用于难以触及的地方的定制表面光洁度计

由 Mahr Inc. 工程解决方案总监 Alexandre Dufour 撰写。

从大约 30 年前开始，便携式表面光洁度计——一些小到可以放在衬衫口袋里——将零件控制带到了制造车间的新水平。出于几个原因，将表面光洁度检查带出实验室并带到地板上很重要。在过去的 50 年中，零件尺寸公差一直在缩小。结果，表面光洁度和形状不规则性在整体尺寸公差中所占的比例越来越大，这种趋势一直持续到今天。很明显，表面光洁度在零件性能中起着非常重要的作用。表面的独特特性可以决定油漆是否留在原位、润滑是否保持或泄漏，或者当表面相互移动时会产生多少“噪音”。

通过适当的定位和固定，小型便携式表面光洁度计可以轻松测量表面光洁度参数，通常只需轻触一个按钮。与尺寸手动工具一样，通用便携式表面光洁度计为许多应用提供易于使用且可靠的结果。只需将袖珍型量具放在零件上，使其内置的支撑垫将其定位，按下按钮，您的结果就会弹出，准备好与要求进行比较。

但这并不总是那么容易。表面光洁度参数几乎可以应用于零件上的任何表面，从小孔内、短焊盘或孔周围，到两壁之间的外径，甚至在这些壁上。通常情况下，标准的便携式表面光洁度测量仪根本无法工作——驱动单元太大、探针臂太短或零件本身的障碍物会干扰测量仪的放置。

探针臂扩展

一种可能的解决方案是使用探针臂扩展，尽管这些也有其局限性。添加延伸件会增加探针臂的重量。对于打滑的探头，额外的重量会导致零件表面受损，尤其是铝等较软的材料。此外，当量规在非水平位置使用时，额外的重量可能会超过撬块的弹簧力。这会导致探头在测量过程中失去与表面的接触，从而导致错误的测量结果和“超出测量范围”错误。对于无滑轨探头，额外的探头臂重量会引起振动，这也会影响测量结果。

一般来说，探头的延伸长度不应超过 100 毫米，以使滑动力不超过 0.6 N。此外，仪器的角度范围应保持在 135° 的范围内，从水平方向 45° 开始到驱动单元组件朝下朝向地面。

工程解决方案

当标准设备无法提供预期结果时，更好的解决方案是定制设计，或设计适合特定应用的量具。在零件数量大且需要快速可靠测量的情况下尤其如此——通常由具有半熟练尺寸和表面光洁度测量能力的机械师进行——以确保零件质量并消除零件召回的高成本。专用或定制设计的量具更快、更易于使用，并产生具有更好性能和 GR&R 的结果。使用专用量具，几乎任何操作员都可以轻松检查机加工零件并对其质量做出决定。他们甚至可以收集结果进行过程分析和控制。

为了获得可靠和可重复的结果，任何表面光洁度计都必须做两件事：1) 必须将金刚石探针准确定位在探针臂末端以测量指定的表面积，以及 2) 必须保护敏感的探头臂和测针在测量操作过程中免受损坏。满足这些对难以触及的表面区域的要求导致创建了一个完整的专用量具系列，旨在将快速、可靠的表面光洁度分析交给机械师在制造时进行——通常是在零件仍在生产时固定在机床上。

气缸孔

气缸孔需要特殊的表面处理，以平衡保油性和平滑的轴向运动。它们是第一批为测量表面光洁度而设计的专用量具的应用之一。钻孔有各种尺寸，可以相对较深，有些可达 8 英寸。打印件可能会标出特定的深度和位置以进行检查，并且在某些块中最多有 12 个气缸，在绝大多数大容量应用中为 4 个，因此需要测量很多孔。因此，量规需要高度便携且易于操作员对齐和设置深度。该设计还必须保护敏感探针，使其在将量规带到零件时不会受到损坏。

专用的便携式表面光洁度内径规很像可扩展的三内径规。三孔有一定的尺寸调整，但可以设置成特定的尺寸。这使其能够“锁定”到位，并有助于在不受操作员影响的情况下提供非常可重复的读数。指示装置也受到传输机构的保护，因此当量规放置在零件上时，不会施加定位力。

