表面粗糙度测量仪的工作原理（精选10篇）
表面粗糙度测量仪的工作原理 第1篇
表面粗糙度测量仪的工作原理
分析及其改进方案
阳旭东
(贵州工业大学机械系，贵州 贵阳550003)摘 要：分析了传统表面粗糙度测量仪的基本原理，对采用计算机系统的改进方案进行了讨论，并指出其发展方向。
关键词：表面粗糙度；表面粗糙度测量仪；计算机 中图分类号：TH71 文献标识码：A
0 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。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Taylor-Hobson公司研制成功表面粗糙度测量仪“泰吕塞夫(TALYSURF)”。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。本文将详细讨论表面粗糙度测量仪的原理及其改进方案。传统表面粗糙度测量仪的工作原理
1.1 针描法
针描法又称触针法。当触针直接在工件被测表面上轻轻划过时，由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针将在垂直于被测轮廓表面方向上产生上下移动，把这种移通过电子装置把信号加以放大，然后通过指零表或其它输出装置将有关粗糙度的数据或图形输出来。1.2 仪器的工作原理
采用针描法原理的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成，见图1。
图1 测量系统图 图2 电感传感器工作原理图
电感传感器是轮廓仪的主要部件之一，其工作原理见图2，在传感器测杆的一端装有金刚石触针，触针尖端曲率半径r很小，测量时将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，利用驱动器以一定的速度拖动传感器。由于被测表面轮廓峰谷起伏，触状在被测表面滑行时，将产生上下移动。此运动经支点使磁芯同步地上下运动，从而使包围在磁芯外面的两个差动电感线圈的电感量发生变化。
图3为仪器的工作原理主框图。传感器的线圈与测量线路是直接接入平衡电桥的，线圈电感量的变化使电桥失去平衡，于是就输出一个和触针上下的位移量成正比的信号，经电子装置将这一微弱电量的变化放大、相敏检波后，获得能表示触针位移量大小和方向的信号。此后，将信号分成三路：一路加到指零表上，以表示触针的位置，一路输至直流功率放大器，放大后推动记录器进行记录；另一路经滤波和平均表放大器放大之后，进入积分计算器，进行积分计算，即可由指示表直接读出表面粗糙度Ra值。
图3 传统表面粗糙度测量仪工作原理框图
指零表的作用反映铁芯在差动电感线圈中所处的位置。当铁芯处于差动电感线圈的中间位置时，指零表指针指示出零位，即保证处于电感变化的线性范围之内。所以，在测量之前，必须调整指零表，使其处于零位。噪声滤波的目的在于剔除一些干扰信号，如电气元件的噪声所引起的虚假信号。大量的测试表明，高于400Hz的信号即不是被测表面粗糙度所引的信号，必须从总信号中加以剔除。所以噪声滤波器是一种低通(低频能通过)滤波器，它使400Hz以下的低频信号顺利通过，而将400Hz以上的高频信号迅速衰减，从而达到滤波的目的。波度滤波的目的则是用以滤掉距大于取样长度的波度，因此它是一个高通(高频能通过)滤波器，使表面粗糙度所引起的高频(相对于波度引起的低频而言)信号能自由通过。
经过噪声滤波和波度滤波以后，剩下来的就是与被测表面粗糙度成比例的信号，再经平均表放大器后，所输出的电流I与被测表面轮廓各点偏离中线的高度y的绝对值成正比，然后经积分器完成0ydx的积计算，得出Ra值，由指零表显示出来。
这种仪器适用于测定0.02-10μm的Ra值，其中有少数型号的仪器还可测定更小的参数值，仪器配有各种附件，以适应平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。测量迅速方便，测值精度高。
传统表面粗糙度测量仪的不足
传统表面粗糙度测量仪存在以下几个方面的不足：
(1)测量参数较少，一般仅能测出Ra、Rz、Ry等少量参数；
(2)测量精度较低，测量范围较小，Ra值的范围一般为0.02-10μm左右；(3)测量方式不灵活，例如：评定长度的选取，滤波器的选择等；(4)测量结果的输出不直观。
造成上述几个方面不足的主要原因是：系统的可靠性不高，模拟信号的误差较大且不便于处理等。对传统表面粗糙度测量仪的改进
3.1 传统表面粗糙度测量仪的改进方案
为了克服传统表面粗糙度测量仪的不足，应该采用计算机系统对其进行改进。例如，英国兰克精密机械有限公司制造的“泰吕塞夫(TALYSURF)”10型和我国哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪就采用了计算机系统，使其性能较之传统表面粗糙度测量仪有极大的提高。其基本原理如图4所示，从相敏整流输出的模拟信号，经过放大及电平转换之后进入数据采集系统，计算机自动地将其采集的数据进行数字滤波和计算，得到测量结果，测量结果及轮廓图形在显示器显示或打印输出。
图4 改进后的表面粗糙度测量仪工作原理框图
要采用计算机系统对传统的表面粗糙度测量仪进行改进，就要编制相应的计算机软件，最好采用比较直观的菜单形式。可以按如图5所示的菜单使用流程图编制软件：
图5 菜单使用流程框图
3.2 改进后的表面粗糙度测量仪的功能及使用效果
由于采用计算机系统，将模拟信号转换为数字信号进行灵活的处理，显著地提高了系统的可靠性，所以既大大增加了测量参数的数量，又提高了测量精度。例如：哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪的测量参数多达二十六个，测量范围为0.001～50μm，可任选1～5倍的取样长度作为评定长度，测量结果及图形在显示器、打印机或绘图仪上非常直观地输出来。它还采用了较为先选的可选择的数字滤波器，它与模拟滤波器相比其特性更为准确，且不会有元器件参数误差带来的影响。
另一方面，若在表面粗糙度测量仪测量实验的教学过程中引入改进后的表面粗糙度测量仪，就实验的直观教学功能而言，也很有意义。改进后的电动输廓仪，通过计算机软件与硬件的结合(尤其是软件)大大加强了实验过程的直观性，这体现在以下几个方面：
(1)整个实验过程非常直观地通过软件的各级菜单进行控制。操作简单、一目了然。(2)输入与显示同步，即在测量进行过程的同时，触针在被测表面上滑行的轨迹动态地显示在计算机屏幕上。
(3)测量结果及相关图形能非常直观地、准确地输出在显示器、打印机或绘图仪上。很显然，以上这些直观的教学效果是其它传统的表面粗糙度测量实验方法所不具备的。它在得到正确的测量结果的同时，还充分运用了直观教学的原理，帮助学生加深对表面粗糙度的概念及其各种参数的直观理解。结 语
