性能要求 (2) 二、设计方案及原理 (4) 1、系统原理 (4) 2、系统分析 (5) 3、系统说明 (5) 三、传感器选型 (6) 四、系统工作台设计 (7) 1、导轨及支承结构选型 (7) 2、传动机构选型 (9) 3、电机选型 (11) 4、光栅尺选型 (13) 5、限位开关选型 (14) 6、工作台精度分析 (15)
五、信号处理电路设计 (17) 1、正弦波发生 器 (17) 2、信号跟随及反相电 路 (19) 3、比较器电路 (19) 4、信号输入及带通滤波电路 (20) 5、相敏检波电路 (21) 6、低通滤波电路 (22) 7、工频陷波电路 (22) 六、设计不足及可扩展之处 (24) 七、总结 (26) 附录参考文献 (27) 一、需求分析 1、设计题目 二维表面粗糙度自动测量系统 2、粗糙度定义
表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，一般是由所采用的加工方法或其它外部因素造成，它是评定机械零件表面质量的重要指标之一。根据定义，非切削加方法所获得的表面微观几何形状特性属于表面粗糙度的范畴，但是，零件表面的物理特性(如表面应力、硬度、光亮程度、颜色及斑纹等)和表面缺陷(如硬伤、划伤、裂纹、毛刺、砂眼及鼓包等)则不属于表面粗糙度的范畴。零件表面粗糙度的形成，首先要受加工方法的影响。这是因为零件表面的粗糙度，主要来自金属被加工时切削工具的切削刀刃在其上留下的切削痕迹。不同的加工方法、机床的精度、振动及调整状况、工件的装夹、塑性变形和刀具与工件之间的摩擦、操作技术以及加工环境的温度、振动等主要因素，都会不同程度地直接影响零件加工表面的粗糙度。 综上所述，切削加工方法不同，所得的零件加工表面粗糙度也不同。由于表面粗糙度是在切削加工过程中上述诸种因素共同作用的结果，而且这些因素的作用过程是极其复杂和不断变化的，因此，即使采用一种加工方法，在同样的切削条件下，加工出同一批零件，甚至同一零件的同一表面上的不同部位，所得的表面粗糙度也不尽相同。 3、系统性能要求 1>工作台运行范围25mm； 2>运行速度：最大达1mm/s； 3>工作台定位分辨率<0.002mm； 4>垂直分辨率：+-0.01um；
同轴度测量方法 方法一： 用两个相同的刃口状V 形块支承基准部位，然后用打表法测量被测部位。 1、测量器具准备 百分表、表座、表架、刃口状V 形块、平板、被测件、全棉布数块、防锈油等。 2、测量步骤 1）将准备好的刃口状V 形块放置在平板上，并调整水平。 2）将被测零件基准轮廓要素的中截面（两端圆柱的中间位置）放置在两个等高的刃口状V 形块上，基准轴线由V 形块模拟，如下图所示。 同轴度测量方法示意图 3）安装好百分表、表座、表架，调节百分表，使测头与工件被测外表面接触，并有1～2圈的压缩量。 4）缓慢而均匀地转动工件一周，并观察百分表指针的波动，取最大读数Mmax与最小读数Mmin的差值之半，作为该截面的同轴度误差。 5）转动被测零件，按上述方法测量四个不同截面（截面A 、B、C、D），取各截面测得的最大读数Mimax与最小读数Mimin差值之半中的最大值（绝对值）作为该零件的同轴度误差。 6）完成检测报告，整理实验器具。 3、数据处理 1）先计算出单个测量截面上的同轴度误差值，即Δ = （Mmax－Mmin）/2。 2）取各截面上测得的同轴度误差值中的最大值，作为该零件的同轴度误差。 4、检测报告 按步骤完成测量并将被测件的相关信息及测量结果填入检测报告单中,并 检验零件的行为误差是否合格。 方法二：利用数据采集仪连接百分表测量法[1] 1、测量仪器：偏摆仪、百分表、数据采集仪 2、测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据的最大值跟最小值，然后由数据采集仪软件里的计算软件自动计算出所测产品的圆度误差，最后数据采集仪会自动判断所测零件的同轴度误差是否在同轴度范围内，如果所测同轴度误差大于同轴度公差值，采集仪会自动发出报警功能，提醒相关操作人员该产品不合格。测量效果示意图：
