全自动偏摆仪的设计与仿真【含CAD图纸、PROE三维模型、毕业设计论文、答辩稿】
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全自动偏摆仪的设计与仿真【含CAD图纸、PROE三维模型、毕业设计论文、答辩稿】
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文件包含CAD图纸和三维建模及说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘要随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，全自动化成为必然的发展趋势。全自动偏摆仪的产生极大的方便了人们的生活。全自动偏摆仪提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。全自动检测技术的特点主要包括：实时性强；精度准确；可靠性高；通道多；功能强。单片机的优点是：(1)体积小、结构简单、可靠性高 单片机把各功能部件集成在一个芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。(2)控制能力强 单片机虽然结构简单，但是它“五脏俱全”，已经具备了足够的控制功能。单片机具有较多的I/O口，CPU可以直接对I/O进行操作、算术操作、逻辑操作和位操作，指令简单而丰富。所以单片机也是“面向控制”的计算机。(3)低电压、低功耗 单片机可以在2.2V的电压下运行，有的已能在1.2V或0.9V下工作；功耗降至为A级，一颗纽扣电池就可长期使用。(4)优异的性能/价格比，由于单片机构成的硬件结构简单、开发周期短、控制功能强、可靠性高，因此，在达到同样功能的条件下，用单片机开发的控制系统比用其它类型的微型计算机开发的控制系统价格更便宜。为了进一步提高全自动偏摆仪的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用单片机来控制全自动偏摆仪这个课题。本设计介绍了采用8051单片机进行编程进行全自动偏摆仪控制系统。本设计详细讲解了根据全自动偏摆仪的工作原理，利用单片机对其进行控制，并介绍了详细的硬件及软件设计方法，最终实现了全自动偏摆仪的基本功能。关键词 单片机；偏摆仪；8051；全自动AbstractWith the development of social economy and the improvement of science and technology, full automation has become an inevitable development trend. The production of a fully automatic deflection device greatly facilitates peoples lives. The automatic deflection meter increases the reliability and operating efficiency of the production process or equipment. The characteristics of automatic detection technology mainly include: real-time performance; accurate accuracy; high reliability; multiple channels; The advantages of the MCU are: (1) Small size, simple structure, and high reliability. The MCU integrates each functional component on a single chip. The internal bus structure is used to reduce the connection between the chips and greatly improves the reliability of the MCU. With anti-jamming capability. In addition, its small size makes it easy to take shielding measures against strong magnetic