(1)传统的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成，从输入到输出全过程均为模拟信号。而在传统的表面粗糙度测量仪的基础上，采用计算机系统对其进行改进后，通过模-数转换将模拟量转换为数字量送入计算机进行处理，使得仪器在测量参数的数量、测量精度、测量方式的灵活性、测量结果输出的直观性等方面有了极大的提高。
(2)从前面的分析知，整个改进方案并不复杂，因此对于目前仍广泛使用的传统的表面粗糙度测量仪的改进具有一定的意义。
(3)随着电子技术的进步，某些型号的表面粗糙度测量仪还可将表面粗糙度的凹凸不平作三维处理，测量时在相互平行的多个截面上进行，通过模-数变换器，将模拟量转换为数字量，送入计算机进行数据处理，记录其三维放大图形，并求出等高线图形，从而更加合理的评定被测面的表面粗糙度。
表面粗糙度测量仪的工作原理 第2篇
机械零件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零件尺寸公差要求越小，机械零件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。例如一些机器、仪器上的手柄、手轮以及卫生设备、食品机械上的某些机械零件的修饰表面，它们的表面要求加工得很光滑即表面粗糙度要求很高，但其尺寸公差要求却很低。在一般情况下，有尺寸公差要求的零件，其公差等级与表面粗糙度数值之间还是有一定的对应关系的。
在一些机械零件设计手册和机械制造专著中，对机械零件的表面粗糙度和机械零件的尺寸公差关系的经验及计算公式都有很多介绍，并列表供读者选用，但只要细心阅来，就会发现，虽然采取完全相同的经验计算公式，但所列表中的数值也不尽相同，有的还有很大的差异。这就给不熟悉这方面情况的人带来了迷惑。同时也增加了他们在机械零件工作中选择表面粗糙度的困难。
在实际工作中，对于不同类型的机器，其零件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在现有的机械零件设计手册中，反映的主要有以下3种类型：
第1类主要用于精密机械，对配合的稳定性要求很高，要求零件在使用过程中或经多次装配后，其零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的10%，这主要应用在精密仪器、仪表、精密量具的表面、极重要零件的摩擦面，如汽缸的内表面、精密机床的主轴颈、坐标镗床的主轴颈等。
第2类主要用于普通的精密机械，对配合的稳定性要求较高，要求零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的25%，要求有很好密合的接触面，其主要应用在如机床、工具、与滚动轴承配合的表面、锥销孔，还有相对运动速度较高的接触面如滑动轴承的配合表面、齿轮的轮齿工作面等。
第3类主要用于通用机械，要求机械零件的磨损极限不超过尺寸公差值的50%，没有相对运动的零件接触面，如箱盖、套筒，要求紧贴的表面、键和键槽的工作面;相对运动速度不高的接触面，如支架孔、衬套、带轮轴孔的工作表面、减速器等等。
在此我们对机械设计手册中的各类表值进行统计分析，将旧的表面粗糙度国家标准(GB103168)转换为参照采用国际标准ISO颁布的1983年的新的国家标准(GB103183)，采用优先选用的评定参数，即轮廓算术平均偏差值Ra=(1)/(l)∫l0|y|dx。并采用Ra优先选用的第一系列数值，推导出表面粗糙度Ra与尺寸公差IT之间的有关关系式为
第1类：Ra≥1.6 Ra≤0.008×IT
Ra≤0.8Ra≤0.010×IT
第2类：Ra≥1.6 Ra≤0.021×IT
Ra≤0.8Ra≤0.018×IT
第3类：Ra≤0.042×IT
将上述3种关系式列表，如表1、表2、表3所示。
表1 公差等级与表面粗糙度值(用于精密机械)
表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零件表面质量的主要依据;它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本，
机械零件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零件尺寸公差要求越小，机械零件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。例如一些机器、仪器上的手柄、手轮以及卫生设备、食品机械上的某些机械零件的修饰表面，它们的表面要求加工得很光滑即表面粗糙度要求很高，但其尺寸公差要求却很低。在一般情况下，有尺寸公差要求的零件，其公差等级与表面粗糙度数值之间还是有一定的对应关系的。
在一些机械零件设计手册和机械制造专著中，对机械零件的表面粗糙度和机械零件的尺寸公差关系的经验及计算公式都有很多介绍，并列表供读者选用，但只要细心阅来，就会发现，虽然采取完全相同的经验计算公式，但所列表中的数值也不尽相同，有的还有很大的差异。这就给不熟悉这方面情况的人带来了迷惑。同时也增加了他们在机械零件工作中选择表面粗糙度的困难。
在实际工作中，对于不同类型的机器，其零件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在现有的机械零件设计手册中，反映的主要有以下3种类型：
第1类主要用于精密机械，对配合的稳定性要求很高，要求零件在使用过程中或经多次装配后，其零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的10%，这主要应用在精密仪器、仪表、精密量具的表面、极重要零件的摩擦面，如汽缸的内表面、精密机床的主轴颈、坐标镗床的主轴颈等。
第2类主要用于普通的精密机械，对配合的稳定性要求较高，要求零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的25%，要求有很好密合的接触面，其主要应用在如机床、工具、与滚动轴承配合的表面、锥销孔，还有相对运动速度较高的接触面如滑动轴承的配合表面、齿轮的轮齿工作面等。
第3类主要用于通用机械，要求机械零件的磨损极限不超过尺寸公差值的50%，没有相对运动的零件接触面，如箱盖、套筒，要求紧贴的表面、键和键槽的工作面;相对运动速度不高的接触面，如支架孔、衬套、带轮轴孔的工作表面、减速器等等。
在此我们对机械设计手册中的各类表值进行统计分析，将旧的表面粗糙度国家标准(GB103168)转换为参照采用国际标准ISO颁布的1983年的新的国家标准(GB103183)，采用优先选用的评定参数，即轮廓算术平均偏差值Ra=(1)/(l)∫l0|y|dx。并采用Ra优先选用的第一系列数值，推导出表面粗糙度Ra与尺寸公差IT之间的有关关系式为
第1类：Ra≥1.6 Ra≤0.008×IT
Ra≤0.8Ra≤0.010×IT
第2类：Ra≥1.6 Ra≤0.021×IT
Ra≤0.8Ra≤0.018×IT
