机械加工表面粗糙度解释及测量

Note: USA稱為算術平均粗糙度值(Arithmetical Average value; AA) U.K稱為中心線平均粗糙度值(Center Line Average; CLA)
用途:
該參數可以作為監控工序穩定性的有效手 段﹐所以成為今天人們使用的首要參數。 該參數對偶發性缺陷頗為遲鈍﹐因此不
Ku
振幅分布之陡峭度(Kurtosis, Ku),又 稱尖銳度 Ku=1/((Rq)4. N) ΣYi4
此參數顯示振幅分布圖的尖銳與否, 即是否呈常態分布, 正值愈高表示 振幅愈陡峭.
五, Surface Texture Symbols
Max Waviness Height
Max Ra Min Ra
b. Shoe/Skid VS Skidless type stylus之 用法不同: 如圖所示
Shoe/Skid type:滑動器半徑比波峰間隔(Sm) 大很多,使其運動幾乎成一直線。若Sm過 大則可用Shoe來支撐。優點易於歸零.
Skidless type:其探針機構由一驅動器之基準 參考點來支撐工件表面的輪廓,包括Form 、waviness及Roughness均能真實記錄, 缺 點:不易歸零且易受環境振動影響.
有些多功能零件要求很復雜的表面﹐才能 最好地發揮作用。比如發動機的汽缸內 壁必須足夠光滑﹐以便為活塞環提供良 好的密封表面﹐利于壓縮﹐並防止漏氣。 同時﹐表面上還必須具有尺寸﹑數量和 分布都合適的凹點﹐為的是保持潤滑油。
一,表面質量
車﹑銑﹑刨﹑磨及其它所有機械加工過 程給零件表面留下特殊的參差不齊現 象﹐切削刀具的選擇﹑機床狀態﹑轉 速﹑進刀量﹑振動及其它環境干擾等因 素對這些參差不齊也有影響。
測量儀器利用離散的“截止波”區分表 面光潔度的幾個分量。通過電濾波技術 選擇和實現截止波長﹐使儀器可以單獨 測量粗糙度﹑波度﹐或測量粗糙度﹑波 度和波形組成的“總輪廓”
二, 加工方式與表面粗糙度及成本
For example: Lap: 拋光; Hone: 精磨; Grind: 粗磨 Note: Rz=5Ra(噴砂面); Rz=(10~20)Ra(研磨面)
以后，各国又相继研制出多种测量表面粗 糙度的仪器。目前，测量表面粗糙度常用 的方法有：比较法、光切法、干涉法、针 描法和印模法等，而测量迅速方便、测值 精度较高、应用最为广泛的就是采用针描 法原理的表面粗糙度测量仪。
註:因為表面粗糙度量測精度要求高, 故應 避免振動, 溫度, 油污, 磁場等影響。
宜用來檢測這種異常的存在與.(Rmax)
Rq
粗糙度幾何(平方)平均值 (Root mean square roughness, Rq)
下圖所示, Rq=(1/N Σyi2)1/2
Rt
最大高度---Rt, 由全體評價長度算出, Rp 和Rv之和. Rt=(Peakmax-Valleymin)assessment length
Rz(DIN)
十點平均值—Rz(DIN)=(Z1+Z2+ Z3+ Z4+ Z5)/5; 評估長度內.
Rz(ISO,JIS)
十點平均值—Rz(ISO,JIS); Rz(ISO,JIS)= 1/5 ΣYpi -1/5 ΣYvi 最高5個山頂高度平均值與最深5 個谷底深度平均值之差. 取樣長度內; Rz(JIS)=Rz(ISO4287-1984);
3.綜合參數-由振幅和間距同時決定
參考線—中心/平均線
A, 采用等面積法定義: 上邊面積=下邊面積; B, 最小平方計算法(A least squares calculation) Σ(偏差)2=最小.
Ra
中心線平均值 (Roughness Average, Ra), 下圖所示. Ra=1/N Σ︱Yi︱
0.002.-2
63
32 ^
0.030
0.015
Max Waviness Width
cut-off Lay
Max Roughness Spacing
六, 表面粗糙度之量測方法
最早人们是用标准样件或样块，通过肉眼 观察或用手触摸，对表面粗糙度做出定性 的综合评定。1929年德国的施马尔茨 (G.Schmalz)首先对表面微观不平度的深度 进行了定量测量。1936年美国的艾卜特 (E.J.Abbott)研制成功第一台车间用的测量 表面粗糙度的轮廓仪。1940年英国TaylorHobson公司研制成功表面粗糙度测量仪 “泰吕塞夫(TALYSURF)”。
TR100袖珍式粗糙度仪 技术参数： •传感型式：压电晶体 •显示型式：液晶显示 •测量型式：Ra、Rz •测量范围：Ra：0.05-10 um Rz:0.1-50 um •取样长度：0.25mm、0.8mm、2.5mm •评定长度：1.25mm、0.8mm、2.5mm •扫描长度：6mm •工作温度：0-40度 •重量：0.2kg •外型尺寸：125*73*26mm
6.光學方法作表面粗糙度量測
斑點利用反射回來的光量測量表面粗糙度
END
通過空氣探針測量,探測空氣壓力變化. 1,適於髒表面; 2, 非接觸式; 3, 只是一種比較測量
5. 探針式表面粗糙度量測儀:
目前使用范圍最廣、最普遍的表面粗糙度量 測儀器, 避免過去以標準片憑人的感覺加以 比對判斷之缺失。 電子探針式表面粗糙度 量測儀之工作原理, 如圖 主要元件部分包括 探針、收錄器、驅動器、記錄器、濾波器及 微處理器。