fields and is suitable for working in harsh environments. (2) Strong control ability Though the structure of the single-chip microcomputer is simple, it is completely-equipped and already has enough control functions. The microcontroller has more I/O ports. The CPU can directly perform I/O operations, arithmetic operations, logic operations, and bit operations. The instructions are simple and rich. Therefore, SCM is also a control-oriented computer. (3) Low-voltage, low-power microcontrollers can operate at 2.2V, and some can already work at 1.2V or 0.9V; power consumption is reduced to A, and a button cell can be used for a long time. (4) Excellent performance/price ratio, due to the simple hardware structure of the single-chip microcomputer, short development cycle, strong control function, and high reliability, the control system developed with the single-chip microcomputer is better than other types under the same function. Microcomputer development control system is cheaper. In order to further improve the function and performance of the automatic deflection tester and avoid some of the drawbacks of the traditional control, the subject of using the single-chip microcomputer to control the automatic deflection tester was proposed. This design describes the use of 8051 microcontroller for automatic deflection control system. This design fully explained the operation principle of the automatic deflection tester and controlled it with a single-chip microcomputer. It also introduced detailed hardware and software design methods, and finally realized the basic functions of the automatic deflection tester.Keywords MCU；Deflection tester；8051；AuII目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1全自动偏摆仪的研究背景11.2选题的意义和目的11.3偏摆检查仪的发展趋势22 机械机构设计42.1全自动偏摆仪的工作原理42.2全自动偏摆仪顶尖52.3全自动偏摆仪电机52.4百分表72.5全自动偏摆仪底座基本参数的估算82.6偏摆检查仪测量底座的改进设计82.6.1铸造工艺分析92.6.2铸造的工艺方案92.6.3技工工艺参数102.6.4设计浇铸系统102.7顶尖座112.7.1铸造工艺分析112.7.2铸造的工艺方案112.7.3技工工艺参数112.8顶尖座顶尖孔的加工工艺设计122.8.1选择定位基准122.8.2表面加工方法的选择132.8.3加工阶段的划分132.8.4加工顺序安排132.8.5确定切削用量及定额时间133 