表面粗糙度儀

表面粗糙度理論與標準的發(fā)展： 

　　表面粗糙度標準的提出和發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，它經(jīng)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(fā)動機設(shè)計中，由于要求用zui少材料達到zui大的強度，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(dāng)時沒有定量數(shù)值上的評定要求，只是根據(jù)目測感覺來確定。在20世紀20～30年代，世界上很多工業(yè)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(shè)計制作了輪廓記錄儀、輪廓儀，同時也產(chǎn)生出了光切式顯微鏡和干涉顯微鏡等用光學(xué)方法來測量表面微觀不平度的儀器，給從數(shù)值上定量評定表面粗糙度創(chuàng)造了條件。從30年代起，已對表面粗糙度定量評定參數(shù)進行了研究，如美國的Abbott就提出了用距表面輪廓峰頂?shù)纳疃群椭С虚L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(shù)和數(shù)值的標準化提出了建議。但粗糙度評定參數(shù)及其數(shù)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(yīng)的國家標準發(fā)布以后開始的。 

　　首先是美國在1940年發(fā)布了ASA B46.1國家標準，之后又經(jīng)過幾次修訂，成為現(xiàn)行標準ANSI/ASME B46.1-1988《表面結(jié)構(gòu)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(shù)；接著前蘇聯(lián)在1945年發(fā)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(jīng)過了3次修訂成為GOCT2789-1973《表面粗糙度參數(shù)和特征》，該標準也采用中線制，并規(guī)定了包括輪廓均方根偏差即現(xiàn)在的Rq在內(nèi)的6個評定參數(shù)及其相應(yīng)的參數(shù)值。另外，其它工業(yè)發(fā)達國家的標準大多是在50年代制定的，如聯(lián)邦德國在1952年2月發(fā)布了DIN4760和DIN4762有關(guān)表面粗糙度的評定參數(shù)和術(shù)語等方面的標準等。 

　　以上各國的國家標準中都采用了中線制作為表面粗糙度參數(shù)的計算制，具體參數(shù)千差萬別，但其定義的主要參數(shù)依然是Ra或Rq，這也是間交流使用zui廣泛的一個參數(shù)。 

表面粗糙度標準中的基本參數(shù)定義 

　　隨著工業(yè)的發(fā)展和對外開放與技術(shù)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(yè)界所重視，為迅速改變國內(nèi)表面粗糙度方面的術(shù)語和概念不統(tǒng)一的局面，并達到與統(tǒng)一的作用，我國等效采用標準化組織ISO有關(guān)的標準制訂了GB3505-1983《表面粗糙度術(shù)語表面及其參數(shù)》。GB3505專門對有關(guān)表面粗糙度的表面及其參數(shù)等術(shù)語作了規(guī)定，其中有三個部分共27個參數(shù)術(shù)語： 

　　a. 與微觀不平度高度特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)語。其中定義的常用術(shù)語為：輪廓算術(shù)平均偏差Ra、輪廓均方根偏差Rq、輪廓zui大高度Ry和微觀不平度十點高度Rz等11個參數(shù)。 

　　b. 與微觀不平度間距特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)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(shù)。 

　　c. 與微觀不平度形狀特性有關(guān)的表面粗糙度參數(shù)術(shù)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 個參數(shù)。 

精密加工表面性能評價的內(nèi)容及其迫切性

　　表面粗糙度參數(shù)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(guān)系，實現(xiàn)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(shù)的定量計算方法和數(shù)值規(guī)定，同時這也推動了國家標準及標準的形成和發(fā)展。 

　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，許多制件的表面被加工而具有特定的技術(shù)性能特征，諸如：制件表面的耐磨性、密封性、配合性質(zhì)、傳熱性、導(dǎo)電性以及對光線和聲波的反射性，液體和氣體在壁面的流動性、腐蝕性，薄膜、集成電路元件以及人造器官的表面性能，測量儀器和機床的精度、可靠性、振動和噪聲等等功能，而這些技術(shù)性能的評價常常依賴于制件表面特征的狀況，也就是與表面的幾何結(jié)構(gòu)特征有密切。因此，控制加工表面質(zhì)量的核心問題在于它的使用功能，應(yīng)該根據(jù)各類制件自身的特點規(guī)定能滿足其使用要求的表面特征參量。不難看出，對特定的加工表面，我們總希望用zui或比較恰當(dāng)?shù)谋砻嫣卣鲄?shù)去評價它，以期達到預(yù)期的功能要求；同時我們希望參數(shù)本身應(yīng)該穩(wěn)定，能夠反映表面本質(zhì)的特征，不受評定基準及儀器分辨率的影響，減少因?qū)﹄S機過程進行測量而帶來參數(shù)示值誤差。 

　　但是從標準制定的特點和內(nèi)容上我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，特別是新型表面加工方法不斷出現(xiàn)和新的測量器具及測量方法的應(yīng)用，標準中的許多參數(shù)已無法適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，尤其是在一些特殊加工場合，如精加工時，用不同方法加工得到的Ra值相同或很相近的表面就不一定會具有相同的使用功能，可見，此時Ra值對這類表面的評定顯得無能為力了，而且傳統(tǒng)評定方法過于注重對高度信息做平均化處理，而幾乎忽視水平方向的屬性，未能反映表面形貌的全面信息。近年來在表面特性研究的領(lǐng)域內(nèi)，相對地說，關(guān)于零件表面功能特性方面的研究本身就較為薄弱，因為它牽涉到很多學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。機器的各類零件在使用中各有不同的要求，研究表面特征的功能適應(yīng)性將十分復(fù)雜，這也限制了對表面形貌與其功能特性關(guān)系的研究。 

　　工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展迫切需要更加行之有效且適應(yīng)性更強的表面特征評價參數(shù)的出現(xiàn)，為解決這一矛盾，各國的許多學(xué)者都在這方面加大研究力度，以期在不遠的將來制訂出一套功能特性顯著的參數(shù)。另一方面，為了防止“參數(shù)爆炸”，同時也防止大量相關(guān)參數(shù)的出現(xiàn)，要做到用一個參數(shù)來評價多個性能特性，用數(shù)量很少的一組參數(shù)實現(xiàn)對表面的本質(zhì)特征的準確描述。 

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(nèi)外學(xué)者在這一方面做了大量工作，提出了許多分離與重構(gòu)方法。隨著當(dāng)今微機處理技術(shù)、集成電路技術(shù)、機電一體化技術(shù)等的發(fā)展，出現(xiàn)了用分形法、Motif法、功能參數(shù)集法、時間序列技術(shù)分析法、zui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(shù)集法進行介紹。

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