电火花加工表面粗糙度的正态分布特性及测量误差分析

电火花加工表面由无数凹坑和凸起所组成, 由于放电的随机性, 使得凹坑直径和深度 变化较大, 而且具有面积重迭和深度重迭性, 因此, 凹坑实际上是无方向性的不规则的三 维空间。用车, 铣、刨等切削加工方法形成的加工表面是由方向性很强的加工纹理所组 成, 表面粗糙度常用垂直于纹理的轮廓算术平均偏差 R a来评定, 电火花加工表面粗糙度 由于没有专门的测试仪器, 故也仍使用切削加工中的 R a作为评定参数, 由于这两种加工 表面的微观形貌差别很大, 势必产生比较大的测量误差。探索该误差的来源、大小并分析 新的电火花加工表面粗糙度的评定方法, 无疑具有深刻的意义。
参考文献:
[ 1] 周文 平, 等. 大 型 精密 仪 器 设 备效 益 发 挥 管理 机 制 的 探讨 [ J], 实验 技 术 与 管理 , 2003, 20( 1): 146 150.
[ 2] 陈 实, 李 崧. 加 强 实 验 技 术 人 员 的 岗 位 和 职 责 管 理 [ J], 实 验 技 术 与 管 理, 2005, 22 ( 1 ): 146 149.
定会很大, 甚至会相差一级。
在图 3中做 切两条直线, 分别求出两条曲线与两条直线和横轴间的面积, 即计算
两种加工方法的某一 R a值在 切范围内重复出现的概率 P。由概率论知:
P= { - 切<
<
+
切}=
!+ 切 -切
1
e
1 2
X- 2 切
dX
切2
令 Z = |X - |
切
则
P=
!z1 0
1
e + ! - z22dz
之, 值增大, 曲线形状平坦。数据越分散, 表明测量精度 越低。
将两种加工方法的正态分布曲线合在一起, 取共同 的 值后进行比较, 如图 3所示。曲线 ( 1) 的总体标准
偏差 切为图 1中 4条曲线的 i值的平均值, 即:
切=Leabharlann 1+2 + 3+ 4
4 = 0. 4775( m )
曲线 ( 2) 的总体标准偏差 电值为图 2中 4条曲线的 i值
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又因加工条件变化和测量误差等也使得不平度的测量误差很大所以一般用粗糙度样板来评定但是样板的粗糙度值也是用表面粗糙度检查仪电火花加工表面粗糙度的测量误差我们分别对4个切削加工车平铣立铣刨工件和4个电火花加工试件的表面粗糙度进行了测试电火花加工工具材料为cu工件材料为5crnnmo其它参数见表收稿日期
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中国科技论文 统计源期刊
实验 技 术与 管 理
V o .l 22 N o. 11 2005
电火花加工表面粗糙度的 正态分布特性及测量误差分析
何淑菊, 邱 英 ( 哈尔滨工程大学机电学院, 哈尔滨 150001)
摘 要: 电火花加工的表面粗糙度与切 削工件 表面粗 糙度有 很大区别, 目 前电火 花加工 工
( 2) 产生该误差的原因是 2201型表面粗糙度检查仪的触针轨迹是二维曲线, 而电火 花加工表面的凹坑是一个三维空间, 因此, 不能充分反映出该空间的全貌, 所以测量出的 误差较大。
( 3) 建议用三维测量方法测试电火花加工表面粗糙度。
参考文献:
[ 1] 曹凤国. 电火花加工技术 [M ]. 北京: 化学工业出版社, 2005. [ 2] 孔庆华. 特种加工 [M ]. 上海: 同济大学出版社, 1997. [ 3] 刘 品, 等. 互换性与测 量技术基础 [M ]. 哈尔滨: 哈尔滨工业 大学出版社, 2002.
8. 10
5. 60
6. 03
( 1)
8 0. 97 5. 80
注: 1 4切削加工工件 ( 车、平铣、立铣、刨 ), 5 6电火花加工工件
正态分布曲线以平均值 为对称中线。即某个表面的粗糙度经过 100次测量后, 最
后的表面粗糙度值应为 R a= ( m )。
当 值保持不变时, 值减小, 曲线形状陡峭。数据越集中, 表明测量精度越高。反
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脉宽 ti 工作液
表 1 电火花加工工艺参数
5
6
7
128 s 水
32 s 水
32 s 煤油
8 128 s 煤油
测试的仪器是 2201型表面粗糙度检查仪。每个试件随机测量 100次。因此, 每个试 件测得 100R a值。将 8个试件的数据分别处理, 画出 8条正态分布曲线, 如图 1和图 2所 示 ( 由于曲线十分接近, 不易分辨, 每组只画 3条 )。
z2 0
2z
1
e-
= z2
2
dz
G(
z1 )
+
G(
z2 )
=
2G (
z)
2
切削加工中 故
z= |X - | = |
切
切 - |= 1
切
G ( z) = 0. 3413, P = 2G ( z) = 0. 6826= 68%
电火花加工中 z= X- = 电
切-
电
=
0. 47 0. 9
75 7
=
0.
