CN109190236B - 一种加工工件表面形貌特征表征方法 - Google Patents

一种加工工件表面形貌特征表征方法 Download PDF

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Abstract

表面粗糙度是机械加工中描述被加工表面的微观几何形貌最常用的参数,它反映的是机械零件表面的细微纹理的微观几何结构特征。有些机加工表面的微观几何形貌呈现出随机性的特点，而另有一些加工表面则呈现出规则性的特性，但是传统的表面粗糙度评定参数(如Ra、Rq、Rz等)不能提供这些表面的特征信息。因此，亟需一种更能够表征被加工工件表面微观不平度均匀性的方法，以更加有效地描述微观形貌的特征。本发明提出一种加工工件表面形貌特征表征方法，通过该方法的实施可以弥补传统粗糙度表征方式无法描述被加工工件表面微观不平度均匀性的不足。

Description

一种加工工件表面形貌特征表征方法
技术领域
本发明是属于机械加工技术领域，特别涉及一种加工工件表面特征表征方法。
背景技术
在机械加工中,加工后工件的表面的微观几何形貌特性对工件的耐磨性、密封性、配合、摩擦、热传导、导电、以及液体和气体在工件表面的流动性、腐蚀性、涂层的附着力等有很大的影响。同时工件的微观几何形貌对整个机床或者仪器的运转精度、工作可靠性、振动和噪声都有密切的联系。所以对加工后工件表面微观几何形貌特性的表述和测量显得尤为重要。
工件表面的微观几何形貌特性通常是由粗糙度、表面波纹度和表面形状误差三个部分构成的。表面粗糙度是机械加工中描述被加工表面的微观几何形貌最常用的参数,它反映的是机械零件表面的细微纹理的微观几何结构特征。有些机加工表面的微观几何形貌呈现出随机性的特点，而另有一些加工表面则呈现出规则性的特性，但是传统的表面粗糙度评定参数(如Ra、Rq、Rz等)不能提供这些表面的特征信息。因此，亟需一种更能够表征被加工工件表面微观不平度均匀性的方法，以更加有效地描述微观形貌的特征。
发明内容
本发明的目的是：提出一种加工工件表面形貌特征表征方法，通过该方法的实施可以弥补传统粗糙度表征方式无法描述被加工工件表面微观不平度均匀性的不足。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：利用数理统计理论，回归得到已加工表面的微观轮廓数据的回归直线，计算取样长度内峰值残差绝对值的最大值与峰值残差绝对值的均值的比值，以及谷值残差绝对值的最大值与谷值残差绝对值的均值的比值，用这两个比例数据来描述表面粗糙度的微观不平度特征，其特征在于，操作方法的步骤如下：
1、利用粗糙度测量仪器测量已加工工件表面，得到已加工表面的取样区间内N个连续的微观轮廓高度方向的测量数据ai，所述i=1，2，3，……，N；
2、利用数据统计理论，采用最小二乘法，得到所述已加工表面的微观轮廓测量数据ai的回归直线；
3、求得相对于所述回归直线的取样长度内微观轮廓测量数据的残差eli，所述i=1，2，3，……，N；
4、求得相对于所述回归直线的取样长度内微观轮廓测量数据的峰值残差绝对值的均值FCmean，以及峰值残差绝对值的最大值FCmax；
5、求得相对于所述回归直线的取样长度内微观轮廓测量数据的谷值残差绝对值的均值GCmean，以及谷值残差绝对值的最大值GCmax；
6、计算对比系数DB1，对比系数DB1等于所述取样长度内微观轮廓测量数据的峰值的残差绝对值的最大值FCmax与峰值残差绝对值的均值FCmean的比值；
7、计算对比系数DB2，对比系数DB2等于所述取样长度内微观轮廓测量数据的谷值的残差绝对值的最大值GCmax与谷值残差绝对值的均值GCmean的比值；
8、根据所述对比系数DB1与对比系数DB2的值的大小，判断工件表面微观形貌的均匀性，DB1与DB2的值越接近于1，则表示已加工表面微观几何形貌越均匀，DB1或DB2的值越大，则表示已加工表面微观几何形貌越不均匀。
本发明的优点在于：本发明依据取样长度内微观轮廓测量数据的峰值的残差绝对值的最大值FCmax与取样长度内微观轮廓测量数据的峰值的残差绝对值的均值FCmean的比值，以及取样长度内微观轮廓测量数据的谷值的残差绝对值的最大值GCmax与取样长度内微观轮廓测量数据的谷值的残差绝对值的均值GCmean的比值的大小来描述工件表面微观形貌的粗糙度，能比较准确的表示微观形貌均匀性程度。
附图说明
图1 已加工个工件A的取样的表面微观形貌图。
图2 加入回归直线的工件A的表面微观形貌图。
