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1、华中科技大学硕士学位论文复合加工表面分析与评定研究及软件实现姓名：雷新军申请学位级别：硕士专业：精密仪器及机械指导教师：蒋向前;刘晓军20080525华中科技大学硕士学位论文摘要与一般机械加工表面相比，复合加工表面（Surface With Stratified Functionalproperties）具有特殊的峰谷特征和功能特性，因而其分析和评定具有特殊性。目前，复合加工表面特征的分析评定方法已形成国际标准（ISO13565 系列），但在国内还未对其展开研究和推广与应用，致使我国复合加工表面分析评定相对落后，难以与国际接轨。因此，参考相应国际标准，研究复合加工表面的分析评定原理与算法，并开
2、发相应的应用软件，为复合加工表面形貌评定仪器提供软件支撑和参考依据，具有必要性。本文首先从复合加工表面形貌特征和功能特征入手，通过对表面加工工艺方法的研究，分析复合加工表面特征形成原因；然后，分析复合加工表面形貌特点及其参数含义，研究复合加工表面特征提取方法，包括形貌特征数据的滤波处理方法，以及表面特征参数评定的关键技术及算法。在此基础上，参考相关国际标准 ISO13565-1,2: 1998，设计并编制了二维复合加工表面形貌分析评定软件系统。该软件利用 Matlab 在信号处理方面的强大功能实现特征提取，利用 Visual C+软件平台实现参数评定和界面编程，并以动态链接库（DLL）将 MA
3、TLAB 和 Visual C+结合，实现分析评定软件系统。最后，利用模拟数据，对软件系统进行测试，取得了预期结果。关键词：复合加工表面 形貌特征 分析评定 软件系统 软件测试I华中科技大学硕士学位论文AbstractCompared with general engineering surfaces, surfaces with stratified functionalproperties have a peculiar profile feature. Therefore, a special method is needed for thesespecial surfaces eval
4、uation. ISO standards nowadays exist for evaluating and analyzing thistype of surface. In our country, however, the study and application of the standards are farfrom enough in practice. As a result, the evaluation and analysis of surface was relativelydropped behind the advanced countries and hard
5、to track the international standards.Therefore, its necessary to take the reference of related standards, investigate the analysis andevaluation methods and develop the corresponding application software, so as to providereference and software support for relevant evaluation instrument.This paper in
6、vestigated the processing techniques, forming reason of the surface texture.Dug out methods for extracting profile feature, and then discussed the key technology andevaluating algorithms. Based on the above study, the 2D profile feature analysing andevaluation software was developed. The software ma
7、ke use of the powerful scientificcomputing software Matlab surface feature extraction and implementation of the algorithms,which was then packed in the dynamic link library(DLL) files. Microsoft Visual C+ wasused to realize software GUI and calculate parameters by executing the DLL files developedab
8、ove. Finally, test the function of the software system through a series of simulation numbers,and it turns out the software is workable.Keywords: Surface with Stratified Functional Properties, Profile Feature, Analysis and Evaluation Software System, Software TestingII独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研