用普通材料和一般生产过程所能得到的典型粗糙度数值 方法粗糙度数值 Ra(μm) 光洁 25 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05 0.025 度值 50 火焰切割 粗磨 锯 刨和插 钻削 化学铣电火花加工 铣削 拉削 铰孔镗、车削滚筒光整电解磨削滚压抛光 磨削 珩磨 抛光 研磨 超精加工砂型铸造 热滚轧 煅 永久模铸造熔模铸造 挤压 冷轧冷拔 压铸 2 ～ 3 2 ～ 4 2 ～ 5 2 ～7 4 ～ 6 4 ～ 6 5 ～ 6 4 ～7 5 ～7 5 ～7 4 ～8 7 ～9 7 ～9 8 ～9 6 ～10 7 ～10 8 ～10 8 ～11 9 ～11 2 ～ 3 2 ～ 3 3 ～ 5 5 ～ 6 5 ～ 6 5 ～7 5 ～7 注 :粗实线为平均适用 ,虚线为不常适用 . 6 ～7 机械加工表面的特征 粗糙度等级Ra 50(▽1) 25(▽2) 12.5(▽ 3) 6.3( ▽4) 3.2( ▽5) 1.6( ▽6) 0.8( ▽7) 0.4( ▽8) 0.2( ▽9) 0.1(▽ 10) 0.05(▽ 11) 0.025(▽12) 0.0125(▽13) 0.006(▽14) 表面状况 粗 明显可见的刀痕 可见的刀痕 面 微见的刀痕 可见加工痕迹 半 光 微见加工痕迹 面 看不见加工痕迹 光 可辩加工痕迹方向 微辩加工痕迹方向 面 不可辩加工痕迹方向 暗光泽面 最 亮光泽面 光镜状光泽面 面 雾状光泽面 镜面 加工方法举例应用举例 粗 锯断、粗车、粗铣、粗刨、钻不接触表面或不重要的接触 加 工孔及用粗锉刀、粗砂轮加工面。如螺栓孔、机座底面等 半精车、精铣、粗铰、粗拉、精 不产生相对运动的接触面或 相对运动速度不高的接触面。 精 刨、扩孔、粗镗、粗磨、精锉、 加 如键和键槽的工作面机盖与机 工粗刮。 体的结合面 精金刚石车刀的精车、精镗、精相对运动速度较高的接触面， 加磨、精刮、粗研、精铰、精拉削、要求很好密合的接触面。如齿 工 挤压、粗珩轮的工作面轴承的重要表面。 光 抛光、细磨、精研、精珩、超 极重要的摩擦表面。如发动机 加气缸内表面、精密量具的工作 精加工。 工 表面。
实验三 表面粗糙度测量 实验3—1 用双管显微镜测量表面粗糙度 一、实验目的 1. 了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。 2. 加深对粗糙度评定参数轮廓最大高度Rz 的理解。 二、实验内容 用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz 值。 三、测量原理及计量器具说明 参看图1，轮廓最大高度Rz 是指在取样长度lr 内，在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高Rp 与最大轮廓谷深Rv 之和称之为轮廓最大高度 。 即 Rz = Rp + Rv 图1 图2 双管显微镜能测量80~1μm 的粗糙度，用参数Rz 来评定。 双管显微镜的外形如图2所示。它由底座1、工作台2、观察光管3、投射光管11、支臂7和立柱8等几部分组成。 双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的，如图3所示。被测表面为P 1、P 2阶梯表面，当一平行光束从450方向投射到阶梯表面上时，就被折成S 1和S 2两段。从垂直于 光束的方向上就可在显微镜内看到S 1和S 2两段光带的放大象1 S '和2S '。同样，S 1和S 2之间距离h 也被放大为1S '和2S '之间的距离1h '。通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度 h 。 图4为双管显微镜的光学系统图。由光源1发出的光，经聚光镜2、狭缝3、物镜4以 450方向投射到被测工件表面上。调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观察光管内，经物镜5成象在目镜分划板上，通过目镜可观察到凹凸不平的光带（图5 b ）。光带边缘即工件表面上被照亮了的h 1的放大轮廓象为h 1′，测量亮带边缘的宽度h 1′，可求出被测表面的不平度高度h 1： Z p 2 lr Z v 6 Z v 5 Z p 6 Z p 5 Z p 4 Z p 3 Z v 4 Z v 3 Z p 1 R z 中线 Z v 1 Z v 2