全自动偏摆仪的改进设计与分析183.1全自动偏摆仪的分析设计183.2对全自动偏摆仪所测量工件创建载荷183.3安装情况对测量精度的影响203.4表架刚度对测量精度的影响214 电气控制设计224.1电气控制系统方案的确定224.2步进电动机与旋转体的联结224.3步进电动机开环控制系统设计224.4脉冲分配器234.5复位电路264.6数显百分表27结论28致谢29IV文件包含CAD图纸和三维建模及说明书,咨询Q 197216396 或 119709851 绪论1.1 全自动偏摆仪的研究背景偏摆仪主要用于测量轴类零件径向跳动误差，偏摆仪利用两顶尖定位轴类零件，转动被测零件，数显百分表在被测零件径向方向上直接测量零件的径向跳动误差。检测轴，齿轮等零件的径向尺寸公差，达到生产所需要的精度，保证机械传动的平稳性，提高传动效率，提高零件的使用寿命。全自动偏摆仪是将普通偏摆仪改造实现全自动化，在全在动偏摆仪检测轴类零件的径向跳动误差时，只需要人工安装夹紧被测零件，其余测量过程启动完成。全自动偏摆仪可以提高自动化水平，排除人为因素，大大提高了偏摆仪检测结果的效率和准确性，节省了大量时间，具有很大的实用性，其功能强悍。本设计的目的是一单片机作为控制器，扩展必要外部电路电路，并设计一个偏摆仪控制电路，来实现各种功能控制。单片机有很多优点，例如，单片机体积小，控制功能强大，扩展灵活，功耗低和使用方便等等。单片机适用于很多仪器仪表中，在与不同类型的传感器链接后，可以对各种零部件进行厚度，角度，硬度，长度，压力等等物理量的测量。利用单片机来控制仪器仪表的智能化，数字化，微型化，使仪器仪表具有比采用数字电路或电子电路更强大的功能。1.2 选题的意义和目的在科学技术日益发展的现在化社会，机械电子设备对测量控制仪器仪表的精确度要求也越来越高，并且对仪器仪表测取结果的可靠性要求也在逐步提高，尤其是在航空航天这种需要高精度的设备检测仪器中，测量仪器的精度与可靠度具有非常重要的意义，仪器的精度可靠度直接决定了机械电子设备设计的成败。要想在现代机械制造技术发展上有重大突破必须提高检测技术，为发展打好基础，做足铺垫。在自动化的而生产中，有许多信息需要通过检测来提供，并且通过检测来预防和发现机械设备中的各种故障，以确保零件所需要的精度。如果没有精密可靠的检测仪器仪表，就不会有现代化与自动化，就会导致低效率和低质量。测试技术，作为机械工业发展得重要基础技术，在我国经济发展和社会进步甚至在与西方高科技技术竞争中发挥着不可估量的作用，所以实现经济高度发展和科学现代化的重要标志就是发展和使用先进的测量技术。选题目的：了解偏摆检查仪的结构和原理，掌握其三维建模的原理。了解偏摆仪原理，对偏摆仪进行自动化改造，加入单片机，锻炼单片机的使用，培养设计创新和三维建模的能力。熟练掌握proe软件的使用。弥补电路设计方面的不足，锻炼设计思维能力和空间三维图形的想象力，全面掌握并提高自身专业可知识储备，为以后的学习研究生活打下良好的基础。通过此次的全自动偏摆仪的设计与仿真让我把在课堂上学到的理论知识和实际设计相结合，使我重新认识了专业课技能的重要意义，让我在今后的学习生活中，刻苦钻研，不轻易放弃，攻克一个有一个难关建立起了坚实的信心。1.3偏摆检查仪的发展趋势机械找技术是国民经济发真的支柱，推动着全国经济的发展，在机械制造技术发展中，要保证现代机械制造技术的发展必须重视检测技术，检测技术可以提供机械自动化生产过程中很多信息。机械制造须通过检查来检测和防止各种生产失败。所需的准确度还取决于检测。如果没有可靠的检测系统，就不可能存在高精度的现代化和自动化技术，机械制造的效率和质量就会大打折扣。当我们在研究任何机械制造技术时，我们不得不使用检测技术来及时的为设备的正常使用来保驾护航，检测测试是不可或缺的手段，也是最科学最实用的的方法。检测技术的发展也是一种科学，是一种科技发展得结果，在高科技飞速发展的现在化社会，检测技术发挥着越来越重要作用，检测技术包含多个领域的新成果，为机械制造设计的发展提供了宽阔的道路。测试技术是测量技术和实验技术的统称，它是机械工程，产品设计（特别是创新设计，动态设计和控制设计），研究和开发的基础研究的重要组成部分。 在工程测试中，有必要测量各种物理量以获得准确的定量结果。