基于虚交点的圆锥体端面尺寸数显量具的研制.doc

本科毕业论文（设计）论文题目：基于虚交点的圆锥体端面尺寸数显量具的研制学生姓名：所在院系：机电学院所学专业：机械设计制造及其自动化导师姓名：完成时间：摘要圆锥体由于结构的特殊性导致其端面直径不易测量。而检测锥体的方法，最常用的是使用圆锥套规，这种检测方法一般只是用来判断工件是否在规定的极限尺寸内，以确定工件是否合格，但不能测出零件锥体实际尺寸。特别当锥度较大时,过端刻线与止端刻线、过端面与止端面将相距很近，并难以区分；也有借助辅助工具间接测量的，但此测量方法操作麻烦，测量时间也较长，不利于缩短工时，提高生产率，且不能直接测出数据，需利用所得数据进行计算，当尺寸精度要求较高时，使用上述量具在生产现场很难实现对该尺寸的精确测量。本文设计一种基于虚交点的圆锥体端面尺寸数显量具，可在机直接测量，不需计算，数显直读，且结构简单，测量范围大，有效地解决了生产现场检测锥体端面直径的问题，并利用电子数显卡尺和不锈钢板材等现有材料对该装置各零件进行工艺规程设计，最后进行样品试制。关键词：圆锥体端面直径，测量装置，精度分析，工艺分析设计DevelopmentofDigitalDisplayDeviceforMeasuringtheEndSizefortheConeBasedonVirtualIntersectionAbstractBecausetheconehasstructuralspecificity,whichcausesitsendfacediameternoteasytobemeasured.Coneanddetectionmethods,themostcommonistheuseofconesetsofregulations,thisdetectionmethodisgenerallyusedtojudgewhethertheworkpiecesizewithinthelimitsoftheprovisionstodeterminewhethertheworkpiecequalified,butyoucannotmeasuretheactualsizepartscone.Particularlywhenthetaperislarger,hadcarvedlinesandonlyclient-sideengravedlines,hadfacesandwillonlyendincloseproximity,anditisdifficulttodistinguish；alsoaidswiththeindirectmeasurements,butthismeasurementmethodiscumbersome,timemeasurementsaremorelong,isnotconducivetoshortenworkinghours,increasedproductivity,andcannotbedirectlymeasureddata,tobecalculatedusingthedata,whenhigherdimensionalaccuracy,theuseoftheabove-mentionedsceneintheproductionofmeasuringisverydifficulttoachieveaccuratemeasurementofthesize.Inthispaper,thedesignofavirtualpointofintersectionofthecone-enddigitaldisplaymeasuringsize,canbedirectlymeasuredinthemachine,withoutcalculation,direct-readingdigitaldisplayandsimplestructure,measuringrange,andeffectivelyaddresstheproduction-sitedetectionofend-diametercone,andtheuseofelectronicdigitalcalipersandstainlesssteelsheetmaterial,suchastheexistingpartsofthedevicedesignprocessplanning,thefinalsampletrial.Keywords：EndFaceDiamterofCone,MeasuringTool,PrecisionAnalysis,ProcessAnalysisandD目录1绪论.11.1目前对锥体端面直径量具的研究现状.11.2本次设计的意义和主要内容.12装置的测量原理和结构.12.1装置的测量原理.12.2装置的结构.23装置的测量范围分析.33.1最小测量直径的确定.33.2最大测量直径的确定.34装置各零件的加工工艺分析和工艺路线