钢材表面清洁度的评定 为了充分发挥涂料的保护和装饰作用,必须进行彻底的表面处理已为人们公认。涂装成功与否主要取决于表面处理质量。通常表面清洁度（表面处理质量）越高，越能保证涂料的保护作用，但过高的要求也会造成极大的浪费。对钢材表面清洁度的进行评定是一项至关重要的工作。表面处理质量包括三个方面，即钢板表面的可视清洁度（锈蚀、氧化皮等）、粗糙度和不可视清洁度（油脂、可溶性铁盐、氯化物、硫化物、灰尘等）,在这方面以船舶行业为代表,已经形成了较完善的检测标准和体系,其他行业一般均参照执行。 一、钢材表面可视清洁度（锈蚀、氧化皮）的评定 钢材表面可视清洁度（锈蚀、氧化皮）的评定，可分为定量和定性两种方法。 定量方法一般有两种，第一种为硫酸铜法：将硫酸铜溶液刷在处理后的钢板表面，除锈完全的部分呈金属铜的颜色，而大于0.5mm残留氧化皮的部分呈暗色，从而判断表面的清洁程度。可采用在每升含1gH2SO4的溶液中添加4～8gCu2SO4的方法配制硫酸铜溶液，或将36gCu2SO4·5H20加热溶于100ml水中，再加入过量的Cu（OH）放置24小时后，去除多余的Cu（OH）2的方法来配制硫酸铜溶液。第二种定量检测方法是利用氧化皮和铁电阻不同的特点，采用电阻测量仪测定处理后的表面与探头2 （直径1mm的球型笔状电极）之间的过渡电阻，通过各点的平均值判断表面清洁度。此外，还可利用带蓝色过滤器的光线反射测量仪进行表面清洁度检验。 仪器定量测量方法受光线、处理方法、原始状态和表面粗糙度等影响极大，而硫酸铜法又需要进行后处理，否则会留下腐蚀隐患，所以，更为可靠的方法还是定性的与标准照片进行对比的方法。 为了能正确、方便地评定钢材在除锈之后的表面处理质量，许多工业发达国家都先后制定了钢材除锈的质量等级标准，其中最显著的是瑞典工业标准SIS055900《涂装前钢材表面除锈标准》，长期以来为世界各国所引用。国际标准化组织色漆和清漆技术委员会涂装前钢材表面处理分会（ISO/TC 35/SC12）以瑞典标准SIS055900-1967为基础，制订了国际标准ISO8501-1：1988《涂装油漆和有关产品前钢材预处理-表面清洁度的目视评定-第一部分：未涂装过的钢材和全面清除原有涂层后的钢材的锈蚀等级和除锈等级》。我国标准为GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。 上述标准将未涂装过的钢材表面原始锈蚀程度分为四个“锈蚀等级”，将钢材表面除锈后的质量分为若干个“除锈等级”。钢材表面的锈蚀等级和除锈等级均以文字叙述和典型样板的照片共同确定。 1、锈蚀等级 除锈前钢材表面原始锈蚀状态对除锈的难易程度和除锈后的表面外观质量具有较大影响。因此，该标准根据钢材表面氧化皮覆盖程度和锈蚀状况将其原始锈蚀程度分为四个等级，分别以A、B、C、D表示。 A 全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面。 B 已发生锈蚀，并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面。 C 氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并且有少量点蚀的钢材表面。 D 氧化皮已因锈蚀而全面剥落，而且已普遍发生点蚀的钢材表面。 2、除锈等级 该标准对喷射或抛射除锈、手工和动力工具除锈、火焰除锈后的钢材表面清洁度规定了相应的除锈等级，分别以字母Sa、St、F1表示，字母后的阿拉伯数字则表示 1
三坐标测量同轴度方法 方法一同轴度测量方法 两个孔的公共轴心线是指两孔各自被测表面长度的中点连线；假使是三个或三个以上的圆柱表面，它们的公共轴心线应该在图样上另做规定。 - 几种测量机通常采用的同轴度测量方法： 一、应用系统功能法： 即测量机软件系统中自带的同轴度和同心度测量标准子程序，用户在测量时可方便地进行调用。 二、极坐标测量法： 这是一种类似于平台测量的检测方法，其基准元素可以通过圆柱、阶梯柱、直线以及圆/圆等测量后构造的直线获得。可以说，几乎所有用作基准元素的单一基准或组合基准都将包括在内，而被测要素则更为简单，通常情况只是圆的测量。 其操作步骤如下： 1、测量单一基准轴线或公共基准轴线并用其建立第一轴（同心度测量除外）； 2、将基准轴线清零（即平移原点到基准中心）； 3、在被测元素（孔或轴）上测若干截圆（通常测两端）； 4、输出被测截圆极径（PR值）； 5、取其输出较大PR值的2倍为所测同轴度误差。 三、求距法： 该方法的基本原理是通过计算圆心到基准轴线距离的方法求得同轴度误差。