图中 1、峰，2、谷，3、回归直线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本实施的加工工件表面形貌特征表征方法具体过程如下：
S1、利用粗糙度测量仪器测量已加工工件A的表面,得到已加工工件A的表面的取样区间内31个(N=31)连续的微观轮廓高度方向的测量数据a1=20，a2=5，a3=30，a4=5，a5=15，a6=3，a7=20，a8=5，a9=25，a10=5，a11=30，a12=3，a13=20，a14=5，a15=20，a16=2，a17=28，a18=5，a19=20，a20=10，a21=20，a22=5，a23=20，a24=5，a25=30，a26=5，a27=20，a28=5，a29=20，a30=5，a31=25；
S2、利用数据统计理论，采用最小二乘法，得到所述已加工表面的微观轮廓测量数据的ai的回归直线，如图2所示中点划线所示；
S3、求得相对于所述回归直线的取样长度内微观轮廓测量数据的残差el1=6.30，el2=-8.72，el3=16.25，el4=-8.77，el5=1.21，el6=-10.82，el7=6.16，el8=-8.87，el9=11.11，el10=-8.92，el11=16.06，el12=-10.97，el13=6.01，el14=-9.02,el15=5.96，el16=-12.06，el17=13.91，el18=-9.11，el19=5.86，el20=-4.16，el21=5.81，el22=-9.2，el23=5.76，el24=-9.26，el25=15.71，el26=-9.31，el27=5.66，el28=-9.36，el29=5.62，el30=-9.41，el31=10.57；
S4、求得相对于所述回归直线的取样长度内微观轮廓测量数据的峰值残差绝对值的均值FCmean=8.62，以及峰值残差绝对值的最大值FCmax=16.25；
S5、求得相对于所述回归直线取样长度内微观轮廓测量数据的谷值的残差绝对值的均值GCmean=9.20，以及谷值残差绝对值的最大值GCmax=12.06；
S6、对比系数DB1=FCmax/FCmean=16.25/8.26=1.97；
S7、对比系数DB2=GCmax/Gcmean=12.06/9.20=1.31；
S8、所述对比系数DB1大于1，对比系数DB2大于1，说明工件A表面微观几何轮廓不均匀；由于DB1 大于DB2，这说明工件A表面微观几何轮廓的峰比谷更不均匀。
还需要注意的是，以上举例仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不仅仅限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明的公开内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种加工工件表面形貌特征表征方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1、利用粗糙度测量仪器测量已加工工件表面，得到已加工表面的取样区间内N个连续的微观轮廓高度方向的测量数据ai，所述i=1，2，3，……，N；
步骤2、利用数据统计理论，采用最小二乘法，得到所述已加工表面的微观轮廓测量数据ai的回归直线；
步骤3、求得相对于所述回归直线的取样长度内微观轮廓测量数据的残差eli，所述i=1，2，3，……，N；
步骤4、求得相对于所述回归直线的取样长度内微观轮廓测量数据的峰值残差绝对值的均值FCmean，以及峰值残差绝对值的最大值FCmax；
步骤5、求得相对于所述回归直线的取样长度内微观轮廓测量数据的谷值残差绝对值的均值GCmean，以及谷值残差绝对值的最大值GCmax；
步骤6、计算对比系数DB1，对比系数DB1等于所述取样长度内微观轮廓测量数据的峰值的残差绝对值的最大值FCmax与峰值残差绝对值的均值FCmean的比值；
步骤7、计算对比系数DB2，对比系数DB2等于所述取样长度内微观轮廓测量数据的谷值的残差绝对值的最大值GCmax与谷值残差绝对值的均值GCmean的比值；
步骤8、根据所述对比系数DB1与对比系数DB2的值的大小，判断工件表面微观形貌的均匀性，DB1与DB2的值越接近于1，则表示已加工表面微观几何形貌越均匀，DB1或DB2的值越大，则表示已加工表面微观几何形貌越不均匀。
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