根據分析可以把表面質量分解為三個組成
輪廓:
粗糙度與波度,輪廓(1)
粗糙度基本上就是指刀具痕跡﹐走刀總 會讓零件表面產生某一寬度和深度的槽。 在磨削時﹐砂輪上的磨料等于無數的微 小刀具﹐每一粒磨料都給表面留下一道 痕跡。
粗糙度與波度,輪廓(2)
波度的形成原因在于加工過程中刀具與 工件之間的距離存在微小的波動﹐而這 些波動是由刀具的不穩定性和某種振動 造成的﹐其中有的振源對每臺機床的穩 定性有影響。有些原因來自外部﹐並且 是偶然性的﹐例如一輛叉車從旁邊駛 過﹐或其它機器被開動。另一些振源則 來自機床內部﹐如主軸軸承磨損﹑驅動 電機振動等等。
1, 粗糙度標准片比較法
應用表面粗糙度標准片與工件觸覺或視覺 上的量測方法. 一般標準片已預先制成4到 至8個不同等級的Ra值或其它相關參數值, 同時有不同加工方式之比較片, 如Lathing,
Milling or Grinding. 不確定度: 約30%;
2.探針式雷射干涉感測儀:
結合探針式表面粗糙度量測儀雷射干涉 儀和精密滑台設計 特色: 利用雙軸雷射干涉儀分別量取探 針縱向及橫向位移。適用於相機鏡頭、 光碟、CD Reading Head等表面面輪廓 量測工作, 唯價格高是其缺點。
Rp/Rv
最大波峰高度----Rp, 最大波谷深度----Rv, 如下圖. 取樣長度內算出
PC
波峰數(Peak Count, PC), 如下圖. 波峰數以中心線為對稱基準,先設
定一寬帶,再計算每單位時超過 此寬帶之峰谷對的數目。 設定寬帶: C1=C2= 一定值或Ry的 百分比.
Sm
平均波峰間距 (Mean Peak Spacing; Sm) 下圖所示平均波峰問距為求取PC時, 所計
粗糙度與波度,輪廓(3)
假設零件名義上是平直的﹐機床加工方 向不直或不平就會造成輪廓誤差。這種 誤差重復性很高﹐因為機器遵循著相同 的不平直路徑進行操作。
粗糙度與波度,輪廓(4)
這三個組成部分同時存在﹐相互疊加。 但在許多情況下需要單獨檢查各自的狀 態。為了解決這個問題﹐我們假設（這 一假設在大多數情況下是正確的）﹕與 波度相比﹐粗糙度的波長較短。同樣﹐ 與輪廓相比﹐波度的波長較短。
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三,切斷長度/標準長度/評估長 度
濾波長度(或切斷長度) 濾波器從波形中分離
出粗度, 也即粗度曲線中最長曲線波形長度;
取樣長度等于濾波長度(或切斷長度)
標準長度/評估長度
原則上評估長度應為切斷值的3倍以上
四、表面粗糙度參數
三大類: 1.振幅參數-由波峰,波谷同時決定(垂直特性)
2.波長或間距參數-表面上間距決定(水平特 性)
Ry(ISO,JIS)
全粗糙度高度(最大高度)---Ry(ISO,JIS); Ry=(Peakmax-Valleymin)sampling length
Ry(DIN)
全粗糙度高度(最大高度)--Ry(DIN); 在各取樣長度內, 求出各Zi, 而在各 Zi中最大值稱為Ry(DIN)=Rmax;
Rmax對零件表面的劃傷﹑毛刺之類的缺 陷非常敏感﹐很適合于檢驗這樣的狀態。 然而﹐由于生產過程中的個別劃痕或毛 刺往往不具有代表性﹐所以Rmax不適于 監控工序的穩定性
基本原理:
測針沿工件表面某一方向運動, 把采集 到垂直方向移動轉換成電信號並經放大, 瀘波處理, 統計分析得到不同的粗糙度參 數值.
Note:
a. 一般: 5um 半徑, 90度角,錐形接觸力 不超過15mN(1.5g)。 Ra與測針半徑關 系: 半徑與實際Ra比值越大, 顯示變小; 比值>20倍時, 誤差越大
數山峰(山峰/山谷之周期)之平均波長, 與PC值之倒數相同. Sm= 1/N Σsmi
同樣必須設定寬帶
Sk
振幅分布偏斜度( skewness ,Sk), 又稱非對 稱度, 下圖所示. Sk=1/((Rq)3. N) ΣYi3
此參數顯示波形中波峰及波谷之突出 數量比, 此數值為正時, 表示有突出波峰 ; 此數值為負時, 表示有突出波谷, 對於 耐磨較佳的表面此值應為負.
3.光探針式自動對焦伺服探頭感測 法
以雷射式收錄器替代探針式收錄器, 通常 配有雙軸精密滑台, 透過軟體記錄分析, 可作2D或3D Roughness量測。
N0TE: 非接觸式Laser探頭適用於軟性材 質工件, 唯價格過高, 且對於工件反光折 射不好, 如黑色材料,則無法應用。
4.氣動表面測量法
表面粗糙度及量測
目錄
一,表面質量 二, 加工方式與表面粗糙度及成本 三,切斷長度/標準長度/評估長度 四,表面粗糙度參數 五, 表示符號 六, 表面粗糙度之量測方法
引言
表面质量的特性是零件最重要的特性之一， 在 计量科学中表面质量的检测具有重要的地位。
不同用途之產品會有不同表面粗糙度的需求。
較低的光潔度對于盡快加工零件和盡量減 少輔助工作量有明顯的經濟效益。何況 在某些用途中﹐一定的粗糙性可以提高 零件的功能﹐有些零件甚至明確規定了 最大和最小粗糙度的值。舉例來說﹐具 有一定粗糙度的表面常常可以增加漆層 或其它涂敷層的黏附性。