第3类：Ra≤0.042×IT
将上述3种关系式列表，如表1、表2、表3所示。
表1 公差等级与表面粗糙度值(用于精密机械)
表面粗糙度测量仪的工作原理 第3篇
近年来,随着机械、电子及光学工业的飞速发展,对精密机械加工表面的质量要求日益提高。作为衡量零件加工质量的一个重要指标,表面粗糙度直接影响零件的配合、磨损、腐蚀等性质,如何实现加工过程中的产品质量控制,实现实时在线检测,具有广泛的应用前景。由于粗糙表面本身是一个非平稳随机过程,其散射光分布异常复杂,因此,粗糙表面的散射光模式一直是表面检测、表面光学特性表征等相关领域的研究热点[1]。本文介绍的表面粗糙度测量是运用激光束在加工表面的散射原理,借助Matlab软件开发平台,提出一种实用、可视化、三维化的表面检测系统,旨在快速准确的对超精细加工的零件表面进行检测、分析和处理,从而为质量评价提供依据。
1 测量原理
1.1 光散射原理
根据几何光学原理,反射光和散射光的强弱与物体的表面粗糙度有关[2]。如图1所示,当一束激光投射到被测表面上时,由于受微观形貌对光干涉和衍射因子的调制,使得反射光束在空间180°范围内形成中心反射光斑和两翼的散射光带,表面散射光角度分布与表面粗糙度具有一一对应关系。
散射光能分布的方差S:
由于受测量孔径的限制,实际测量系统不可能也没必要接收整个空间(-π/2,π/2)的散射光,同时光电接收器阵列的光敏单元是离散的,因此可将上式转换为
Sn用于描述被测表面描述了被测表面的散射光能分布情况,可称为“光学散射特征值”,作为光散射法测量表面粗糙度的特征物理量[3]。用已知表面粗糙度参数的试件作为表面粗糙度标准样块。测得对应的值Sn,即可建立SnaR关系曲线,从而实现利用光散射法测量工件表面粗糙度。
1.2 散射光强的二维分布的粗糙度测量方法
从上述分析可知,应用这种计算方法是考虑到表面的微观形貌分布在很大程度上具有纹理一致性。然而,并不是所有的粗糙表面都具纹理一致性,即各种不同的表面加工方法得到的一致性不一样。只取一维的信息来处理,测量就不能全面反映表面粗糙度的真实情况[4]。为了反映散射光角分布特征,引入辐射立体角分布矩,在远场条件下给出利用二维光强分布统计辐射立体角分布矩的方法,由此得到利用散射光能量分布密度测量表面形貌参数的新方法。
由图1,设成像面与xS垂直散射点到成像面的距离为r,当r>>dx且r>>dy时,成像面观测点的微积分为d s=r2 dθdϕ,Ω为散射成像的整个立体角,则散射光能量的角分布密度,辐射立体角分布矩:
由于成像在一个平面上,且图像采集用CCD摄像头,因此,须将上述球坐标换算为成像面上的离散统计形式,有:
M(θ)和M(ϕ)分别反映了散射光能沿θ和ϕ方向分布的加权离散程度。可以用已知粗糙度参数值的工件做标准模块,测量对应的M(θ)和M(ϕ),并把测量结果存储起来作为参照,建立其函数关系,从而实现利用激光二维散射法测量表面横向形貌参数[5]。
2 系统原理与构成
2.1 系统结构
系统结构图如图2,系统由光学测量模块、数据采集模块和便携式PC机三部分组成。采用半导体激光器作光源,凸透镜、针孔及透镜组成扩束准直系统,其后形成的无衍射光束(入射光束)从被测表面反射出来,在CCD上成像,再经信号处理电路放大后送入高速A/D转换器进行数据采集,输出的二进制数字信号经USB接口芯片送入便携式PC机,由PC机借助基于Matlab开发的应用软件,完成最终的数字滤波、数据处理和显示等工作,实现图像提取与数据处理自动化[6]。
2.2 测量光路
测试光路如图3所示。使用如图3所示的实验装置,系统采用工业半导体激光器(波长λ=650 nm,功率为5 m W)作光源,发出准直高斯光束(直径为3 mm),经过斩波器后,聚焦到被测工件的表面。反射散射光经过凸透镜,变成平行光,被45°放置的反透镜反射后,在毛玻璃成像屏上成像,CCD摄像头则把毛玻璃上的成像实时抓拍下来,从工件表面反射出来的散射光在像平面上会根据表面形貌的不同而呈现不同的亮度和位置,因此对CCD采集到的图像进行处理就能将工件表面的形貌显示出来[7]。
2.3 信号采集
CCD输出的模拟信号比较微弱,必须经过放大后才能进行AD转换[8]。电路图如图4所示。传感器的信号首先通过一个钳位电路,然后经过放大电路,该电路除了要将信号幅值放大,还要保证不出现相移和失真。因而该电路应具有输入高阻抗、低漂移、宽频带、高增益的特点。
A/D转换器选用MAX1338,是一款4通道、多量程、软件可编程、14位的同步采样模数转换器。USB芯片选用CFX2系列产品中的第一款支持USB2.0协议的CY7C68013。单片机按照编制的该参数值的数据处理程序对输入的数字信号进行处理,并将结果通过LED显示器显示出来,并将结果存储到静态随机存储器中。当需要将结果打印出来时,选择键盘上的打印按钮即可[9]。
2.4 数据处理
在表面粗糙度测量中,信号采集与处理非常重要。由于Matlab有方便的接口设计,功能完善的信号处理工具箱,丰富的数值运算函数及GUI工具,可以很好的完成表面粗糙度测量信号采集,FIR数字滤波,最小二乘中线求解,评定参数计算以及各种轮廓图形的显示[10]。所以,采用MATLAB软件包对数据进行分析处理和可视化操作。
3 实验结果与分析
当被测对象的材料、形状、加工方法等不同时,传感器有不同的特性曲线,传感器元器件参数的变化也会影响到其特性曲线。采用串行EEPROM技术,利用其可在线擦写特性,在标定或校核时,先对仪器的传感器和放大电路进行调整确定,然后用仪器测量每种加工方法的3个不同等级的标准试件,将测量结果自动存入EEPROM中,当从键盘上输入标准试件的表面粗糙度Ra值时(该Ra值可事先由电动轮廓仪测得),单片机采用分段线性法自动生成标定曲线表格保存于EEPROM中。这样,每一台仪器都可以针对不同的应用场合得到各自的标定曲线,且容易修改,从而保证了测量精度并扩大了仪器的测量范围。
实验中,将三块车削后经过抛光具有不同粗糙度的金属工件做为试件,用NT1100三维表面轮廓仪测得每个试件基本表面粗糙度参数,同时用本测量系统利用所建立的模型,对每个试件进行多次重复测量,按照示值误差和示值变动性定义进行数据处理和计算,各试件测量的数据统计如表1所示。
从测试结果可以看出,测量值与标准值很接近,具有很好的精度。且在测量范围内示值误差不大于±10%、示值变动性不大于±10%,可以看出粗糙度精度等级越高,示值误差和示值变动性就越大,符合测量误差的变化规律。
4 结论
文中针对现代工业中亟需解决的在线测量工件表面粗糙度问题,运用激光二维散射测得零件表面粗糙度的相关参数,通过CY7C68013完成对CCD输出信号的数据采集任务,进而利用Matlab强大的信号处理、数据分析功能实现零件表面粗糙度实时计算和显示。该系统运用模块化设计,方法结构简单,具有测量速度快、对器件表面起伏敏感、计算机直接反映表面形貌、可在线测量等优点,可广泛用于精密平面类零件的表面粗糙度测量,有很好的实用价值和发展前景。
参考文献
