一种大螺距外螺纹加工表面形貌分布特性的检测方法

摘要

本发明提供了一种大螺距外螺纹加工表面形貌分布特性的检测方法，其技术要点在于：一、获取大螺距外螺纹表面形貌的检测试件；二、检测大螺距外螺纹的检测试件左右螺纹面的加工表面形貌，解算检测试件的加工表面形貌波纹指标；检测表面粗糙度指标；三、构建检测试件加工表面形貌波纹指标和表面粗糙度指标的分布序列；四、评价检测试件加工表面形貌的一致性。本发明对整条螺纹进行采样，根据大螺距外螺纹表面形貌的特点，提出了螺纹表面三维表征指标，提取螺纹表面波纹及指标，以大螺距外螺纹加工表面形貌分布一致性为评价指标，评定大螺距外螺纹车削加工表面质量，为大螺距外螺纹质量检测及工艺方案设计、评价提供了参照。

主权项

一种大螺距外螺纹加工表面形貌分布特性的检测方法，其特征在于由以下步骤构成：一、获取大螺距外螺纹表面形貌的检测试件，将4根结构尺寸相同的大螺距外螺纹工件分别装夹在线切割机床上，使切割钼丝平行于螺纹轴线，取样宽度为g，以通过螺纹切入点及切入点法向量并将大螺距外螺纹工件二等分的平面为参考，切割钼丝从参考平面左侧距离a处切入，切入螺纹深度为b，从参考平面右侧距离a处切出，获取四组大螺距外螺纹加工表面形貌的检测试件，检测试件的坐标原点在大螺距螺纹工件上沿轴向分布的坐标序列如下式：Z_i＝{Z₁,Z₁+p,...,Z₁+(i‑1)p,...,Z₁+(k‑1)p}式中，Z_i为试件坐标原点距大螺距外螺纹坐标原点的轴向距离分布序列、p为大螺距外螺纹螺距、i为试件编号、k为试件总数；二、检测大螺距外螺纹的检测试件的表面形貌，解算检测试件的表面形貌波纹指标，提取检测试件表面形貌的数据，其数据包括切削速度方向波纹平均宽度垂直于切削速度方向波纹平均宽度切削速度方向波峰波谷平均高度差Δhx、垂直于切削速度方向波峰波谷平均高度差Δhy、轮廓算数平均偏差Ra、轮廓单元平均宽度RSm及轮廓高度不对称分布指标RSk,利用超景深显微镜提取检测试件的表面形貌波纹指标Δhx、Δhy进行解算，以切削速度方向作为X向、垂直于切削速度方向作为Y’向，分别沿X向与Y’向任取一条表面波纹指标按下述公式进行解算：$\bar{X}=\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Xs}}_j---\left(1\right)$$\bar{Y}=\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{Y}^{\prime }{s}_j---\left(2\right)$$\Delta hx=\frac{2}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}({\mathrm{hx}}_{2j-1}-{\mathrm{hx}}_{2j})---\left(3\right)$$\Delta hy=\frac{2}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}({\mathrm{hy}}_{2j-1}-{\mathrm{hy}}_{2j})---\left(4\right)$式中，m是波纹轮廓上波峰波谷总数、Xs_j是X向轮廓第j个波的波纹宽度、hx_2j‑1是X向轮廓第j个波峰相对于轮廓最低点处的高、hx_2j是X向轮廓第j个波谷相对于轮廓最低点处的轮廓谷高、Y’s_j是Y’向轮廓第j个波的波纹宽度、hy_2j‑1是Y’向轮廓第j个波峰相对于轮廓最低点处的高、hy_2j是Y’向轮廓第j个波谷相对于轮廓最低点处的轮廓谷高；三、构建检测试件加工表面形貌的分布序列，根据步骤一中得到的检测试件的坐标序列和步骤二中得到的各检测试件的表面形貌指标构建大螺距外螺纹加工表面形貌分布序列，按检测试件坐标原点在大螺距外螺纹上的轴向坐标值由小到大的顺序，分别构建各检测试件的7个表面形貌指标分布序列，获得大螺距外螺纹表面形貌指标沿轴向的分布序列：$\mathrm{Ra}\left(Z\right)=\{{\mathrm{Ra}}_{Z_1},{\mathrm{Ra}}_{Z_1+p},...,{\mathrm{Ra}}_{Z_1+(i-1)p},...,{\mathrm{Ra}}_{Z_1+(k-1)p}\}---\left(5\right)$$\mathrm{RSm}\left(Z\right)=\{{\mathrm{RSm}}_{Z_1},{\mathrm{RSm}}_{Z_1+p},...,{\mathrm{RSm}}_{Z_1+(i-1)p},...,{\mathrm{RSm}}_{Z_1+(k-1)p}\}---\left(6\right)$$\mathrm{RSk}\left(Z\right)=\{{\mathrm{RSk}}_{Z_1},{\mathrm{RSk}}_{Z_1+p},...,{\mathrm{RSk}}_{Z_1+(i-1)p},...,{\mathrm{RSk}}_{Z_1+(k-1)p}\}---\left(7\right)$$\bar{X}\left(Z\right)=\{{\bar{X}}_{Z_1},{\bar{X}}_{Z_1+p},...,{\bar{X}}_{Z_1+(i-1)p}...,{\bar{X}}_{Z_1+(k-1)p}\}---\left(8\right)$$\bar{Y}\left(Z\right)=\{{\bar{Y}}_{Z_1},{\bar{Y}}_{Z_1+p},...,{\bar{Y}}_{Z_1+(i-1)p},...,{\bar{Y}}_{Z_1+(k-1)p}\}---\left(9\right)$$\mathrm{\Delta hx}\left(Z\right)=\{{\mathrm{\Delta hx}}_{Z_1},{\mathrm{\Delta hx}}_{Z_1+p},...,{\mathrm{\Delta hx}}_{Z_1+(i-1)p},...,{\mathrm{\Delta hx}}_{Z_1+(k-1)p}\}---\left(10\right)$$\mathrm{\Delta hy}\left(Z\right)=\{{\mathrm{\Delta hy}}_{Z_1},{\mathrm{\Delta