触针式粗糙度测量仪的结构设计(附件)
本文简述了表面粗糙度理论与标准的历史与发展，介绍了表面粗糙度测量的方法和仪器以及表面粗糙度理论的发展趋势，指出了当今粗糙度测量发展存在的不足和表面粗糙度对零件各种性能的影响，综述了表面粗糙度评定标准的发展历史，着重介绍了表面粗糙度的二维和三维评定标准。将触针式三维粗糙度测量仪的结构设计与传统的二维触针式粗糙度测量仪进行对比，指出传统触针式二维粗糙度测量仪存在的不足。提出三维粗糙度测量仪结构设计所要实现的功能以及要求，设计出了触针式三维粗糙度测量仪工作台的设计结构，包括回转体装夹件的结构设计。并简单阐述了触针式三维粗糙度测量仪的优点。关键词 表面粗糙度，三维粗糙度测量仪，结构设计目 录
1 引言 1
1.1 课题背景与研究意义 1
1.2 表面粗糙度理论的发展历程 2
1.3 表面粗糙度评定标准 3
1.4 本课题主要研究内容 4
2 传统触针式二维粗糙度测量仪 5
2.1 结构原理及特点5
2.2 存在的问题6
3 触针式三维粗糙度测量仪结构方案设计7
3.1 工作台结构设计7
3.2 主要零件结构设计11
3.3 回转体装夹件结构设计14
4 使用说明15
4.1 被测工件表面正确位置的调整15
4.2 触针式三维粗糙测量仪结构设计的优点16
结论 18
致谢 19
参考文献20
1 引言
表面粗糙度是描述零件的微观几何形状误差，如图1所示，作为评定各种机械零件表面加工质量的指标表面粗糙度是非常重要的。在生产加工时切削工具对加工零件有损伤，在切削分离过程中会产生塑性变形和金属撕裂或者加工系统自身的振动都会在零件的表面上形成高低不平的微观形貌，这就是零件的表面粗糙度 [1]。
图1 表面粗糙度的放大图
进入二十一世纪，现代工业发展迅速，工业生产制造技术也在飞速的进步，数字化的普及使得计算能力、图像分析和数字处理技术的飞速进步，还有零件表面本身所要求的特殊性能，零件表面质量的评定条件越来越严格
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
削分离过程中会产生塑性变形和金属撕裂或者加工系统自身的振动都会在零件的表面上形成高低不平的微观形貌，这就是零件的表面粗糙度 [1]。
图1 表面粗糙度的放大图
进入二十一世纪，现代工业发展迅速，工业生产制造技术也在飞速的进步，数字化的普及使得计算能力、图像分析和数字处理技术的飞速进步，还有零件表面本身所要求的特殊性能，零件表面质量的评定条件越来越严格[2]。工件的很多技术性能和使用性能受到生产加工的表面微观结构的巨大影响。例如耐磨性、润滑与密封、抗疲劳等工件的配合及工作性能。因此，为了满足现代加工产业的高精度和高使用性能的要求,急切需要对表面形貌进行更精确的三维评价和研究。
1．1 课题背景与研究意义
本论文的课题背景是在国产JB-4C触针式二维粗糙度测量仪的基础上，改进设计其工作台结构，满足三维测量的要求，以实现表面的三维评定。
触针式测量法是衡量表面粗糙度最传统的评定方法，自1927年以来就一直采用触针法，虽然触针法也有一些缺点，如触针最小半径的限制、触针弹跳及划痕等，但目前仍然广泛地用于表面粗糙度的测量，而且使用该方法所得到的测量数据经常作为参考标准[3]。
因为信息量的限制，目前触针式测量法仍然停留在二维测量层面上，然而二维测量所得到的参数无法准确的从整体上全面的体现零件的表面微观形貌，因而许多的表面形貌参数我们仍然无法得到。而三维测量则显得更加先进，它能测量出更多种类的相关参数，可以更加准确体现出零件的原有表面粗糙度，而且二维测量得到的参数是从零件轮廓轨迹获得，然而三维测量得到的参数是从零件的整个区域表面得到的，所得到的参数种类更加丰富，能够更好的体现零件的整体性同时也有着更高的精度，能更好的描述工件的表面特性。因为现代工业对表面质量的要求的提高和生产速度的提高，工件的表面粗糙度时候能够被快速精确的测量有着非常重要的意义。作为现在粗糙度测量领域的一个非常重要的研究方向，表面三维形貌的合成和三维粗糙度的评定已成为了一个十分时新的课题。
1．2 表面粗糙度理论的发展历程
纵观表面粗糙度研究领域的历史，工业生产技术的发展和进步也带动着表面粗糙度的进步和完善，它经历了从定性综合评定阶段到定量、标准化参数评定阶段再到高精密化的检测阶段[4]。
20世纪之前，表面粗糙度的测量还没有标准，同样也没有专业的测量仪器和合适的测量方法。在合适的测量方法和专业的测量仪器出现之前，当时的科学家等专业的人才，通常是用标准的样品或样块作为标准，通过直接的比对和观察，对表面粗糙度进行评估。后来科学家在设计飞机和飞机发动机时，开始逐渐注意到表面粗糙度对机械零件表面性能的影响，为了达到用最少的材料获得最高的强度的高水准的要求，科学家研究后注意到了工件表面的刀具刮痕等加工时受到的磨损对疲劳强度的影响。但受限于没有专业的测量方法和测量工具，对于表面粗糙度并没有一个统一的标准，只是简单的通过视觉方法、比较法、触摸法来检测物体的表面质量，并开始在图样上标注加工条件，如前苏联ΥOCT7450和德国标准DIN140（1931年）等，但是此时的标准并不是一种通用的全面的标准，它没有参数或数值上的准确的要求，它仅仅是一些特殊的加工要求。