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车床工件表面粗糙度的原因及措施 第4篇
【摘 要】主要分析了影响车床工件表面粗糙度的各种因素，及改善表面质量的几种方法。
【关键词】车床工件；表面粗糙度；原因；措施
各种车床都有其最经济、最适合达到的表面粗糙度范围，如果要求达到的粗糙度水平超过其经济水平，将导致成本急剧上升，如果要求达到的粗糙度水平太低则会造成资源浪费。因此，要综合考虑与分析切削加工中影响表面粗糙度的各种因素，包括刀具的选择与利用、切削速度和进给量等，来达到要求的表面粗糙度。
1.影响工件表面粗糙度的因素
1.1残留面积
两条切削刃在已加工表面上残留未被切去部分的面积，称为残留面积，残留面积越大，高度就越高，则表面粗糙度值越大。
1.2积屑瘤
用于等速度切削塑性金属产生积屑瘤以后，因积屑瘤既不规则又不稳定，所以，一方面其不规则部分代替切削刃切削，留下深浅不一的痕迹；另一方面，一部分脱落的积屑瘤嵌入工件已加工表面，使之形成硬点和毛刺，表面粗糙度值增大。
1.3振动
刀具、工件或车床部件产生周期性振动，会使已加工表面出现周期性的波纹，糙度明显增大。
2.减小工件表面粗糙度的方法
生产中若发现工件表面粗糙度达不到技术要求，应首先观察表面粗糙度增大的现象，分析产生的原因，找出影响表面粗糙度的主要因素，然后提出解决的方法。介绍几种常见的表面粗糙度增大的现象和解决的方法。
2.1残留面积的高度引起的表面粗糙度增大
应减小刀具主偏角和副偏角（一般减小偏角对减小表面粗糙度效果明显），增大刀尖圆弧半径，减小进给量。
2.2工件表面产生毛刺引起表面粗糙度增大
工件表面上产生毛刺，一般是由于积屑瘤引起的，这时可用改变切削速度的方法来抑制积屑瘤的产生和长大，如用高速钢车刀时应降低切削速度，使其小于5m/min，并加注切削液；用硬质合金车刀时应增大切削速度，避开最易产生积屑瘤的中速范围（15-30-m/min）。因此，应尽量减小前、后刀面的表面粗糙度，及时重磨或更换刀具，经常保持刀具的锋利。
2.3切屑擦毛工件表面
切屑擦毛的工件表面一般是无规则的很浅的划纹，这时应选用负值刃倾角的车刀，使切屑流向工件待加工表面，并采用断屑或卷屑措施。
2.4振动引起工件表面粗糙度增大
振动引起工件表面粗糙度增大所需采用的解决办法如下：
（1）调整主轴间隙，提高轴承精度，调整大、中、小滑板塞铁，使间隙小于0.04mm；（2）合理选择刀具几何参数，经常保持切削刃光洁和锋利，增加刀具的安装刚度；（3）增加工件的安装刚度。工件装夹时不宜悬伸太长，装夹细长轴时应用中心架；（4）选择较小的背吃刀量和进给量，或降低切削速度。
2.5改善工件材料的性能
采用热处理工艺以改善工件材料的性能是减小其表面粗糙度值的有效措施。例如，工件材料金属组织的晶粒越均匀，粒度越细，加工时越能获得较小的表面粗糙度值。为此对工件进行正火或回火处理后再加工，能使加工表面粗糙度值盼显减小。
2.6选择合适的切削液
切削液的冷却和润滑作用均对减小加工表面的粗糙度值有利，其中更直接的是润滑作用，当切削润滑液中含有表面活性物质如硫、氯等化合物时，润滑性能增强，能使切削区金属材料的塑性变形程度下降，从而减小了加工表面的粗糙度值。
2.7选择合适的刀具材料
不同的刀具材料，由于化学成分的不同，在加工时刀面硬度及刀面粗糙度的保持性，刀具材料与被加工材料金属分子的亲合程度，以及刀具前后刀面与切屑和加工表面间的摩擦系数等均有所不同。
2.8防止或减小工艺系统振动
工艺系统的低频振动，一般在工件的加工表面上产生表面波度，而工艺系统的高频振动将对加工的表面粗糙度产生影响。为降低加工的表面粗糙度值，则必须采取相应措施以防止加工过程中高频振动的产生。
3.实际操作
3.1高速钢车刀刃磨的一般步骤和方法
高速钢车刀刃磨的一般步骤和方法如下：
（1）刃磨后刀面。其目的是磨出车刀的主偏角和后角。刃磨前，将车刃刀柄向左偏斜，使刀柄中心线与砂轮圆周面之间形成主偏角大小的角度，并把刀头抬起，使刀柄底线与水平面之间的夹角成后角大小的角度。刃磨时，将车刀的后刃面自下而上地慢慢接触砂轮，并左右轻轻移动，使砂轮在整个圆周面上与刀具接触。
（2）刃磨副后刀面。其目的是磨出车刀的副偏角和侧后角。刃磨副后刀面与刃磨主后刀面的方法基本相同、其不同点是要将车刃刀柄向片偏斜。
（3）刃磨前刀面。其目的是磨出车刀的前角和刃倾角，将前刀面面对砂轮，刀柄尾部向下倾斜，使主切削刃与刀柄的底面平行（此时刃倾角为零），并将车刀沿主切削刃向下倾斜成前角大小的角度。这时，将车刀沿主切削刃方向左右倾斜，若使刀尖在主切削刃的最高点，则刃倾角为负值；若使刀尖在主切削刃的最低点，则刃倾角为正值。
（4）刃磨过渡刃，在主切削刃与副切削刃之间刃磨过渡刃（刀尖圆弧）。在刃磨时应使车刀底平面与水平面之间的夹角（即过渡刃处的后角）与车刀的后角协调一致。
（5）精磨。在较细硬的砂轮上将车刀各面进行仔细修磨，以修正车刀的几何形状和角度，使其符合要求，并减小车刀的表面粗糙度值。
（6）研磨。用平整的氧化铝油石，轻轻研磨车刀的后刀面和过渡刃，并研磨去切削刃在刃磨时留下的毛刺，以进一步降低各切削刃及各面的表面粗糙度值，从而提高车刀的耐用度。
3.2硬质合金车刀刃磨的一般步骤和方法
以车削钢料的90°主偏角车刀为例，介绍手工刃磨硬质合金车刀的步骤。
（1）刃磨前准备。先把车刀前刀面、后刀面上的焊渣磨去，并磨平车刀的底平面。
（2）刃磨后角和副后角。粗磨出的后角、副后角应比所要求的角度大2°左右，刃磨时，采用粗粒度的绿色碳化硅砂轮。精磨后角和剐后角的方法，刃磨时，将车刀底平面靠在调整好角度的搁板上（没有搁板时，手应捏紧刀柄形成一定的角度），并使切削刃轻轻靠在砂轮的端面上。刃磨时，车刀应左右缓慢移动，使砂轮磨损均匀，切削刀刃口平直。砂磨时，采用细粒度的绿色碳化硅砂轮。
（3）刃磨断屑槽。不同槽形对砂轮的外形有不同的要求，如刃磨圆弧形断屑槽，必须先把砂轮的外因与平面的交角处用修砂轮的金刚石笔（或用硬砂条）修整成相应的圆弧。刃磨时，刀尖可向下磨或向上磨。
（4）刃磨负倒棱。刃磨负倒棱的磨削方法可以采用直磨法和横磨法。刃磨时，用力要轻，车刀要沿主切削刃的后端向刀尖方向摆动。为了保证切削刃的质量，最好采用直磨法。负倒棱的宽度一般为0.5一0.8mm，也可以用修磨后刀面来控制。
（5）刃磨过渡刃。过渡刃有直线形和圆弧形两种。对于刃磨车削较硬材料的车刀时，可以在过渡刃上磨出负倒棱。对于大进给量车刀，可用相同的方法在副切削刃上磨出修光刃。
（6）研磨。刃磨后的切削刃—般不够平滑光洁，刃口呈锯齿形。切削时，会影响工件表面粗糙度，所以刀磨后的车刀应用金刚石进行研磨，以消除刃磨后的残留痕迹。
总之，在车床切削加工中，金属加工件表面粗糙度形成的一系列相关因素以及控制措施。各措施相互联系、相互影响。企业生产产品时综合考虑各因素选择出符合质量、效益要求的合理值，为制定加工工艺、选择设计刀具，提供直接依据。
【参考文献】
[1]周泽华.金属切削原理[M].上海：上海科学技术出版社.
