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粗糙度轮廓仪测量误差分析
来源: | 作者:泰美嘉 | 发布时间: 2021-04-30 | 4381 次浏览 | 分享到:
    对于机械加工零件的测量, 大多数人认为表面粗糙度是测量方式最简单且争议最小的一项参数, 可就是在这项测量参数上我们以前吃过不少亏。 大家可能都知道， 我们在新产品曲轴和连杆的调试过程中因为粗糙度测量问题， 设备厂家的人经常对我的测量结果提出疑问， 怀疑我们测量不准， 对我们的测量结果也不太相信， 因此也在一定程度上影响了调试进度。 另外在发往大柴 DEUTZ 曲轴、 连杆， 锡柴的 6DL 曲轴、 连杆也因为粗糙度的问题曾判定为不合格， 有的甚至因此而向我公司提出退货的要求。
   在分析粗糙度轮廓仪测量误差前我先简单的介绍一下我们常用的与粗糙度测量有关的几个概念：
   1． 表面粗糙度的基本概念：
表面微观几何形状的特征， 人们通常把表面几何形状的偏差分解成为形状误差（宏观的）、 波纹度（中间的） 和粗糙度（微观的）， 分别进行评定和控制。
  表面粗糙度： 指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。
  2． 轮廓算术平均偏差 Ra： 在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值。
  3． 粗糙度轮廓的最大高度 Rz ： 在粗糙度轮廓的一个取样长度内最大的轮廓峰顶高度与最大的谷底深度之和。
  4． 粗糙度的测量方法： 粗糙度的测量方法通常有： 比较法、 印模法、 光切法、 干涉法和针描法等。 表面粗糙度测量方法中应用最广的是针描法。 它具有性能稳定， 测量迅速， 数字显示， 放大倍数高，使用方便等优点， 因此在计量室和生产现场都获得广泛应用， 现在我公司及大柴、 锡柴使用的粗糙度轮廓仪的原理就是这种方法。
  下面我从针描法测量的机械原理和人员操作上简单分析粗糙度轮廓仪测量时产生的误差：
一、 测量方向的不同将引起不同的测量结果：
   粗糙度测量时应垂直于加工痕迹的的方向上进行。 不能确定加工痕迹的和非切削加工表面， 应在几个不同的方向上进行测量， 取恰当的值作为测量结果。
图 1： 对于测量方向与加工方向结果见图：

 
  二、 不应在有表面缺陷的位置测量粗糙度：
  在表面粗糙度评定中不应把表面缺陷， 如气孔、 划痕、 沟槽等包含进行去， 也不应作为表面粗糙度合格与否的指标。 测量时应避开这些地方， 以上缺陷应采用其它的方法进行判定。 近期， 大柴反应 52D连杆大头孔粗糙度超差， 我认为可能在有锈蚀的位置测量而导致的。因为此批连杆是因为生锈返回我公司的， 在除锈过程中有的内孔留有锈斑， 无法除净。
三、 测量部位选择不合理： 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会不一样， 因此在测量粗糙度数值时， 应在不同部位上测量， 对多次的测量结果进行分析。 对于无特殊要求的粗糙度， 应对进行多次测量的结果进行评价（即 16%规则）。
   16%规则所考虑的事实是， 在一个单位测量距离内粗糙度的偶然超差并非在所有情况下都会影响到功能适用性(如热压配合表面) 。 发生这类情况时我们不是把构件立即放到一旁， 而是反复测量一个或多个其它部位。 对此按照所谓 16%规则行事， 它说的是允许有 16%的测量值超过预先给定的 Rz 值。
    一个表面按 16%规则对待并确定检验方法的条件是：
  --第一个测量值处于要求的粗糙度值以下 30%， 或者
  --在三次测量中没有超过粗糙度值， 或者
  --在六次测量中只有一个测量值超过要求的粗糙度值， 或者
  --在十二次测量中最大的两个测量值超过要求的粗糙度值。
四、 触针针尖半径及触针角度：
  为使测量的运动准确反映被测量表面的实际轮廓， 针尖半径应有最小的尖端， 但尖端半径过小不仅难于加工， 而且极易磨损和划伤被测量表面。




五、 测头与工件测量表面的角度：
测量时只有测头与垂直， 测量的结果才真实可信， 经过实验不同的角度将出现不同的测量结果。

六、 测量位置：
  测量曲轴与测量其它平面不一样， 必须先将测量放置在曲轴轴颈的最高点这样测量的结果才有可能接近真值。
七、 测量曲轴 R 角时应注意的其它问题：
  1． 起始点和终止点的位置。
  2． 取样长度。
  3． 测量头的角度。
结论： 通过以上分析， 为了尽量避免因为粗糙度问题而产生误判，一旦出现争议， 应根据以上原理查找原因， 是否存在不同的地方。 当也存在仪器本身的误差， 这里没做分析。

主要参考文献：
1． 《计量测试技术手册》 中国计量出版社
2． 《机械制造计量检测技术手册》 机械工业出版社