任何机械制造件在制造完成后都免不了测试工作，测试工作能够体现机械制造件的整体质量和性能，在进行客观评估后才能让这些零件投入使用。对于测试结果不好的产品，测试工作则提供了产品的一些基础数据，为之后的改进提供了合理的依据。测试技术不仅仅起到测试的作用，还未现代科技的发展，为科技的发展性和创造性提供了手段。可以想象，在没有检测技术的前提下，我们就不可能有机械设备零件原材料的数据，就不能完全计算实力；如果没有检测技术，复杂的机床设备就不能保证安全高效的工作，自动化就难以实现。所以，检测技术在机械制造的发展过程中起到重要作用，与机械未来发展相辅相成。因此在设计或者改造一项机械设备时，我们应充分发挥检测系统的作用，为产品的正常使用保驾护航。机械工程技术人员也必须掌握测试技术。这个测试可以用来验证理论的正确性，并通过实验和测试开发新的搜索和开发理论。这是实现自动检测和自动生产的重要手段。在工程技术领域中，测试技术贯穿机械设计制造的始终，从工程研究到产品开发到监督到最后的性能试验。我国仪器仪表检测科技的发展现状(1)我过时全球最大的制造国家，在各种产品上习惯于防止国外产品，缺乏创新，我国的仪器仪表类检测设备也严重缺乏创新，大多国外引进，很难满足现代科学研究和工程建设的需要 (2)我国现在虽处于大量引用外来设备情况下，但在此期间我国的仪器仪表检测科学技术上也渐渐积累了大量的经验并取得了一些科研成果，甚至在一些领域已经超越了很多发达国家。这些优势信息还有待筛选，还需进行综合分析，进行实际设计相结合最后完成产业化，在国际社会中站有利地位。(3)在现有的科研成果基础上，利用国外资源技术优势不断改进国内仪器功能和创新研发能力，力争赶上国外发达水平，以改变技术落后的现状。(4)加大仪器仪表检测方面人才的培养，为创建科技强国奠定基础。在21世纪初的机械制造业中，总体发展趋势是：柔性化、智能化、信息化。检测技术在淡金科学技术领域发挥着承上启下的作用。科学技术发展的每一步都不能离开检测技术，只有在通过检测技术后，才可以进行下一步的设计。尤其在一些常常难以实现的极端条件下的检测，检测技术也是人类认识自然界的重要方法。如果没有可靠的检测系统，就不可能存在高精度的现代化和自动化技术，机械制造的效率和质量就会大打折扣。当我们在研究任何机械制造技术时，我们不得不使用检测技术来及时的为设备的正常使用来保驾护航，检测测试是不可或缺的手段，也是最科学最实用的的方法。仪器仪表测试将朝着高精度和数字化的方向发展。2机械机构设计图2-1 偏摆检查仪的结构图2-2 偏摆检查仪的结构1固定顶尖座2顶尖3底座4指示表夹5表支架座6顶尖座锁紧手柄7 活动顶尖座8 顶尖锁紧手把9活动顶尖移动手柄仪器精度：两顶尖连线对仪器座导轨面的平行度0.04毫米使用方法：拧紧偏心轴手把，首先将固定顶尖座在仪座上固定。按被测零件长度将活动顶尖座固定在合适的位置。压下球头手柄，装入零件，用两顶尖顶住零件中心孔。拧紧紧固手把，将顶尖固定。将活动表座放在所需位置。配合百分麦（千分麦）即可进行检测工作。2.1全动偏摆仪的工作原理全自动偏摆仪利用顶尖加紧被测轴类零件，步进电机带动被测零件转动，数显百分表侧头在被测零件径向方向上直接测量零件的奖项跳动误差。通过单片机控制实现电机旋转，带动被测量零件旋转一周，电机在零件旋转一周后自动结束。百分表测量头紧靠被测零件表面并给予一定压力，读数通过单片机处理显示测量结果，从而实现偏摆仪测量的全自动。图2-3 全自动偏摆仪统的总体结构图2.2全动偏摆偏摆仪顶尖回转顶尖的种类很多，我们在使用的时候根据使用的具体情况选择不同的回转顶尖，回转顶尖的耐磨性能很高，在使用回转顶尖的时候不会出现损坏的情况，回转顶尖经常会使用在一些大型的设备中，我们在使用回转顶尖的时候注意日常的维护，这样可以保证机械的正常运转。该设计选择莫氏2号顶尖60锥面对莫氏锥的径向圆跳动0.005mm， 顶尖轴线在100mm范围内对导轨的平行度（水平垂直方向）0.006mm。2.3全自动偏摆仪电机全自动偏摆仪需要使被测零件旋转一周后停止，为了便于控制，本设计选用步进电机。步进电机使一种可以进行精确角位移或者线位移的电动机，它的工作原理是，利用电磁铁转变电脉冲信号。在近些年来，步进电机广泛应用于数字控制装置中。比如在加工复杂零件时，常常把被加工零件的各种行传要求，打在穿孔纸带上，输入数字计算机，计算机在对这些信息进行运算后发出脉冲信号，步进电机随着脉冲信号转动一定的角度或者一定线位移，最终达到自动加工零件的目的，这也是数控机床的控制原理。步进电机的这种便于控制的特性为形状复杂和加工高精度要求的零件提供了方便，更大大提高了零件加工的质量和效率。