表面粗糙度轮廓及其检测 第5篇
思 考 题
5-1 为了研究机械零件的表面结构而采用的表面轮廓是怎样确定的？实际表面轮廓上包含哪三种几何误差？
5-2 表面结构中的粗糙度轮廓的含义是什么？它对零件的使用性能有哪些影响？
5-3 测量表面粗糙度轮廓和评定表面粗糙度轮廓参数时，为什么要规定取样长度？标准评定长度等于连续的几个标准取样长度？ 5-4 为了评定表面粗糙度轮廓参数，首先要确定基准线，试述可以作为基准线的轮廓的最小二乘中线和算术平均中线的含义？ 5-5 试述GB？T3505-2000《产品几何技术规范 表面结构 轮廓法 表面结构的术语、定义及参数》规定的表面粗糙度轮廓更衣室参数中常用的两个幅度参数和一个间距参数的名称、符号和含义？ 5-6 规定表面粗糙度轮廓的技术要求时，必须给出的两项基本要求是什么？必要时还可给出哪些附加要求？
5-7 试述在表面粗糙度轮廓代号上给定幅度参数Ra或Rz允许值（上限值、下限值或者最大值、最小值）的标注方法？按GB/T10610-1998《产品几何技术规范 表面结构要 轮廓法评定表面结构的规则和方法》的规定，各种不同允许值的合格条件是什么？ 5-8 试述表面粗糙度轮廓幅度参数Ra和Rz分别用什么量仪测量？试述这些量仪的测量原理和分别属于哪种测量方法？ 5-9 试述表面粗糙度轮廓幅度参数允许值的选用原则？
5-10 GB/T131-1993《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》规定了哪三种表面粗糙度轮廓符号？
5-11 试述表面粗糙度轮廓代号中幅度参数允许值和其他技术要求的标注位置？
习题
一、判断题 〔正确的打√，错误的打X〕
1.确定表面粗糙度时，通常可在三项高度特性方面的参数中选取。（）
2.评定表面轮廓粗糙度所必需的一段长度称取样长度，它可以包含几个评定长度。（）
3.Rz参数由于测量点不多，因此在反映微观几何形状高度方面的特性不如Ra参数充分。（）
4.Ry参数对某些表面上不允许出现较深的加工痕迹和小零件的表面质量有实用意义。（）
5.选择表面粗糙度评定参数值应尽量小好。（）
6.零件的尺寸精度越高，通常表面粗糙度参数值相应取得越小。（）
7.零件的表面粗糙度值越小，则零件的尺寸精度应越高。（）8.摩擦表面应比非摩擦表面的表面粗糙度数值小。（）9.要求配合精度高的零件，其表面粗糙度数值应大。（）10.受交变载荷的零件，其表面粗糙度值应小。（）
二、选择题（将下列题目中所有正确的论述选择出来）1．表面粗糙度值越小，则零件的＿＿。A．耐磨性好。B．配合精度高。C．抗疲劳强度差． D．传动灵敏性差。E．加工容易。
2．选择表面粗糙度评定参数值时，下列论述正确的有＿＿． A．同一零件上工作表面应比非工作表面参数值大。B．摩擦表面应比非摩擦表面的参数值小。C．配合质量要求高，参数值应小。D．尺寸精度要求高，参数值应小。E．受交变载荷的表面，参数值应大。3．下列论述正确的有＿＿。
A．表面粗糙度属于表面微观性质的形状误差。B．表面粗糙度属于表面宏观性质的形状误差。C．表面粗糙度属于表面波纹度误差。
D．经过磨削加工所得表面比车削加工所得表面的表面粗糙度值大。E．介于表面宏观形状误差与微观形状误差之间的是波纹度误差。4．表面粗糙度代（符）号在图样上应标注在＿＿。A． 可见轮廓线上。B． 尺寸界线上。C． 虚线上。
D．符号尖端从材料外指向被标注表面。E． 符号尖端从材料内指向被标注表面。
三、填空题
1．表面粗糙度是指＿＿。
2．评定长度是指＿＿，它可以包含几个＿＿。3．测量表面粗糙度时，规定取样长度的目的在于＿＿。
4．国家标准中规定表面粗糙度的主要评定参数有＿＿、＿＿、＿＿三项。
四．综合题
1．国家标准规定的表面粗糙度评定参数有哪些？哪些是基本参数？哪些是附加参数？
2评定表面粗糙度时，为什么要规定取样长度？有了取样长度，为什么还要规定评定长度？
3．评定表面粗糙度时，为什么要规定轮廓中线？ 4．将表面粗糙度符号标注在图2-38上，要求
（1）用任何方法加工圆柱面φd3，R a最大允许值为3.2μm。（2）用去除材料的方法获得孔φd1，要求R a最大允许值为3.2μm。（3）用去除材料的方法获得表面a，要求Ry最大允许值为3.2μm。
（4）其余用去除材料的方法获得表面，要求R a允许值均为25μm。5．指出图2-39中标注中的错误，并加以改正。
图 2-38 图2-39 6．试解释图1-5.1所示六个表面粗糙度轮廓代号中的各项技术要求？
7．试将下列的表面粗糙度轮廓技术要求标注在图1-5.2所示的机械加工的零件的图样上。
①φD1孔的表面粗糙度轮廓参数Ra的上限值为3.2μm； ②φD2孔的表面粗糙度轮廓参数Ra的上限值为6.3μm，最小值为3.2μm；
③零件右端面采用铣削加工，表面粗糙度轮廓参数Rz的上限值为12.5μm，下限值为6.3μm，加工纹理呈近似放射形； ④φd1和φd2圆柱面粗糙度轮廓参数Rz的上限值为25μm； ⑤其余表面的表面粗糙度轮廓参灵敏Ra的上限值为12.5μm。8．试将下列的表面粗糙度轮廓技术要求标注在图1-5.3所示的机械加工的零件的图样上。
①两上φd1圆柱面的表面粗糙度轮廓参数Ra的上限值为1.6μm，下限值为0.8μm；
②φd2轴肩的表面粗糙度轮廓参灵敏Rz的最大值为20μm； ③φd2圆柱面的表面粗糙度轮廓参数Ra的最大值为3.2μm，最小值为1.6μm；
④宽度为b的键槽两侧面的表面粗糙度轮廓参灵敏Ra的上限值为3.2μm；
⑤其余表面的表面粗糙度轮廓参灵敏Ra的最大值为12.5μm。
CAD表面粗糙度标注 第6篇
1.图形绘制(采用命令偏移和直线、极轴30°)2.定义属性下拉菜单绘图块定义属性对话框3.创建块(点图标对话框)完成后点击确定即可4.插入块(点图标对话框)在屏幕上点击所要插入的点，再在命令行输值如3.2、6.4等，
CAD表面粗糙度标注
表面粗糙度测量仪的工作原理 第7篇
2消除积削瘤的影响，对于积削瘤要较快的进行处理，对于表面上存有积削瘤的工件不进行切割，同时还要保证刀具表面不存有积削瘤。[5]
3选取质量较好的工件材料，这样在切割过程中就不会出现变形等情况。
4合理的控制加工速度，避免中速段。
5采用减振装置。
表面粗糙度测量仪的工作原理 第8篇
机加工零件表面由于在加工过程中的刀痕、切屑分离时的塑性变形、机床设备的高频振动等影响所产生的微小的峰谷称为表面粗糙度。表面粗糙度直接影响产品质量，快速、准确地测量表面粗糙度对于提高产品质量、改善加工条件等均具有重要意义。目前机加工表面粗糙度测量方法有接触式和非接触式测量[1]。接触式测量法即传统的触针扫描法，测量结果稳定可靠，测量灵敏度和横向分辨率较高。测量过程中触针与表面始终保持接触只能对表面进行一维测量，测量效率低。接触式测量尽管对测量力进行了严格控制，但不可避免地会划伤表面和磨损触针。非接触式测量以光学法为主，如光切法、干涉法、散射法和激光法等[2]，光学测量方法对软质表面无损伤，但对光源和测量环境有严格要求，调节光学仪器时人为的主观误差将使测量误差增大，且自动化程度不高，效率低。机器视觉测量技术具有非接触、高精度的优点，不仅可以实现在线测量，而且测量速度快、精度高，是表面粗糙度测量的发展方向。
图像的边缘是图像的基本特征以图像局部不连续的形式出现，表示图像中一个区域的终结和另一个区域的开始。图像的边缘信息包括了目标图像的轮廓信息，常用的经典边缘检测算子有Roberts、Sobel、Prewitt及Canny算子等，但是这些算子的精度均为像素级，不能满足高精度的边缘检测要求。亚像素边缘检测是通过分解边缘附近的像素来精确定位、细化边缘的方法，常用的算法有形心法、灰度重心法、拟合法和空间矩法等，其中利用矩原理的Zernike典的正交矩分析方法，除了对图像的几何变换具有旋转不变性外，还具有良好的抗噪能力和图像识别能力。