9、究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密，在年解密后适用本授权书。不保密。（请
10、在以上方框内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日华中科技大学硕士学位论文1 绪 论机械零件的表面质量是决定其功能特性优劣的一个重要因素，表面形貌极大地影响着接触表面的摩擦磨损、润滑、密封、抗蚀、导热导电和抗疲劳等功能特性。因而对零件表面形貌的合理评价就显得非常重要。并且，随着科学技术的发展，工程中对零部件表面的配合和使用性能的要求越来越高，复合加工表面的概念随之提出。对于有些要求较高的零件，常用的粗糙度参数不能对零件功能做出有效评价，因此必须提出新的参数进行评价。随着科学技术的发展，对复合加工表面的研究也日趋成熟，也获得了许多研究成果。1.1 课题研究的意义本研究课题来源于科技
11、部重大攻关项目“我国优势技术国际标准研究制定”子课题： 用于表面形貌软件测量标准。本课题的研究目的是通过研究复合加工表面特征形貌，分析复合加工表面形貌与加工工艺的关系，以及形貌特征对零件功能特性的影响；研究复合加工表面形貌特征数据，比较几种主要的滤波方法特点和各种不同的滤波方法对评定复合加工表面产生的影响；研究使用支承曲线表征高度特征这种方法来实现对复合加工表面特征参数的评定方法。通过对复合加工表面分析，利用 Microsoft Visual C+编程平台，搭建复合加工表面特征参数的评定软件系统，参数评定的算法是根据 ISO 13565 的标准算法来实现的，因此对复合加工表面的分析评定可以起参
12、考作用。通过复合加工表面特征参数的评定，来衡量零件的功能特性。如表1.1所示，用传统一些评定表面粗糙度的纵向评定参数、横向评定参数、形状评定参数等参数的方法，虽然可以评价零件的某些功能，但是由于零件功能和表面参数之间的联系不紧，难以利用参数对零件的某些功能进行有效评价。复合加工表面通常是零件的重要工作部位的表面，对其功能要求很高，为了对复合加工表面功能特性进行有效评价，必须提出新的评定参数。为了准确和科学地描述产品表面与功能之间的联系，根据 ISO13565，定义了一些参数如 Rk 、 M r1、 M r 2 、 Rpk 和 Rvk 等，这些参数除了能描述表面特征，在评价零件功能方面也具有实际
13、意义。例如对在研究有较高的机械应力表面的工作性能，以及在分析零 件表面摩擦学性能时，这些参数的作用显得十分重要，而且还直接影响零件表面的摩擦1参数类别代表参数特点纵向评定参数轮廓算术平均偏差 Ra 、轮廓微观不平度十点高度 Rz轮廓均方根偏差 Rq ，轮廓最大高度 Ry使用广泛，但是其数值大小与使用性能没有直接联系。横向评定参数轮廓微观不平度平均间距 Sm轮廓单峰平均间距 S ，轮廓峰密度 D研究以及使用较少，某些参数能和零件的某些性能相联系。形状评定参数轮廓偏斜度 RSk轮廓陡峭度 Rku轮廓支承长度率 t p p l较为直观的描述了轮廓的形状，但使用不广泛，而且与零件功能联系较少。华中科技
14、大学硕士学位论文和润滑特性等1。表1.1粗糙度常见评定参数课题生产实践意义在于复合加工表面在工业制造方面的广泛应用潜力。例如在气缸 套，在这类薄壁零件中就有十分广泛的应用，零件表面除了要满足几何尺寸精度要求外，还必须具备特殊的表面特征，以满足零件的功能要求，如润滑特性，磨损特性等。仅仅使用表面粗糙度参数来描述，很难保证其满足功能要求。在国内，对复合加工表面的分析和评定相对滞后，对复合加工表面的评定算法也没有统一的具体参考标准，难以与国际接轨。而且由于对复合加工表面的评定算法的定义存在模糊，造成不同仪器的分析评定算法存在差异，评定结果也难以统一，难以获得国际认可。为了给国内复合加工表面分析评定提
15、供一个具体的参考标准，对复合加工表面进行分析和评定并开发相应的软件显得非常必要。1.2 研究背景1.2.1 复合表面形貌的概述表面形貌是零件在加工过程中因诸多因素综合作用而残留在零件表面的各种不同 形貌和尺寸的微观几何形态。表面形貌不仅直接影响零件的耐磨性，耐腐蚀性，密封性等，而且对零件装配后设备的整体工作性能，使用寿命，振动与噪声有很大影响。2华中科技大学硕士学位论文复合加工表面有其特定的加工工艺方法所形成，表面特征比较特殊。复合加工表面 通常是对零件功能特性要求比较高的重要表面，因此对复合加工表面进行分析时不仅要进行一般表面粗糙度的幅值参数，间距参数等参数分析，还要对复合加工表面功能参数进
16、行分析评定研究。因此，如何测量、分析、评定复合加工表面形貌成为了国内外科学家们研究的重要课题。1.2.2 复合表面形貌特征对零件性能的影响机械零件的破坏，一般是从表面层开始的。产品的性能，尤其是它的可靠性和耐久 性，在很大程度上取决于零件表面层的质量。表面质量对零件耐磨性、疲劳强度、耐蚀性、配合质量都有严重的影响。许多零件表面有特定的使用性能要求，如支承性，密封性，润滑油滞留性能等，这就要求我们在进行表面加工时要针对特殊功能进行检测和评定，以满足表面的特殊功能要求23。由上文分析，表面形貌影响零件配合性能和工作性能，下面结合具体实例简单介绍一下它们的影响：（1）对摩擦磨损的影响零件工作表面之间的摩擦会造成能量损失，因为需要克服工作表面峰谷之间的阻力，表面越粗糙，摩擦系数就越大，摩擦所消耗的能量也越大。此外，表面越粗糙，则两配合表面间的实际有效接触面积越小，单位面积压力越大，更易磨损。例如气缸套内孔，如果其表面粗糙度很大，那么气缸套初期的磨损会比较厉害，且其跑合期会比较长，平稳性较差，表面性能不稳定。反之，如果内孔表面很光滑，由于润滑效果不理想容易产