在选择步进电机时，必须要计算机械传动的等效转动惯量和电机轴上的负载，并计算各种工况下所需的转矩，然后根据最大转矩选择合适的步进电机。步进电机的转矩和起动动作的频率特性。负载惯性传动系统的主要参数之一对于步进电机的选择和传动比的设计具有重要意义。如果负载惯性与电机不匹配，系统将不能快速响应甚至让步。刚体定轴转动中的转动惯量，其地位相当于刚体平动中的质量，是衡量刚体抵抗旋转运动的惯性的物理量，或者理解为质量的转动形式。在选择步进电机是，我们必须计算出负载在电机主轴上的等效转动惯量，计算例句，再根据步进电机最大精专局和启动频率特性才能选择合适的电机。首先，步进电机的选择和传动比的设计是非常重要的。如果惯性和电机的匹配不当，系统就不能得到快速响应甚至失败。因此，在计算转动惯量时，必须考虑多个方面，选择合适的电机是重要的一步。它直接决定了设计的成败。选择电机一般应遵循以下步骤： 图2-4步进电机选择步骤已知： 平均速度为0.2m/s，被测零件质量为10kg1.运动学计算 正常情况下，步进电机的加速时间为0.11s，本设计取极速时间为0.1s，因此加减速时间总共为0.2s。根据加速度易知，再加减速过程中，步进电机的平均速度为其最大速度的一半。图2-5=0.4m (2-1)=2.11m/ (2-2)加速长度=0.0106m (2-3)匀速长度 (2-4)2.动力学计算 拉力 (2-5)=9.8N (2-5)=21.1N (2-7)=30.9 (2-8) 设直径30 mm=94.2mm (2-10)=9.44 (2-11)=2.24m/s (2-12)图2-6第2级主动轮直径取：第1级主动轮直径取：传动比取：i 1 ：3=6.72r/s (2-13)驱动器细分数 (2-14)细分数为4实际脉冲当量=0.04mm0.05mm (2-15)满足重复定位误差3.计算力矩，选择步进电机型号 =0.4635Nm (2-16)=0.155Nm (2-17)取安全系数为2电机力矩=0.310Nm选57HS09，其静力矩为0.9 Nm。2.4百分表百分表是一种万能长度测量工具，由精密齿条和小齿轮机构组成。它通常由弹簧丝、测量杆、探针、齿条、齿轮、防震弹簧、圆盘和指针组成。美国的B.C.艾姆斯在1890制造了表盘式量规。长度测量通常用于形状和位置误差和小位移。刻度盘的刻度盘用100个等刻度尺打印，也就是说，每个刻度相当于移动0.01毫米的测量杆。如果在圆形刻度盘上印有100或200个等分，则每个分区为0.001毫米或0.002毫米。这种测量工具称为百分表。改变探头形状并匹配相应的支架。百分表可制成其他变形品种，如深度刻度盘、内径百分表和厚度计。如果使用杠杆代替机架，则可以制作百分表和杠杆千分表。指示范围小，灵敏度高。此外，它们的探针可以以一定的角度旋转，可以适应不同的方向和结构紧凑。它们适用于用普通百分表测量难以测量的小孔、外圈和沟槽的位置和形状误差。百分表的工作原理,是移动由测量尺寸引起的测量杆的微小直线，通过齿轮传动放大它，并将其转换成刻度盘上指针的旋转，从而读出被测尺寸的大小。百分表是一种利用齿条或杠杆齿轮将测量杆的直线位移导入指针的角位移的测量仪器。2.5全自动偏摆仪底座基本参数的估算全自动偏摆仪底座主要起支撑作用。底座应具有良好的机械性能和物理性能。因此，全自动偏摆仪的底座要有一定的耐磨性，耐高温和耐低温和耐腐蚀特性，来保证仪器测量准确度。全自动偏摆仪就是在测量和检测过程中，为检测轴，齿轮等零件的径向尺寸公差，达到生产所需要的精度，保证机械传动的平稳性，应避免测量轴向尺寸过大，质量过大的零件。因此设计为被测零件最大直径270mm，被测零件长度小于300mm。2.6偏摆检查仪测量底座的改进设计图2-81.左顶心支架 2.百分表底座3.导轨4.右顶心支架图2-9改进的测量平台构图1.手柄 2. 进给刻度表 3.5. 螺旋丝杠 4.移动导轨6.平台底座在测量时，全自动偏摆仪的百分表需要经过多次调整侧新呢过准确地移动到预定位置，这样测量精度就不能保证，并且会浪费测量时间。为了解决这个问题，必须对偏摆仪的底座进行一些改进。在偏摆仪的导轨上安装一个检测平台，这个平台可以供百分表位置微调，能够让百分表迅速调整，准确定位，缩短调整时间，完成测量任务。在使用全自动偏摆仪测量粥类零件径向跳动误差是，要进行左右移动定心支架来固定转子，还要对数显百分表进行上线，左右方向上进行调整。通过铸造来制作偏摆仪的底座,铸造工艺设计如下。2.6.1铸造工艺分析（1）零件图分析零件图要清晰准确，根据零件图上各部分的尺寸和结构分析是否符合铸造工艺性，另外还要考虑底座铸造后产生的主要缺陷。