本文利用光切显微镜和CCD成像系统获取零件表面粗糙度的轮廓图像，通过改进Zernike矩方法提取了轮廓的亚像素边界，在此基础上采用最小二乘拟合法确定了轮廓基准中线，根据国家标准建立了轮廓的算术平均偏差Ra的数学模型，实现了机加工表面粗糙度的非接触、高精度测量。
1 光切法测量表面粗糙度系统构成
光切法测量原理如图1所示，光源的光线经狭缝及物镜形成带状光束以45°角的方向投射到被测表面，由于被测表面不是一个理想的光滑反射面，表面具有微小的峰谷，如图1(a)中S点为波峰，S'点为波谷，峰谷点产生反射，分别成像在a与a'点，在目镜中可以看到如图1(b)所示的与被测表面相似的弯曲光带，该光带反映了被测表面的微观几何形状[3]。
由光切显微镜的目镜千分尺测得a至a'点之间的距离h'，而被测表面实际微观不平度峰谷间的高度h为：
式中：h'为45°方向上的成像高度；N为物镜放大倍数。
光切法表面粗糙度测量系统如图2所示。将工业相机1安装在光切显微镜2的相机接口，被测量物3放置在载物台4上，被测物的加工表面经光切显微镜所得到的微观图像经工业相机千兆以太网传输至计算机6，测量系统对图像信号进行预处理、亚像素边缘特征提取、拟合中线，建立粗糙度测量模型自动计算被测物表面粗糙度数值。
2 表面粗糙度轮廓边缘亚像素特征提取
2.1 表面粗糙度轮廓图像预处理
由成像原理可知，光切显微镜的光源是通过狭缝照射在被测表面，而狭缝具有一定的宽度，图像放大后显示的是一条亮带，实际上亮带和背景的上边缘或下边缘即为被测表面微观轮廓，取其一即可。轮廓边缘是图像的基本特征以图像局部不连续的形式出现，表示图像中一个区域的终结和另一个区域的开始。对粗糙度带状图像的边缘特征提取既要将边缘断开连接起来，同时对于远离边缘曲线的像素点剔除掉。在图像采集和传输的过程中，由于受到多种因素影响，往往会导致图像降质[4]。必须对图像进行预处理，以去除噪声干扰、提高图像对比度，增强图像细节信息。预处理后的图像如图3所示，其中图3(a)为原始图像，图3(b)为预处理后的图像，图像边缘特征更加清晰。
2.2 改进Zernike矩的亚像素边缘特征提取
假设单位圆的圆心位于图像的某个像素点上，如果单位圆内存在边缘f(x,y)将该圆分割成两个部分，边缘模型如图4所示。
图4中h为背景灰度，k为阶跃灰度，则阴影部分的灰度值为h+k,l为圆心到边缘的垂直距离，�为边缘垂直线与x轴的夹角。
边缘f(x,y)的n阶m次Zernike矩定义为：
式中：V*nm(ρ,θ)为Zernike多项式；m,n为整数，n≥0,n≥|m|且n-|m|为偶数。
将图像顺时针旋转角度�，使�=0，则边缘f(x,y)与y轴平行，如图4(b)所示，旋转后的边缘为f‘(x,y)，则有：
根据Zernike矩定义，式(2)即为相应矩A'11的虚部位为：
图像旋转角度为：
Zernike矩具有旋转不变的特性，即旋转前后Zernike矩只改变相角，而幅值不变。由此可推导出A00、A11、A20所对应的积分核函数为：
旋转后图像的Zernike矩为：
由式(6)、式(7)、式(8)联立可求解其参数为：
假设在边缘检测过程中采用的模板大小为N×N，对放大效应进行修正，得到利用Zernike矩进行亚像素边缘检测的计算公式为：
式中：xi,yi为亚像素坐标值；x,y为原点坐标值。
式(9)为图5(a)所示的理想阶跃模型推导出边缘亚像素坐标值，但所获取表面粗糙度轮廓图像的边缘难以达到理想阶跃状态，必然存在如图5(b)所示的过渡区域。
在传统的Zernike算法中，利用kTl作为选取亚像素边缘的判定依据，由于2δ必须小于一个像素的长度，所以δ选取为一个像素长度的1/。由于阶跃灰度k的范围较大，阈值T对边缘的判断结果以及算法的精度有着极大的影响。本文根据过渡区域中图像的灰度值与阶跃灰度值在同一像素点具有相同的变化趋势，以最大类间方差法计算目标与背景基于阶跃灰度的最大类间方差从而得到最优的阈值T。
实际计算过程中，本文利用经典的Sobel算子确定表面粗糙度轮廓图像的像素级边缘，再利用上述改进的Zernike矩对像素级边缘进行亚像素定位，避免对整幅图像进行Zernike矩计算，提高了计算效率。最终获得表面粗糙度轮廓图像亚像素级边缘如图4所示。
3 表面粗糙度计算
3.1 基于图像边缘特征的最小二乘拟合中线
在粗糙度测量中中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，以此基准线评定表面粗糙度的幅度参数。在表面粗糙度带状图像边缘特征提后，确定其坐标位置，设测量图像的坐标系为x-o-y，表面粗糙度轮廓曲线为f(x)。本文以最小二乘拟合中线作为评定表面粗糙度的基准线，则最小二乘拟合中线的回归方程为：
回归系数分别为：
式中：m为采样点数，xi为采样点x轴坐标，yi为采样点y轴坐标
通过图4所提取的边缘点所对应的位置坐标，以最小二乘法拟合中线如图6所示。
最小二乘拟合中线回归方程中为：
表面粗糙度轮廓各点距离最小二乘中线的距离为轮廓偏距Zi:
在取样长度上的轮廓平均偏距为：
3.2 粗糙度评定参数模型
以国标GB/T3505-2009为依据，建立粗糙度评定参数模型。粗糙度评定参数各项参数包括幅度参数和间距参数，按国家标准规定必须标注的幅度参数为轮廓的算术平均偏差Ra，轮廓的算数平均偏差的定义为在一个取样长度内纵坐标值的绝对值的算数平均值，可以充分反映工件表面微观几何形状特征，本文在取样长度范围内建立轮廓算术平均偏差Ra的数学模型为：
式中：za为轮廓平均偏距，K为标定系数。
4 试验分析
4.1 标定
用CCD获取被测零件表面轮廓图像时，边缘信息会以像素为单位转换成数字信号，则被测表面的物点映射到图像平面上像素点，两者的位置之间存在确定的对应关系，要得到被测表面的粗糙度必须确定每个像素所代表的真实物理尺寸，即标定系数。本文使用标准刻度尺进行标定，在不同物镜放大倍数下测量刻度尺图像的像素数N(pixel)，已知刻度尺的尺寸L(μm)，则在幅度方向的标定系数K为：
4.2 试验
选取车外圆、立铣、刨削、平磨四种常见的机加工的表面粗糙度样块作为样本，验证算法的可行性、精度及算法耗时。表面粗糙度样块精度如表1所示。
根据不同的样块精度选取物镜放大倍数，通过本文方法对其进行多次测量取其平均值作为表面粗糙度测量值，表面粗糙度的测量数值曲线如图7所示。
由图7可知，磨削加工表面粗糙度在精度等级IT5和IT6时，由于精度等级高表面粗糙度在成像过程中的峰谷不明显故测量误差较大。其他加工工艺在精度等级IT7-IT10时所测量的相对误差控制在5%以内，测量时算法耗时控制在15ms级，具有良好的测量精度及实时性。
5 结论
1）基于光切显微图像的机加工表面粗糙度测量方法具有非接触、快速、高精度的特点，能够在工业生产中实现在线测量。
2）在提出的Zernike矩亚像素边缘算法的基础上，结合实际检测过程中的加工表面光切显微图像的特点，增加了边缘灰度最大类间方差法获取最优阈值的模型，准确地提取了表面粗糙度的亚像素轮廓，提高了测量的精度。
3）根据表面粗糙度几何要素的定义和特点，在表面粗糙度亚像素轮廓提取的基础上采用最小二乘中线建立了轮廓算术平均偏差的数学模型，直观、准确地描述了机加工零件的表面粗糙度。
参考文献
[1]赵永彪,苗雅丽.表面粗糙度的测量分析[J].制造业自动化,2011,33(3):6-8.