表面光洁度缸径计借鉴了相同的原理。为了使其可调节以锁定到各种尺寸，使用可互换的板来实现正确的直径测量范围。使用正确的块设置量规可以轻松进入气缸孔，一旦到位，手动控制的气缸会扩展尺寸块，从而将量规锁定到位。

但是量规的圆柱体还有另一个更关键的功能。当在没有空气的情况下压缩时，它将敏感的表面光洁度探头保持在缩回位置。这意味着在插入过程中，探头在量具体内受到保护。一旦操作员对量规的位置感到满意，他就会施加空气，将量规锁定到位，然后探头伸出，这样他就可以进行表面测试。完成后，空气被释放，探头缩回，量规变得自由，用户可以轻松移除。

小阻塞孔

气缸盖气门导管的表面光洁度测量由于尺寸小（6 毫米）且位于气缸盖内，因此特别难以执行。最可靠的测量是从气缸盖的“弹簧侧”进行的，因为它们最容易接近。然而，凸轮轴塔存在一个问题，因为它们突出到量规驱动系统必须用于测量的区域。拥有小型驱动系统是最好的技术解决方案，因为驱动系统可以放置在凸轮轴塔之间。可以使用消除这些问题的工程量具，因为驱动单元可以放置在靠近测量位置的位置，而无需过多的测量探头扩展和设置。操作员只需将量规安装到气门导管的外径上，该装置就可以安装在要测量的区域内。

与圆柱量规一样，这种表面处理版本会缩回探头，直到当塞子处于其最终测量位置时，机械传输机构释放探头。

深盲孔

在车间环境中，钻孔通常很容易执行表面光洁度测量。也就是说，当然，如果钻孔是可接近的并且测量深度保持在最小。然而，发动机缸体凸轮轴和曲轴孔通常是很深的盲孔（大多数发动机可达 500 毫米），并且直径非常小，以至于典型的表面光洁度驱动单元无法安装在内部进行适当的测量位置。

通常，表面光洁度驱动单元必须保持在孔的外部，并使用长的测量探头延伸部分来到达中间的凸轮和曲轴孔。然而，执行此类测量的理想解决方案是将测量驱动系统直接带到待测表面。

专用量具可以将驱动单元和测量探头直接定位在要测量的表面上，而无需长时间的测量扩展。驱动单元本身直径很小，可以直接放置在测量位置上方的孔内。

受阻表面

只要表面足够大以放置测量设备并且没有阻碍其测量方向的障碍物，平坦表面也很容易测量车间的表面光洁度和波纹度。然而，通常情况下，障碍物和最小的土地面积禁止使用传统的便携式设备。

一些表面不仅有较小的土地面积，而且在铸件上还有一些障碍物，这些障碍物禁止使用传统的表面光洁度波纹系统。通常，必须使用远离零件的驱动系统来测量该表面，并且必须使用长的测量探头延伸件才能到达该表面。

量具可以在车间执行无滑轨表面光洁度测量，同时保持无滑轨驱动单元和测量探头靠近且无需探头延伸。该系统使用模板夹具来定位无滑驱动单元，并略微升高以清除任何障碍物。

期刊表面

表面光洁度对曲轴非常重要。以数千转的转速旋转，并且轴承和曲柄表面及其端面金属与金属接触，存在巨大的磨损潜力。表面光洁度有助于确定这些产品的使用寿命。

在测量曲柄轴颈的表面光洁度时，使用类似于卡规的概念。表面光洁度计必须针对各种尺寸进行调节，必须锁定到位并保护探头。

气动，专用的轴颈光洁度计允许用户将锁定钳口设置为近似尺寸。通过手动气动，量规将自身锁定到位并释放探头以接触零件。与所有这些量规一样，除非量规完全锁定到位，否则探头不会接触。与此量规的主要区别在于它具有横向探头操作，因此探头可以沿零件的冠部水平移动。

与轴承和曲柄轴颈同样重要的是它们所依靠的推力面。此处使用了另一个卡规概念来定位表面光洁度探头，并且考虑到相同的想法：易于使用、不受​​操作员影响以及受保护的探头定位。

曾在《质量》杂志上刊登。