的设计.44.1主尺体的工艺分析和设计.64.1.1工艺路线方案一.64.1.2工艺路线方案二.74.1.3工艺路线方案的比较分析.84.2测量卡脚的工艺分析和设计.104.3尺身和游标的加工工艺分析和工艺路线的设计.115对装置测量精度的分析和改善的措施.135.1主尺体铰链中心线与主尺体定位面不共面（误差为1）对测量精度的影响.135.2主测量卡脚铰链中心线与主测量卡脚工作面不共面（误差为2）对测量精度的影响.145.3改善和提高装置测量精度的措施.156量具使用应该注意的事项.167结束语.17致谢.17参考文献.181绪论1.1目前对锥体端面直径量具的研究现状目前，对于圆锥体端面直径的测量装置及方法主要有以下几种：（1）在万能工具显微镜上测量7，但此方法测量步骤繁琐，且测量设备成本较高，经济性较差；（2）借助辅助工具间接测量的方法，主要有：在正弦尺上测量6、用60靠铁和正弦尺测量、在平台上测量（有单球法、双球法、圆柱圆球法、量块圆球法、圆锥量规法、圆柱双球法、四球法、双圆柱法）7等等，这些方法都需要根据所得数据由计算得出结果，受辅助工具本身制造误差和计算误差的影响，得出的尺寸精度较低，而且需要将工件从加工设备上卸下来，操作比较麻烦；（3）也有使用圆锥套规2，但套规不具有通用性，必须针对被测工件进行一对一设计，制造成本高，加工周期长，在生产的效率上和经济上都不好，不利于精益生产，而且无法测量出工件的具体尺寸。1.2本次设计的意义和主要内容机械设备中,圆锥面配合在应用十分广泛，如:机床主轴头孔、汽车半轴轴头、定位锥销、多种切削刀具的柄部等。圆锥体的加工虽不及外圆、内孔、平面加工那样广泛，但在机械加工中也常遇到，不同用途的锥体的要求也不一样，在制造圆锥体工件时，需要控制工件的外锥直径尺寸（外锥面与端面交线尺寸），当尺寸精度要求较高时，使用通用量具在生产现场很难实现对该尺寸的精确测量。而且圆锥体的端面往往有毛刺或倒角，尤其是有倒角时，所测点在实体上并不存在，转化成测空间交点距离的问题，测空间交点距离也需专用测量工具并进行计算，有时还需在工件上设置工艺孔或工艺凸台，增加了加工工序。而借助辅助工具测量操作麻烦，测量时间也较长，而且还不能直接测出数据，需利用所得数据进行计算才可获得所需尺寸，不利于缩短工时，提高生产率。设计制造一种基于虚交点的圆锥体端面尺寸数显量具1，可在机直接测量，不需计算，数显直读，且结构简单，测量范围大，有效地解决了生产现场检测锥体端面直径的问题。并在指导老师的安排帮助下解决困难和问题，最后编制工艺文件，购买材料进行样品试制。2装置的测量原理和结构2.1装置的测量原理如图1所示，以圆锥体小端面直径测量为例。平面I、III为过圆锥小端面直径两端点A、B且分别与圆锥面相切的平面（平面I、III同时也与圆锥小端面圆相切），平面II与圆锥小端面共面。显然平面I、II的交线MN与平面II、III的交线PQ平行，且与AB垂直，则测圆锥体小头直径AB可转化为测两直线MN和PQ间距离。在设计量具时，卡脚的测量工作面（可绕铰链R1、R2旋转，自动适应锥体的锥度的变化，时刻保持与锥面相切，见图2）就是平面I、III，主尺和游标上的定位面就是平面II。将A、B附近的测量面镂空（图中的沙纹面和斜纹面处），即可避开A、B处的毛刺，完成对小端直径的测量。2.2装置的结构如下图2所示，测量装置的大体结构有以下几部分组成。1主尺体；2数显装置；3磁尺；4尺身；5游标体；6销轴；7副测量卡脚；8主测量卡脚；9锥体零件ACMNPQDB图1测量原理图AC平面与圆锥面的切线BD平面与圆锥面的切线K指向主副卡脚工作面，与图1的平面I和III对应L指向为主尺和游标的定位面，与图1的平面II对应图2圆锥体小端直径测量装置主尺部件包括主尺体8、主测量卡脚7、磁尺2、销轴6、尺身3等。主尺体、主测量卡脚之间通过铰链连接，主测量卡脚的工作面K（平面I）通过铰链中心线，主尺体上设计有定位面L（平面II），定位面也通过铰链中心线，则铰链的中心线相当于MN。游标部件组包括游标体4、副测量卡脚5、销轴6、数显装置1、磁尺9等，游标体、副测量卡脚之间也通过铰链连接，副测量卡脚的工作面K（平面III）通过铰链中心线；游标体上设计有定位面L（平面II），定位面也通过铰链中心线，则铰链的中心线相当于PQ。3装置的测量范围分析3.1最小测量直径的确定最小测量直径dmin：量具上铰链的中心距就是所测圆锥体小端面直径。由于铰链与轴线方向垂直的面为正方形，所以可以把铰链的转动范围看作为一个圆，则该圆的直径为正方形的对角线，那么该装置所能测得的最小值即为对角线的长度8.5mm，取最小测量直径为dmin=10mm。为了论文的更加容易理解和阐述，在以下的设计说明中，都用旋转轮廓圆来予以论述。3.2最大测量直径的确定最大测量直径dmax的确定：测量卡脚上两铰链的内端面距离X直接影响最大测量直径dmax。若X过小，则会