hy}}_{Z_1+p},...,{\mathrm{\Delta hy}}_{Z_1+(i-1)p},...,{\mathrm{\Delta hy}}_{Z_1+(k-1)p}\}---\left(11\right)$式中，下角标Z₁+(i‑1)p为检测试件坐标原点在大螺距外螺纹上的轴向坐标值；四、评价检测试件加工表面形貌的一致性，对步骤三中的分布序列进行处理，分别解算各检测试件加工表面形貌指标沿轴向的变动范围、平均值及标准差：大螺距外螺纹表面形貌螺纹面变动范围按下述公式计算：Ra'(Z)＝Ra max‑Ra min             (12)RSm'(Z)＝RSm max‑RSm min           (13)RSk'(Z)＝RSk max‑RSk min            (14)$\overline{X^{\prime }}\left(Z\right)=\bar{X}\max -\bar{X}\min ---\left(15\right)$$\overline{Y^{\prime }}\left(Z\right)=\bar{Y}\max -\bar{Y}\min ---\left(16\right)$△hx'(Z)＝△hx max‑△hx min            (17)△hy'(Z)＝△hy max‑△hy min         (18)大螺距外螺纹表面形貌螺纹面平均值按下述公式进行解算：$\mu \left(Ra\right)=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\mathrm{Ra}}_{Z_1+(i-1)p}---\left(19\right)$$\mu \left(RSm\right)=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\mathrm{RSm}}_{Z_1+(i-1)p}---\left(20\right)$$\mu \left(RSk\right)=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\mathrm{RSk}}_{Z_1+(i-1)p}---\left(21\right)$$\mu \left(\bar{X}\right)=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\bar{X}}_{Z_1+(i-1)p}---\left(22\right)$$\mu \left(\bar{Y}\right)=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\bar{Y}}_{Z_1+(i-1)p}---\left(23\right)$$\mu \left(\Delta hx\right)=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta hx}}_{Z_1+(i-1)p}---\left(24\right)$$\mu \left(\Delta hy\right)=\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta hy}}_{Z_1+(i-1)p}---\left(25\right)$大螺距外螺纹表面形貌螺纹面标准差按下述公式进行解算：$\sigma \left(Ra\right)=\sqrt{\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{({\mathrm{Ra}}_{Z_1+(i-1)p}-\mu (Ra\left)\right)}^2}---\left(26\right)$$\sigma \left(RSm\right)=\sqrt{\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{({\mathrm{RSm}}_{Z_1+(i-1)p}-\mu (RSm\left)\right)}^2}---\left(27\right)$$\sigma \left(RSk\right)=\sqrt{\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{({\mathrm{RSk}}_{Z_1+(i-1)p}-\mu (RSk\left)\right)}^2}---\left(28\right)$$\sigma \left(\bar{X}\right)=\sqrt{\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{({\bar{X}}_{Z_1+(i-1)p}-\mu \left(\bar{X}\right))}^2}---\left(29\right)$$\sigma \left(\bar{Y}\right)=\sqrt{\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{({\bar{Y}}_{Z_1+(i-1)p}-\mu \left(\bar{Y}\right))}^2}---\left(30\right)$$\sigma \left(\Delta hx\right)=\sqrt{\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{({\mathrm{\Delta hx}}_{Z_1+(i-1)p}-\mu (\Delta hx\left)\right)}^2}---\left(31\right)$$\sigma \left(\Delta hy\right)=\sqrt{\frac{1}{k}\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{({\mathrm{\Delta hy}}_{Z_1+(i-1)p}-\mu (\Delta hy\left)\right)}^2}---\left(32\right)$采用表面轮廓仪沿垂直于检测试件表面纹理方向进行测量。