为了研究表面粗糙度对零件性能的影响，以及衡量表面微观不平度，1929年，德国的师马尔茨（G.Schmalz）首先定量测量了表面微观不平度，并在1936年发表了论述表面粗糙度的专著，对表面粗糙度评定参数和数值的标准化提出了建议[5]。爱卜特（E.J.Abbott）研制成功第一台表面粗糙度测量仪，主要用在车间内，他提出利用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗糙度。此后，英国研究出了泰勒雪夫（Talysurf）触针式表面粗糙度测量仪[5]。从那时以后，各国也先后研制出各种表面粗糙度轮廓仪，给定量评定表面粗糙度奠定了基础。
随着现代工业加工和制造技术的发展，制造时对工件的要求也越来越高，因此对工件表面粗糙度的要求也越来越高。为了适应越来越复杂的工艺要求，以及对精度要求越来越高的工业生产，各种测量方式和相应的测量仪器应运而生。由于触针式测量仪的触针直接与被测表面接触，会对测量精度造成一定的影响，因此在测量轻金属、塑料等高精度加工表面的领域不能很好的测量，所以新型的无接触光学式表平面粗糙度测量仪诞生[6]。
1．3 表面粗糙度评定标准
1.3.1 我国表面粗糙度标准的发展
自从我国90年代开始实施改革开放政策，我国与国外的交流越来越频繁。因此，在工业加工过程中有关表面粗糙度的标准也越来越需要和国际接轨，为了迅速改变我国表面粗糙度的标准和概念与国际标准不一致的状况，我国采用了国际标准化组织（ISO）有关的国际标准制定了国家标准。 目前我国的表面粗糙度国家标准主要是：GB/T3505-2009《产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 术语、定义及表面结构参数》；GB/T131-2006《产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表面结构的表示法》；GB/T1031-2009《产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值》[8]
1.3.2 表面粗糙度二维评价标准
表面粗糙度是指轮廓相对于某一基准的偏差，第一步要先选定测量基准，以便于测量工件待测表面的粗糙度参数。若使用二维测量法测量表面粗糙度，在评定轮廓普遍采用中线制，而中线就是指轮廓的最小二乘中线，他就是在取样长度中使轮廓上各点到该线的偏距的平方和最小的一条线[8]。如图2所示。
图2 中线制计量
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1 引言 1
1.1 课题背景与研究意义 1
1.2 表面粗糙度理论的发展历程 2
1.3 表面粗糙度评定标准 3
1.4 本课题主要研究内容 4
2 传统触针式二维粗糙度测量仪 5
2.1 结构原理及特点5
2.2 存在的问题6
3 触针式三维粗糙度测量仪结构方案设计7
3.1 工作台结构设计7
3.2 主要零件结构设计11
3.3 回转体装夹件结构设计14
4 使用说明15
4.1 被测工件表面正确位置的调整15
4.2 触针式三维粗糙测量仪结构设计的优点16
结论 18
致谢 19
参考文献20
1 引言
表面粗糙度是描述零件的微观几何形状误差，如图1所示，作为评定各种机械零件表面加工质量的指标表面粗糙度是非常重要的。在生产加工时切削工具对加工零件有损伤，在切削分离过程中会产生塑性变形和金属撕裂或者加工系统自身的振动都会在零件的表面上形成高低不平的微观形貌，这就是零件的表面粗糙度 [1]。
图1 表面粗糙度的放大图
进入二十一世纪，现代工业发展迅速，工业生产制造技术也在飞速的进步，数字化的普及使得计算能力、图像分析和数字处理技术的飞速进步，还有零件表面本身所要求的特殊性能，零件表面质量的评定条件越来越严格
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削分离过程中会产生塑性变形和金属撕裂或者加工系统自身的振动都会在零件的表面上形成高低不平的微观形貌，这就是零件的表面粗糙度 [1]。
图1 表面粗糙度的放大图
进入二十一世纪，现代工业发展迅速，工业生产制造技术也在飞速的进步，数字化的普及使得计算能力、图像分析和数字处理技术的飞速进步，还有零件表面本身所要求的特殊性能，零件表面质量的评定条件越来越严格[2]。工件的很多技术性能和使用性能受到生产加工的表面微观结构的巨大影响。例如耐磨性、润滑与密封、抗疲劳等工件的配合及工作性能。因此，为了满足现代加工产业的高精度和高使用性能的要求,急切需要对表面形貌进行更精确的三维评价和研究。
1．1 课题背景与研究意义