4923
故
G ( z) = 0. 1897, P = 2G( z) = 0. 3758= 38%
即在 切范围内, 切削加工表面某一 R a值重复出现的概率为 68% , 而电火花加工 则为 38% , 由此可以看出两种加工方法的测量精度值相差很大。
3 测量误差的分析
2201型的表面粗糙度检查仪的触针轨迹是 1条二维曲线, 而电火花加工表面的凹坑 是不规则的三维空间。坑底各处的凹坑深度不相同, 用表面粗糙度检查仪时, 触针的运行 轨迹不可能都经过凹坑底部, 即凹坑的最深处, 因此, 该轨迹距中心线的距离不是各个凹 坑最大值。经信号处理后, 得到的平均值 R a误差就会比较大, 这就是产生测量误差的原 因。虽然在测量过程中具有统计规律, 但是 2201型表面粗糙度检查仪不满足这种特殊表 面统计规律的要求。因为表面粗糙度检查仪它是专门为测量检查切削加工表面而设计制 造的。
测量两种加工方法表面粗糙度记录的图形分别如图 4和图 5所示。这两组图形充分 说明了这一点。
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4 结论
( 1) 电火花加工表面粗糙度用 R a作为评定参数, 但由于总体偏差 电较大, 因此正态 分布特性较分散, 而测得的误差 R a值也较大, 甚至可会相差一级。
两组曲线的概论密度为:
g(x)
式中 每组数据的总体标准偏差 每组数据的总体平均值
各条曲线的 值与 值如表 2所示;
1
1 X- 2
e2
2
表 2 各条 曲线的 值与 值
序号 i值 i值
1
2
3
4
5
6
7
0. 49
0. 46
0. 47
0. 49
0. 98
0. 99
0. 94
7. 56
4. 91
6. 10
6. 70
1 目前电火花加工表面粗糙度的评定与测试方法
我们国家电火花加工表面粗糙度, 用 R a表示, 但由于实际加工的表面粗糙度的不均 匀性, 一般使用表面粗糙度检查仪测量型腔底面粗糙度, 作为评定某一加工规则的粗糙 度。手动操作, 测量时测 3点取其平均值。侧面的粗糙度因为二次放电等原因, 上下口粗 糙度相差半级到一级。又因加工条件变化和测量误差等, 也使得不平度的测量误差很大, 所以, 一般用粗糙度样板来评定, 但是, 样板的粗糙度值也是用表 面粗糙度检查仪来测 得的。
件的表面粗糙度是沿用 切削加工表面粗糙度评定方 法和测试手 段来评 定参数的。 本文针 对 电火花加工表面粗糙度 的正态分布特性及测量误差进行了分析。
关键词: 电火花加工; 表面粗糙度; 正态分布特性; 误差分析
中图分类号: TH 161 文献标识码: A 文章编号: 1002 4956( 2005) 11 0032 04
图 3 取相同 值时两种 加工方法正态分布曲线
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实验技术与管理
的平均值, 即:
切=
5+
6 + 7+ 4
8 = 0. 97( m )
曲线 ( 1) 和 ( 2) 的 R a值的分散范围为:
S切 = 6 切 = 2. 865( m )
( 2)
S电 = 6 电 = 5. 82( m )
( 3)
其中:
S切 切削加工表面 R a值分散范围 S电 电火花加工表面 R a值的分散范围 由 ( 2)式和 ( 3) 式可见, 用 R a作为电火花加工表面粗糙度的评定参数的测量误差肯
[ 3] 胡新 平, 袁云 松. 转 变 观 念, 提 高 大 型 仪 器 设备 使 用 效 益 [ J] , 实 验 技 术 与 管 理, 2005, 22 ( 5 ): 123 125.
2 电火花加工表面粗糙度的测量误差
我们分别对 4个切削加工 ( 车、平铣、立铣、刨 ) 工件和 4个电火花加工试件的表面粗 糙度进行了测试, 电火花加工工具材料为 Cu, 工件材料为 5C rM nM o, 其它参数见表 1。
收稿日期: 2005 05 20 作者简介: 何淑菊 ( 1953 ), 女, 实验师, 主要研究方向: 精密测量