偏摆仪底座材料选择为HT-200（2）零件的技术要求在浇铸时不能出现冷隔现象。铸造完成后去除内应力，铸件内部不能出现缩松缩孔现象，保证铸件的力学性能。清理铸件表面，去除毛刺、飞边及冒口，重要的工作面形状清晰，不出现缩松缩孔等缺陷。（3）铸件材料铸件材料的选择取决于零件的工作条件、技术状况和经济成本等，本设计采用球墨铸铁铸件，底座在整个偏摆仪的检测中主要起支撑作用，符合全自动偏摆仪的工作条件。2.6.2铸造的工艺方案（1）铸造方法的确定铸造方法有很多，根据实际情况，偏摆仪底座铸造选择使用砂型铸造。在机器造型和手工造型上选择使用手工造型。铸型种类为自硬砂。（2）浇铸位置的确定铸件分型面的选择原则：铸件的大端面和重要加工表面应尽可能朝下，避免出现夹渣或气孔等缺陷；铸件的薄壁应放在铸型的下方或者侧立位置，从而避免产生冷隔和浇不足的现象；应尽量避免使用活块或型芯；应尽可能将大部分或者整个铸件置于一个砂箱内。所以，全自动偏摆仪的底座铸件分型面选取如图所示图2-102.6.3技工工艺参数（1）确定加工余量 查询表表序号，加工余量等级为11-14，取12。表2-11公差等级CT方法铸件材料钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金砂型铸造手工造型11-1411-1411-1411-1410-1310-13砂型铸造机器造型和壳型8-128-128-128-128-108-10金属型铸造(重力铸造、低压铸造)8-108-108-108-107-9根据偏摆仪底座尺寸和加工余量等级，定基本公差值为10。根据表2-11和表2-12。取铸件的加工余量等级为F，查得上端面机械加工余量为2.5mm，90孔上端面机械加工余量为1.5mm。表2-12方法要求的机械加工余量等级铸件材料钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁砂型铸造手工造型G-KF-HF-HF-H砂型铸造机器造型和壳型F-HE-GE-GE-G金属型造型D-FD-FD-F最大尺寸要求的机械加工余量等级大于至EFGH400.40.50.50.740630.40.50.71631000.711.421001601.11.52.231602501.422.842504001.42.53.554006302.2346（2）最小铸造圆角半径取3（3）铸造收缩率取1%2.6.4设计浇铸系统浇铸位置选择原则：逐渐的大端面和重要工作表面应置于型腔地面或者侧面；分型面应放在收缩率大的部分的附近，以方便设置冒口。本设计选择垂直浇铸。并根据偏摆仪底座铸件的大小选择封闭式浇铸系统。冒口补偿铸件收缩，减少缩松缩孔，条件应满足 (2-18) (2-19)式中冒口体积 铸件体积 型壁移动所扩大的体积 体收缩率 冒口补缩效率2.7顶尖座全自动偏摆仪顶尖座用于固定顶尖，两顶尖座要保证顶尖在同一轴线上，顶尖座同上述全自动偏摆仪底座累，采用铸造方式加工出来。2.7.1铸造工艺分析（1）零件图分析零件图要清晰准确，根据零件图上各部分的尺寸和结构分析是否符合铸造工艺性，另外还要考虑底座铸造后产生的主要缺陷。偏摆仪顶尖座材料选择为HT-200（2）零件的技术要求在浇铸时不能出现冷隔现象。铸造完成后去除内应力，铸件内部不能出现缩松缩孔现象，保证铸件的力学性能。清理铸件表面，去除毛刺、飞边及冒口，重要的工作面形状清晰，不出现缩松缩孔等缺陷。（3）铸件材料铸件材料的选择取决于零件的工作条件、技术状况和经济成本等，本设计采用球墨铸铁铸件，顶尖座在整个偏摆仪的检测中主要起固定顶尖作用，符合全自动偏摆仪的工作条件。2.7.2铸造的工艺方案（1）铸造方法的确定铸造方法有很多，根据实际情况，偏摆仪顶尖座铸造选择使用砂型铸造。在机器造型和手工造型上选择使用手工造型。铸型种类为自硬砂。（2）浇铸位置的确定全自动偏摆仪的顶尖座铸件分型面选取如图所示2.7.3技工工艺参数（1）确定加工余量查询表2-9，加工余量等级为11-14，取12。根据偏摆仪底座尺寸和加工余量等级，定基本公差值为10。根据表2-10，取铸件的加工余量等级为F，查得上端面机械加工余量为2.5mm。图2-132.8顶尖座顶尖孔的加工工艺设计全自动偏摆仪尖孔的直径小于60mm，因此，顶尖孔不能直接铸造出来，需要镗孔。2.8.1选择定位基准加工零件时，用来作定位的基准叫定位基准。选择定位基准的正确与否，对零件的技术要求、加工工序顺序的确定起着关键的作用。定位基准有粗基准和精基准之分，一般将毛坯上的还没有加工的表面作为基准，叫粗基准；后面用加工过得表面作为基准，叫精基准。