本论文的课题背景是在国产JB-4C触针式二维粗糙度测量仪的基础上，改进设计其工作台结构，满足三维测量的要求，以实现表面的三维评定。
触针式测量法是衡量表面粗糙度最传统的评定方法，自1927年以来就一直采用触针法，虽然触针法也有一些缺点，如触针最小半径的限制、触针弹跳及划痕等，但目前仍然广泛地用于表面粗糙度的测量，而且使用该方法所得到的测量数据经常作为参考标准[3]。
因为信息量的限制，目前触针式测量法仍然停留在二维测量层面上，然而二维测量所得到的参数无法准确的从整体上全面的体现零件的表面微观形貌，因而许多的表面形貌参数我们仍然无法得到。而三维测量则显得更加先进，它能测量出更多种类的相关参数，可以更加准确体现出零件的原有表面粗糙度，而且二维测量得到的参数是从零件轮廓轨迹获得，然而三维测量得到的参数是从零件的整个区域表面得到的，所得到的参数种类更加丰富，能够更好的体现零件的整体性同时也有着更高的精度，能更好的描述工件的表面特性。因为现代工业对表面质量的要求的提高和生产速度的提高，工件的表面粗糙度时候能够被快速精确的测量有着非常重要的意义。作为现在粗糙度测量领域的一个非常重要的研究方向，表面三维形貌的合成和三维粗糙度的评定已成为了一个十分时新的课题。
1．2 表面粗糙度理论的发展历程
纵观表面粗糙度研究领域的历史，工业生产技术的发展和进步也带动着表面粗糙度的进步和完善，它经历了从定性综合评定阶段到定量、标准化参数评定阶段再到高精密化的检测阶段[4]。
20世纪之前，表面粗糙度的测量还没有标准，同样也没有专业的测量仪器和合适的测量方法。在合适的测量方法和专业的测量仪器出现之前，当时的科学家等专业的人才，通常是用标准的样品或样块作为标准，通过直接的比对和观察，对表面粗糙度进行评估。后来科学家在设计飞机和飞机发动机时，开始逐渐注意到表面粗糙度对机械零件表面性能的影响，为了达到用最少的材料获得最高的强度的高水准的要求，科学家研究后注意到了工件表面的刀具刮痕等加工时受到的磨损对疲劳强度的影响。但受限于没有专业的测量方法和测量工具，对于表面粗糙度并没有一个统一的标准，只是简单的通过视觉方法、比较法、触摸法来检测物体的表面质量，并开始在图样上标注加工条件，如前苏联ΥOCT7450和德国标准DIN140（1931年）等，但是此时的标准并不是一种通用的全面的标准，它没有参数或数值上的准确的要求，它仅仅是一些特殊的加工要求。
为了研究表面粗糙度对零件性能的影响，以及衡量表面微观不平度，1929年，德国的师马尔茨（G.Schmalz）首先定量测量了表面微观不平度，并在1936年发表了论述表面粗糙度的专著，对表面粗糙度评定参数和数值的标准化提出了建议[5]。爱卜特（E.J.Abbott）研制成功第一台表面粗糙度测量仪，主要用在车间内，他提出利用距表面轮廓峰顶的深度和支承长度率曲线来表征表面粗糙度。此后，英国研究出了泰勒雪夫（Talysurf）触针式表面粗糙度测量仪[5]。从那时以后，各国也先后研制出各种表面粗糙度轮廓仪，给定量评定表面粗糙度奠定了基础。
随着现代工业加工和制造技术的发展，制造时对工件的要求也越来越高，因此对工件表面粗糙度的要求也越来越高。为了适应越来越复杂的工艺要求，以及对精度要求越来越高的工业生产，各种测量方式和相应的测量仪器应运而生。由于触针式测量仪的触针直接与被测表面接触，会对测量精度造成一定的影响，因此在测量轻金属、塑料等高精度加工表面的领域不能很好的测量，所以新型的无接触光学式表平面粗糙度测量仪诞生[6]。
1．3 表面粗糙度评定标准
1.3.1 我国表面粗糙度标准的发展
自从我国90年代开始实施改革开放政策，我国与国外的交流越来越频繁。因此，在工业加工过程中有关表面粗糙度的标准也越来越需要和国际接轨，为了迅速改变我国表面粗糙度的标准和概念与国际标准不一致的状况，我国采用了国际标准化组织（ISO）有关的国际标准制定了国家标准。 目前我国的表面粗糙度国家标准主要是：GB/T3505-2009《产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 术语、定义及表面结构参数》；GB/T131-2006《产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表面结构的表示法》；GB/T1031-2009《产品几何技术规范(GPS) 表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值》[8]
1.3.2 表面粗糙度二维评价标准
表面粗糙度是指轮廓相对于某一基准的偏差，第一步要先选定测量基准，以便于测量工件待测表面的粗糙度参数。若使用二维测量法测量表面粗糙度，在评定轮廓普遍采用中线制，而中线就是指轮廓的最小二乘中线，他就是在取样长度中使轮廓上各点到该线的偏距的平方和最小的一条线[8]。如图2所示。
图2 中线制计量
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