与极坐标测量方法不同的是，被选定的基准轴线无须清零，但评定同轴度误差时同样要取计算结果中最大距离乘以2。 - 关于两个相邻较远的短基准同轴度的测量： 这是一个比较典型困扰测量机用户的问题，事实上已经证明由此单从测量数据上来看将有相当一部分工件被视为“超差品”，而那些“超差品”经装配实验后证明大多数没有问题。这就不得不需要引起测量机操作员的注意。分析其原因，既不是机器精度太低，也不是系统软件计算错误，主要是图样标注不妥。 对此，可采用以下几种相应的测量方法： 1、当基准元素为孔时，可插入配合间隙较为合适的心棒，以延长基准轴线的实测长度； 2、采用建立公共基准的测量方法，模拟专用心棒进行检验的方法，分别测量两圆柱对公共轴心线的同轴度；（参看前面公共基准轴线的建立方法和极坐标测量法）； 3、在基准圆柱表面内测量更多的点，（多用于连续扫描测头）以加大计算的信息量，使系统确定最大内接圆或最小外接圆时有充足的表面形状信息。
水泵机组同轴度的测量 与校正 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
水泵机组同轴度的测量与校正 状元水厂项慧均 摘要：本文主要是根据状元水厂的水泵机组的特点，叙述联轴器的配合偏差、机泵同轴度测量误差产生的原因及解决方法、主要以叙述水泵机组同轴度的测量和校正方法为主。 关键词：配合偏差，同轴度，联轴器，轴向窜动，径向偏差，轴向偏差，不同心度，不平行度。 前言：水泵机组的同轴度是指水泵轴和电机轴的装配偏差，而联轴器是电机和水泵传动的联接部件，机泵的配合偏差也就是联轴器的配合偏差，联轴器装配后都存在着配合偏差，联轴器的配合偏差过大会造成水泵机组的振动增大，是影响轴承、联轴器损坏的主要原因，因此，为了减少水泵机组的振动，就必须减少联轴器的配合偏差，把偏差调整到允许的范围内，才能有效地保证机组的机械寿命，在机泵的运行过程中，因机组自身的振动或基础与管路的沉降等等原因都会造成联轴器配合偏差变化，所以定期对水泵机组同轴度的测量与校正是机泵维护中的重要项目。 一. 联轴器配合偏差的介绍。 联轴器配合的偏差有三种：径向偏差、轴向偏差、角向偏差，径向偏差是指联轴器的两个圆心之间的偏差，可用不同心度来表示，轴向偏差是指两配合面之间的距离与标准配合距离之间的偏差，同轴度测量中用联轴器的间距来表示，间距的测量较简单，用游标尺可直接测量出来，由于轴向偏差的精度要求较低（误差为±3mm），且基座的沉降或设备的振动基本上不影响间距的变化，即使偏差超值校正也简单，所以在同轴度测量中以
测量径向偏差和角向偏差为主，角向偏差是指联轴器两端面与平行端面的角度偏差，角向偏差可用机泵轴心的不平行度来表示，定义为在轴向的一米的距离上的与基准轴中心线的偏差值。由于习惯上把联轴器的角向偏差称为机泵同轴度中的轴向偏差，所以此本文也依照习惯在接下来叙述中把联轴器的角向偏差称为“轴向偏差”，联轴器的轴向偏差用联轴器的间距来表示。 二. 机泵同轴度测量的误差原因分析 状元水厂以前测同轴度的方法是习惯上用一只百分表对联轴器的径向和轴向进行测量，往往在同一时间里多次测量的值都存在较大的偏差，而且数值有时为正偏差有时为负偏差，即使后来用激光校正仪来测，在同一时间里多次测量的值都存在偏差，因测量值不准，就无法校正机泵的同轴度。经过分析发现：我厂的机泵联轴器是膜片式联轴器，在测量中时将联轴器转动180°时，水泵或电机有轴向窜动现象出现，每次测量时其轴向窜动量都是不同的，窜动量从几丝到几十丝的之间变化，所以机泵同轴度测量的误差主要是机泵的轴向窜动造成的，轴向窜动对径向偏差的测量影响微小，对轴向偏差的测量影响很大，为了消除轴向窜动对轴向偏差测量的误差，准确地测量出轴向偏差值，通过在CAD图形上进行模拟分析，发现如在测量轴向偏差是用两只相隔180°的百分表同时测量，就可以消除掉轴向窜动引起的测量误差，如下的图1就是模拟轴向窜动时测量轴向偏差的分析图形。 图1 三. 机泵同轴度的测量只要是测量径向偏差和轴向偏差，径向偏差和轴向偏差说明如下：