[2]刘颖,郎治国,唐文彦.表面粗糙度光切显微镜测量系统的研制[J].红外与激光工程,2012,41(3):775-779.
[3]麦青群,全燕鸣.基于显微成像法的机加工零件表面质量检测[J].现代制造工程,2012,(11):91-96.
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[8]蔡艳,叶连祥,孙大为,等.基于改进的Z e r n i k e矩亚像素边缘提取算法外螺纹非接触测量[J].上海交通大学学报,2014,48(10)1468-1478.
降低机械加工表面粗糙度的途径 第9篇
一、降低切削加工表面粗糙度的途径
1.选择合理的刀具几何参数
在理想切削条件下，由于切削刃的形状和进给量的影响，在加工表面上遗留下来的切削层残留面积就形成了理论表面粗糙度。
由图1中的关系可得：
刀尖圆弧半径为零时，
刀尖圆弧半径为rε时，
由上式可见，进给量f、刀具主偏角Kr、副偏角Kr′越大，刀尖圆弧半径rε越小，则切削层残留面积就越大，表面就越粗糙。以上两式是理论计算结果，称为理论粗糙度。切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有较大的差别，这是由于存在着被加工材料的性能及其切削机理有关物理因素的缘故，为此我们从如下四点来作改进。
（1）增大刃倾角λ s对降低表面粗糙度值有利。因为λ s 增大，实际工作前角也随之增大，切削过程中的金属塑性变形程度随之下降。于是切削力F也明显下降，这会显著地减轻工艺系统的振动，从而使加工表面的粗糙度值减小。
（2）减小刀具的主偏角Kr和副偏角Kr′，增大刀尖圆弧半径rε，可减小切削残留面积，使其表面粗糙度值减小。
（3）增大刀具的前角使刀具易于切入工件，塑性变形小有利于减小表面粗糙度值。但前角过大，使刀尖强度低，刀刃有嵌入工件的倾向，反而增大刀具磨损，使表面粗糙度值增大。
（4）当前角一定时，后角越大，切削刃钝圆半径越小，刀刃越锋利。同时，还能减小后刀面与加工表面间的摩擦和挤压，有利于减小表面粗糙度值。但过大的后角会削弱刀具的强度，容易产生切削振动，使表面粗糙度值增大。
2.选择对应的工件
应有适宜的金相组织(低碳钢、低合金钢中应有铁素体加低碳马氏体、索氏体或片状珠光体，高碳钢、高合金钢中应有粒状珠光体)。加工中碳钢及合金钢时，若采用较高切削速度，应为粒状珠光体，若采用较低切削速度，应为片状珠光体组织。合金元素中碳化物的分布要细匀。易切钢中应含有硫铅等元素。对工件进行调质处理，提高硬度，降低塑性。减小铸铁中石墨的颗粒尺寸。
3.选择合理的切削条件
（1）切削速度。切削速度对表面粗糙度的影响比较复杂。一般情况下在低速或高速切削时，不会产生积屑瘤，故加工后表面粗糙度值较小。在以20～50m/min的切削速度加工塑性材料（如低碳钢、铝合金等）时，常易出现积屑瘤和鳞刺，再加上切屑分离时的挤压变形和撕裂作用，使表面粗糙度更加恶化。切削速度v越高，切削过程中切屑和加工表面层的塑性变形的程度越小，加工后表面粗糙度值也就越小。实验证明：产生积屑瘤的临界速度将随加工材料、切削液及刀具状况等条件的不同而不同。由此可见，用较高的切削速度，既可使生产率提高，又可使表面粗糙度值减小。所以不断地创造条件以提高切削速度，一直是提高工艺水平的重要方向。其中发展新刀具材料和采用先进刀具结构，常常可使切削速度大为提高。不同的刀具材料，由于化学成分的不同，在加工时刀面硬度及刀面粗糙度的保持性，刀具材料与被加工材料金属分子的亲合程度，以及刀具前后刀面与切屑和加工表面间的摩擦系数等均有所不同。
（2）进给量f。在粗加工和半精加工中，当f＞0.15mm/r时，进给量f大小决定了加工表面残留面积的大小，因而，适当地减小进给量f将使表面粗糙度值减小。
（3）背吃刀量ap。一般地说背吃刀量ap对加工表面粗糙度的影响是不明显的。但当ap＜0.02mm～0.03mm时，由于刀刃不可能刃磨得绝对尖锐而具有一定的刃口半径，正常切削就不能维持，常出现挤压、打滑和周期性地切入加工表面，从而使表面粗糙度值增大。为降低加工表面粗糙度值，应根据刀具刃口刃磨的锋利情况选取相应的背吃刀量。
（4）合适的切削液。切削液的冷却和润滑作用均对减小加工表面的粗糙度值有利，其中更直接的是润滑作用。当润滑液中含有表面活性物质如硫、氯等化合物时，润滑性能增强，能使切削区金属材料的塑性变形程度下降，从而减小了加工表面的粗糙度值。
（5）合理的工艺系统的精度和刚度。采用誤差校正机构来提高传动精度，减小刀具制造误差和磨损对加工精度的影响。从材料力学可知，要想获得较小的表面粗糙度值，还要求工艺系统具有足够的运动精度和刚度。
二、降低磨削加工表面质量参数值的途径
1.砂轮特性方面
采用细粒度砂轮；提高磨粒切削刃的等高性。根据工件材料、磨料等选择适宜的砂轮硬度。选择与工件材料亲和力小的磨料；采用有适宜的弹性结合剂的砂轮，采用直径较大的砂轮；增大砂轮的宽度等。
2.砂轮修整方面
金刚石的耐磨性、刃口形状、安装角度应满足一定要求；选择适当的修整用量。
3.磨削条件方面
提高砂轮速度或降低工作速度，使V砂/V工的比值增大；采用较小的纵向进给量、磨削深度，最后进行无进给光磨。正确选用切削液的种类、浓度比、压力、流量和清洁度等；提高砂轮的平衡精度；提高主轴的回转精度、工作台运动的平衡性及整个工艺系统的刚度。
三、降低机械加工表面粗糙度的途径
超精研、研磨、珩磨和抛光加工这些加工方法的特点是没有与磨削深度相对应的用量参数，一般只规定加工的压强。加工时所用的工具由加工面本身导向，而相对于工件的定位基准没有确定的位置，使用的机床也不需要具有非常精确的成形运动。所以这些方法的主要作用是降低表面粗糙度，而加工精度则主要由前面工序保证。采用这些方法加工时，其加工余量都不可能太大，一般只是前道工序公差的几分之一。因此，这些加工方法均被称为零件表面的光整加工技术。
四、结束语
只有了解和掌握影响机械加工表面质量的因素，才能在生产实践中，采取相应的工艺途径，减少零件因表面质量缺陷而引起的加工质量问题，从而提高机械产品的使用性能、可靠性和寿命。