定位基准的选用，一般先根据零件的加工要求选择精基准，再选择一个表面作为粗基准，先利用粗基准将精基准的表面加工出来。（一）如何选择精基准基准重合原则：加工时可以选择要加工的表面的设计基准当做定位基准，能够防止因为基准不重合造成的误差。基准统一原则:每个工序选择的基准尽量相同，可以避免由于换基准造成的误差。互为基准原则:如果两个表面的位置精度要求很高，形状精度要求也很高，这时可以用这两个表面作彼此的基准，进行后续的多次加工；自为基准原则:当一个某个工序要求的加工余量很小，可以将加工表面作为自己的基准；粗基准选择原则粗基准一般是第一道工序选择的定位基准，主要是为了加工精基准平面，方便后续的加工，选择要遵循以下原则：保证相互位置要求的原则。当工件上存在不需要被加工的平面时，在满足条件的情况下，可以选择该平面为粗基准，这样可以使得两个表面之间的相互位置关系得到保证；合理分配加工余量的原则。选择重要的表面当做粗基准，可以确保加工余量均匀；便于工件装夹原则。粗基准平面要尽量平和光整，不要有缺陷，这样可以使工件装夹稳定，可靠；粗基准一般不得重复使用原则。由于粗基准的平面很粗糙，故通常粗基准在同一尺寸方向上只允许用一次，重复使用会使误差变大，影响加工。故选择52的大平面为粗基准。2.8.2表面加工方法的选择一个工件的加工表面通常要经过多道工序加工才能符合要求，故加工方法的选择对加工表面的精度要求影响很大，对后续和之前的加工影响也很大。加工方法的选择原则:1.选择的加工方法的经济性要确保符合所要求的精度和粗糙度；2.能确保工件的形状精度和位置精度；3.确保零件的可加工性；4.要适应零件的生产类型。2.8.3加工阶段的划分1.加工表面要求的精度不同，加工阶段的划分也不同，主要有以下加工阶段：2.粗加工阶段，在粗加工阶段，主要时切除被加工表面的余量的大部分；3.半精加工阶段，除去粗加工时，表面上留下的一些误差，为后续的精加工做好准备；4.精加工阶段，保证工件的各项要求都符合零件图上所要求的。2.8.4加工顺序安排切削加工顺序的安排：先粗后精，先主后次，先面后孔，基面先行。2.8.5确定切削用量及时间定额确定切削用量工序1粗铣左侧端面确定背吃刀量，取ap=2mm；确定进给量，取=0.13mm/z铣削速度按照d/z=100/5，=0.13mm/z，选取铣削速度v=135m/min由 (2-21)可知，n=429.9r/min,取n=380r/min,故实际铣削速度v=nd/1000=119.3m/min。表2-14硬质合金面铣刀铣削平面的进给量要求达到的粗糙度Ra/m3.21.60.80.4每转进给量/(mm/r)0.510.40.60.20.30.15当n=380r/min,工作台的每分钟进给量为：=zn=247mm/min (2-22)由式 (2-23)可知取=0.03d；故=10.2mm取=10.2mm；取=1mm则基本时间：=1min=60s (2-24)辅助时间由式 (2-25)取=0.1560=90s其他时间9%（359+52.5）=36s (2-26)故工序1的单件时间为 (2-27)工序2粗车右侧端面顶尖座两边对称，其工序与工序一相同。工序3精车左端面表2-16机床功率/kW钢铸铁及铜合金每齿进给量/(mm/z)YT15YT5YG6YG85100.090.180.120.180.140.240.200.29100.120.180.160.240.180.280.250.38（1）背吃刀量：ap=0.5mm；（2）进给量:f=0.4mm;（3）切削速度:v=90m/min;则n=（1000x90）/（3.14x454）=63r/min;由公式 (2-29)计算得=13.6s;辅助时间：=0.15x13.6=2S;其他时间：=18.4s单件时间定额：=33.6s。工序4精铣左端面（1）确定背吃刀量：取ap=0.5mm（2）确定进给量：取=0.5mm/r,即=0.04mm/z；（3）计算铣削速度：确定铣削速度v=66mm/min。计算=84r/min;取转速n=95r/min.则实际铣削速度为=74.5m/min。由公式计算出=0.042.595=95mm/min (2-30)=203mm,=15mm,=1mm上述结果代入公式有=2.3min=138s (2-31)辅助时间由式 (2-32)取=0.15138=21s其他时间9%（138+21）=14s (2-33)故工序1的单件时间为 (2-34)工序5精车14孔上端面（1）背吃刀量：ap=1.5mm;（2）进给量：f=0.4mm/r;（3）切削速度：确定V=90m/min;则n=1000x90/3.14x454=63r/min;由公式=54.7s (2-35)辅助时间：=0.15x54.7=8.2s;其他时间：=5.6s单件时间定额：=68.5s。