表面粗糙度的测量 表面粗糙度的测量方法有光切法，光波干涉法及触针法（又称针描法）等，工厂常用的还有粗糙度样板直接和被测工件对照的比较法，以及利用塑性和可铸性材料将被测工件加工表面的加工痕迹复印下来，然后再测量复印的印模的印模法。 一、实验目的 1.建立对表面粗糙度的感性认识； 2.了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理及方法。 二、实验内容 用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz值。 三、测量原理及仪器说明 双管显微镜又撑光切显微镜，它是利用被测表面能反射光的特性，根据“光切法原理”制成的光学仪器，其测量范围取决于选用的物镜的放大倍数，一般用于测量0.8-80微米的表面粗糙度Rz值。 仪器外型如图1所示，它由底座6，支柱5，横臂2，测微目镜13，可换物镜8及工作台7等部分组成。 仪器备有四种不同倍数（7X,14X,30X,60X）物镜组，被测表面粗糙度大小（估测）来选择相应倍数的物镜组（见表1）。
表1 双管显微镜测量参数 测量原理如图2所示，被测表面为P1-P2阶梯表面，当一平行光束从45度方向投射到阶梯表面时，即被折成S1和S2两段，从垂直于光束的方向上就可以在显微镜内看到S1和S2两段光带的放大像S1'S2'，同时距离h也被放大为h1'。通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度h。 这种方法类似在零件表面斜切一刀，然后观察其剖面的轮廓形状，因此称为光切法。 图3为双管显微镜的光学系统图，由光源1发出的光，经聚光镜2，狭缝3，物镜4以45度方向投射到北测表面上，调整仪器使反射光束经物镜5成像在目镜分划板6上，光束被测上表面的S1点反射，在下表面S2点反射，它们各成像于分划板6的S1'和S2'，距离h1被放大为h1'，通过目镜可观察到凹凸不平的光带（图4（b））,光带边缘即工件表面上被照亮了的h1的放大轮廓像h1'，测量h1'即可求出被测表面的不平高度h2。 h=h1cos45=(h1/N)cos45 式中N——物镜的放大倍数 影象高度h1'是利用目镜测微器来测量的，测微目镜头结构见图4（a）由于测微器中的十字刻线与测微器读数方向成45，所以当用十字线只能感的任一直线与影像蜂，谷相切来测量波高度时，波高h1=h1cos45 h1”为刻度线移过的实际距离，即测微器量词读数差（见图4（b）），所以被测表面的
万能试验机同轴度检测方法 万能试验机(以下简称试验机)主要用于测量材料力学性能参数，适用于金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲和剪切等力学性能试验。由于试验机上下试样夹持装置(以下简称夹头)的设计、加工、装配以及使用等多方面的因素，不可避免地存在同轴度定位误差。由于 同轴度定位误差的影响，在材料的拉伸试验中，会在试样承受正应力的同时因弯曲产生了附加应力，如弯曲正应力和弯曲剪应力等，从而影响到试验结果的准确性。对于某些材质或形状的拉力试验，附加应力不容忽视。为了保证拉伸试验数据受试验机同轴度的影响最小， JJG139—1999(拉力、压力和万能试验机》、JJG157—2008(非金属拉力、压力和万能试验机》、JJG475-2008《电子式万能试验机》和JJG1063—2010(电液伺服万能试验机》检定规程均对试验机的同轴度提出了技术要求和检测方法。由于各检定规程所规定的检测方法不尽相同，同样一份检定规程(女ⅡJJG139—1999、JJG157—2008、JJG475—2008)规定了 两种及以上不同测量原理的检测方法。因此，有必要就同轴度的表现形式和各种检测方法进行分析比较，供同行参考。 1、定位误差的表现形式试验机结构无论是上置式或下置式，一般上、下试样夹头设计 成固定的即轴线固定无球头夹持装置，个别试验机其中一个试样夹头可能有一定的活动间隙。为了将试样夹持牢固，夹头一般配有对称的套环、楔形块等专用夹具，由于加工、装配和使用中阻滞、磨损等因素的影响，存在同轴度定位误差。是试验机同轴度定位误差的主要形式： （1）上、下试样头部轴线平行，轴肩截面圆心不同心，即上、下试样头部产生平行位移，试样标距部分有扭转呈“S”形； （2）轴肩截面圆心同心，但上、下试样头部轴线有夹角，试样标距部分有扭转呈“S” 形； （3）下试样头部有一定的角度适应性，但上下轴线不重合，故轴肩截面圆心不同心， 试样标距部分有弯曲。 2、同轴度检测方法
同轴度检测方法，可以归纳为二种检测方式：几何量检测法和应变检测法: （1）几何量检测法包括百分表测量法和锥形重锤测量法。 （2）应变检测法主要是用同轴度自动测试仪(或其他相当准确度的测量装置)进行测量。