表面粗糙度测量仪的工作原理 第10篇
影响机械加工表面粗糙度的几个因素及措施
摘要：表面粗糙度是零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，它是评价零件的一项重要指标。一般说来，它的波距和波高都比较小，是一种微观的几何形状误差。对机械加工表面，表面粗糙度是由切削时的刀痕，刀具和加工表面之间的摩擦，切削时的塑性变形，以及工艺系统中的高频振动等原因所造成的。表面粗糙度是检验零件质量的主要依据，它的选择直接关系到生产成本、产品的质量、使用寿命。
关键词：机械加工
表面粗糙度
提高措施
随着工业技术的飞速发展，机器的使用要求越来越高，一些重要零件在高压力、高速、高温等高要求条件下工作，表面层的任何缺陷，不仅直接影响零件的工作性能，而且还可能引起应力集中、应力腐蚀等现象，将进一步加速零件的失效，这一切都与加工表面质量有很大关系。因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。
一、机械加工表面粗糙度对零件使用性能的影响
表面粗糙度对零件的配合精度，疲劳强度、抗腐蚀性，摩擦磨损等使用性能都有很大的影响。
1、表面质量对零件配合精度的影响
（1）对间隙配合的影响
由于零件表面的凹凸不平，两接触表面总有一些凸峰相接触。表面粗糙度
过大，则零件相对运动过程中，接触表面会很快磨损，从而使间隙增大，引起配合性质改变，影响配合的稳定性。特别是在零件尺寸和公差小的情况下，此影响更为明显。
(2)对过盈配合的影响
粗糙表面在装配压入过程中，会将相接触的峰顶挤平，减少实际有效过盈量，降低了配合的连接强度。
2、表面质量对疲劳强度的影响
零件表面越粗糙，则表面上的凹痕就越深明，产生的应力集中现象就越严重。当零件受到交变载荷的作用时，疲劳强度会降低，零件疲劳损坏的可能性增大。
3、表面质量对零件抗腐蚀性的影响
零件表面越粗糙，则积聚在零件表面的腐蚀气体或液体也越多，且通过表面的微观凹谷向零件表层渗透，形成表面锈蚀。
4、表面质量对零件摩擦磨损的影响
两接触表面作相对运动时，表面越粗糙，摩擦系数越大，摩擦阻力越大，因摩擦消耗的能量也越大，并且还影响零件相对运动的灵活性。此外，表面越粗糙，两配合表面的实际有效接触面积越小，单位面积压力越大，更易磨损。
此外，表面粗糙度还影响零件的接触刚度、密封性能、产品的美观和表面涂层的质量等。因此，提高产品的质量和寿命应选取合理的表面粗糙度。
二、影响表面粗糙度的因素及措施
1、切削加工影响表面粗糙度的因素
在加工表面留下了切削层残留面积，其形状是刀具几何形状的复映。减小
进给量vf、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度。合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。
2、工件材料的性质
加工塑性材料时，由于刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙度值加大。
3、切削用量
（1）进给量ƒ影响
采用较小的进给量ƒ，加工表面残留面积高度较小，对减小粗糙度Ra值有利。
（2）切削速度υ的影响
切削塑性材料，当切削速度υ小于5 m／min或大于100 m／min时，不易产生积屑瘤，对减小粗糙度Ra值有利。当切削速度υ在20--25 m／min，且切削温度约为300ºC时，切屑与刀具前刀面摩擦系数最大，此时积屑瘤高度最大，使粗糙度Ra值增加。
（3）切削深度αp影响
切削深度αp比进给量ƒ和切削速度υ对粗糙度Ra值的影响要小。当αp减小时，切削力减小，不易产生振动，对减小粗糙度Ra值有利。
4、磨削加工影响表面粗糙度的因素
像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样，磨削加工表面粗糙度的形成也
是由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。影响磨削表面粗糙的主要因素有：(1)砂轮的粒度；(2)砂轮的硬度；(3)砂轮的修整；(4)磨削速度；(5)磨削径向进给量与光磨次数；(6)工件圆周进给速度与轴向进给量；(7)冷却润滑液。
三、提高表面粗糙度的措施
1、减小切削加工表面粗糙度的措施
(1)刀具方面：在工艺系统刚度足够时，采用较大的刀尖圆弧半径re，较小副偏角k＇r，使用长度比进给量稍大一些的k＇r=0的修光刃；采用较大的前角r。加工塑性的材料，提高刀具的刃磨质量，减小刀具前、后刀面的粗糙度数值，使其不大于Ra1.25μm；选用与工件亲和力小的刀具材料；对刀具进行氧、氮化处理；限制副刀刃上的磨损量；选用细颗粒的硬质合金做刀具等。
(2)工件方面：应有适宜的金相组织(低碳钢、低合金钢中应有铁素体加低碳马氏体、索氏体或片状珠光体，高碳钢、高合金钢中应有粒状珠光体)；加工中碳钢及中碳合金钢时若采用较高切削速度，应为粒状珠光体；若采用较低切削速度，应为片状珠光体组织。合金元素中碳化物的分布要细匀；易切钢中应含有硫铅等元素；对工件进行调质处理，提高硬度，降低塑性；减小铸铁中石墨的颗粒尺寸等。
(3)切削条件方面：以较高的切削速度切削塑性材料；减小进给量；采用高效切削液；提高机床的运动精度，增强工艺系统刚度；采用超声波振动切削加工等。
2、减小磨削加工表面粗糙度参数值的措施
(1)砂轮特性方面：采用细粒度砂轮；提高磨粒切削刃的等高性；根据工件材料、磨料等选择适宜的砂轮硬度；选择与工件材料亲和力小的磨料；采用适宜的弹性结合剂的砂轮，采用直径较大的砂轮；增大砂轮的宽度等。
(2)砂轮修整方面：金刚石的耐磨性、刃口形状、安装角度应满足一定要求；选择适当的修整用量。
(3)磨削条件方面：提高砂轮速度或降低工作速度，使V砂/V工的比值增大；采用较小的纵向进给量、磨削深度，最后进行无进给光磨。正确选用切削液的种类、浓度比、压力、流量和清洁度等；提高砂轮的平衡精度；提高主轴的回转精度、工作台运动的平衡性及整个工艺系统的刚度。
四、结 论
