机电一体化系统综合实训

西安广播电视大学开放教育

机械制造与自动化（机电方向）专业（专科）机电一体化系统综合实训

学生姓名：范澍萱

学号：1461101451464

指导老师：万宏强

分校：莲湖分校

时间：2016年5月20日

机电一体化系统综合实训

表面粗糙度测量计实习

一、任务目的与要求

1.1目的

1.1.1了解表面粗糙度测量计的组成，建立表面粗糙度测量的概念

1.1.2 了解表面粗糙度测量计的机械结构和传动原理

1.1.3学习传感器的工作原理及其正确接线

1.1.4学习各单元之间的通信方法和系统调试

1.1.5增强团队合作精神

1.2要求

1.2.1 熟悉机械部分的组成、工作原理

1.2.2 绘制机械部分的工作原理图

1.2.3 绘制所研究系统的图

1.2.4了解各模块控制信号的类型

1.2.5熟悉各模块所用传感器类型、结构、工作原理、性能和使用

1.2.6正确分析传感器信号与其它传感器信号的传送过程

二、实习内容及过程

1 绪论

1.1前言

机械加工中，表面特征的研究是控制机械零件表面质量的重要内容，而表面粗糙度是表面特种的重要技术指标之一。随着机械加工工艺水平的提高，对零件的表面质量提出了越来越高的要求。无论用何种加工方法加工，在零件表面总会留下凹凸不平的刀痕，出现交错起伏的峰谷现象，粗加工后的表面用肉眼就可以看到，精加工后的表面用放大镜或者显微镜仍能观察到，这就是零件加工后的表面粗糙度，过去称为表面光洁度。国家规定表面粗糙度的参数由高度参数、间距参数和综合参数组成。

1.2题目背景和意义

表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。它的大小对零件表面的摩擦磨损、疲劳强度、冲击强度、耐腐蚀性、接触刚度和抗震性、配合性质、测量精度和密封行等有很大的影响。粗糙度测量有接触测量和非接触测量两大类方法。触针式接触测量粗糙度参数的方法具有精度高，稳定性好的优点。该课题就是针对触针式测量粗糙度的测量系统进行改造。

1.3国内外表面粗糙度测量系统的研制情况

表面粗糙度与零件表面功能有着密切的关系，因此人们在很早以前就认识到测量表面粗糙度的重要性。但由于技术工艺水平的落后，最早只能单纯的依靠人的视觉和触觉来估计，即通过目测手触摸试件与标准样块进行比较，随着生产技术的发展，人们又采用了比较显微镜进行比对。这些原始的测量方法只能对表面微观不平度做出定性的综合评定。自从1927年德国的施马尔茨（Schmaltz）发明了用光杠杆进行放大的表面轮廓记录仪后，人们就一直致力于表面质量的研究，从此开始了对表面粗糙度的数量化描述。近年来，由于计算机技术、电子技术、数据处理能力的提高，研制了许多三维表面微观形貌测量仪，使得在局部表面上三维评定表面粗糙度成为可行，而且国际上方兴未艾。

2系统方案选择与论证

2.1设计要求

本院实验室有一台“221-7”型SORTRONIC的粗糙度轮廓仪，本设计就是在对其研究的基础上，结合新型粗糙度轮廓仪的发展方向对其进行设计改造。如图2.1所示

图2.1表面粗糙度轮廓仪

2.2基本要求

要求实现其速度在1mm/s—5mm/s可调，测量行程可达20mm，在高度方向上传感器杆上下可调节100mm

2.3最终成果

（1）设计出测量系统的电路（2）设计出测控程序（3）实现电机正反转，调速调节测量行程（4）完成Ra、Rz、Ry的测量（5）完成驱动部分的机械设计

2.4测量数据说明

)如图2.2所示，通过零件的表面轮廓作一中线m，

1.轮廓的平均算术偏差(R

a

将一定长度的轮廓分成两部分，使中线两侧轮廓线与中线之间所包含的面积相等，即

图2.2轮廓的算术平均偏差

，就是在一定测量长度l范围内，轮廓上各点至中线轮廓的平均算术偏差值R

a

距离绝对值的平均算术偏差。用算式表示为

2.不平度平均高度(Rz)就是在基本测量长度范围内，从平行于中线的任意线起，自被测轮廓上五个最高点至五个最低点的平均距离(图2.3)

```

图2.3不平度平均高度

3．轮廓最大高度Ry就是在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。

2.5影响表面粗糙度测量仪精度的分析

1．触针针尖半径及触针角度

为使触针的运动能准确的反映被测表面的实际轮廓曲线，触针应具有最小的尖端半径和适当的角度，但尖端半径过小不但难于加工，而且极易磨损和划伤被测表面，目前可加工出的针尖半径为1-2um。

2．测量力

为使触针运动轨迹符合实际的轮廓曲线，还必须保证触针与被测表面可靠接触，为避免划伤被测表面在保证可靠接触的前提下，选择尽量小的测力，并使触针伸出不同长度时测力的变化也要小。

3．测量基准线

通常形成基准线的办法有两种：一种是测量头的移动方向由一个与被测表面无关的导轨，另一种是采用某种形式的滑块即所谓导头，直接将测量头支乘在被测表面上进行滑动的方式来实现。

导头制造简单，使用方便，此时触针的位移是以导头的移动轨迹为基准线，而导头的移动轨迹又由它的现状、位置及被测表面的几何形状所决定。常用导头的形状为弧型，也有用球面或柱面的，导头多为一个，装在触针前方或后方。

导头能减弱波度及表面宏观几何形状偏差对测量的影响，其减弱程度与滑块曲率

半径有关。

导头端部半径r应不小于截止波长的50倍，导头工作表面的微观不平度10点高度Rz值应不大于0.1um。导头施加于被测表面上的力，对硬质材料不大于0.5N，对软质材料应取低些。

4．测头移动速度

测量头移动速度过慢，影响测量效率；速度过快，会使触针产生附加的动测力量，而且有可能在测量过程中使触针与被测表面脱离。测量头的移动速度受到临界频率的限制。

2.6评定表面粗糙度的基本原则

1．测量方向

表面粗糙度的数值，是在垂直于被测表面的法向截面上给定的。若技术文件上没有注明测量方向，则应按能给出最大表面粗糙度数值的方向上进行测量，即应在垂直于痕迹的方向上进行测量。不能明显确定被测表面的加工痕迹方向和非切削加工表面，应在几个不同方向上进行测量，取恰当值作为测量结果。

2．表面缺陷

在表面粗糙度评定中不应该把表面缺陷，如气孔、划痕，沟槽等包含进去，也不应该作为判别表面粗糙度合格与否的指标。

3．测量部位

由于种种因素的影响，同一加工方法加工出的同一表面，不同部位的粗糙度值不会一样，因此在测量粗糙度数值时，应在不同部位上测量。

2.7测量零件表面粗糙度应注意的问题

1．每次测量前，将标准样块用稠布蘸酒精擦拭干净，置于被测表面加工纹路与传感器测头滑行方向垂直的工作台并固定，选择合适的传感器，对仪器进行校验并调整。

2．将被策零件表面擦拭干净，置于被测表面加工纹路与传感器测头滑行方向相垂直的位置。

3．将传感器轻轻放在被测零件表面上，调整传感器位置，使传感器杆轴线行于被测零件表面，且使传感器测头与被测零件表面垂直。

4．测量时需要判定测量的正确性（可靠性），被测零件的任何局部缺陷，测量时应注意避开。3电路原理图设计