工序6粗镗14孔（1）粗镗14孔工步（2）背吃刀量ap=1.5mm；（3）进给量;取f=1mm/r;（4）切削速度：由表4-4确定v=40m/min,则n=1000x40/3.14x90=318r/min;由公式 (2-36)得辅助时间：=0.15x9.2=1.4s;其他时间：=0.9s单件时间定额：=11.5s。表2-17硬质合金镗刀镗孔的切削用量加工工序刀具类型铸铁钢（铸钢）V/(m/min)f/(mm/r)V/(m/min)f/(mm/r)粗镗刀头40800.31.040600.31.0镗刀块35600.30.8-半精镗刀头601000.20.8801200.20.8镗刀块50800.20.6-精镗刀头50800.150.5601000.150.5镗刀块20401.04.0-工序7半精镗14孔半精镗14孔（1）背吃刀量ap=0.8mm；（2）进给量;取f=0.8mm/r;（3）切削速度：由表4-4确定v=60m/min;则n=1000x60/3.14x90=212r/min;由公式 (2-37)得辅助时间：=0.15x17=2.6s;其他时间：=1.7s单件时间定额：=21.3s。工序8精镗14孔精镗14孔（1）背吃刀量ap=0.2m；（2）进给量;取f=0.5mm/r;（3）切削速度：由表4-4确定v=80m/min;则n=1000x80/3.14x90=283r/min;由公式 (2-38)得其他时间：=2.1s单件时间定额：=25.9s。3全自动偏摆仪的改进设计与分析3.1全自动偏摆仪的分析设计全自动偏摆仪的设计与仿真需要计算机辅助分析。计算机辅助技术包含计算机技术和共分析。3.2 对全自动偏摆仪所测量工件创建载荷改进偏摆仪，应利用软件对偏摆仪设计模型进行运动仿真，能够通过模拟真实环境，观察工作状况，发现的问题并进行提前修改优化，以验证全自动偏摆仪的功能和测量结果的可靠性，减少实际制造中的困难，提高分析结果的准确性，提高设计的可用性。 图3-1 偏摆检查仪的受力图偏摆仪被测工件的受力为：图3-2 轴类零件的应力分析1、确定控制面与分段利用内力进行受力分析，在假象面C出断开，取左端为研究对象，对左边进行受力分析，在截面上画出弯矩和剪力的正方向。如图图3-3 A C段受力分析2、建立Axy坐标系以梁的轴类零件左端A为坐标原点，建立Axy直角坐标系，如图图3-4 AD段受力分析3、计算弯矩方程和剪力方程AC段：由平衡方程即 (3-1)即 (3-2)式中表示在y轴方向的分力 表示力矩 解得 AD段：由平衡方程即 (3-3)即 (3-4)解得 （3） 剪力与弯矩图 图3-5 剪力图图3-6 弯矩图在剪力和弯矩图中，我们容易看出被测量零件收到的剪力恒定，收到的弯矩在C点最大。3.3 安装情况对测量精度的影响轴类杆件零件在工程结构中承受载荷大都沿着轴线方向，这种轴向载荷叫做轴向载荷。这类零件在外力作用下会产生压缩或者拉伸作用。在进行设计时，要保证偏摆仪的机构和构件具备足够的刚度和强度。刚度表示构件或零部件在外力作用下抵抗塑性变形的能力。强度表示在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。安装时，左边顶尖和右边顶尖轴线重合。安装如图图3-7 正常安装情况3.4表架刚度对测量精度的影响在测量时，如果百分表表架刚度不足，则表架会受到一定的力使其变形，从而影响偏摆仪的测量精度。材料的刚度是指材料在收到外力作用是，材料能够保持原来形状不变形的能力。材料在受力后发生变形，此时受力的大小为材料的刚度。材料的刚度主要取决有材料自身的性质，另外还与材料的形状，边界条件和受力形式有关。在全自动偏摆仪的检测中，数显百分表与被测零件接触的牢固与否决定了本设计的成败，因此材料的结构与刚度设计也是一项非常重要的工作。（1）数显百分表与被测零件表面不垂直在实际操作过程中，百分表可能经常出现与被测零件表面不垂直的现象。百分表与被测零件表面的倾斜度越大，读书误差就越大。当百分表倾斜角度小于15度是，百分表读数误差一般会小于5%。百分表与被测零件表面不垂直，导致读数的偏差均大于实际值。这种问题导致的测量错误在实际测量中属于常见现象，应尽量避免。（2）表架挠度支撑数显百分表的表架及百分表的重力会使悬垂的表架产生弹性变形，从而向下产生弯曲，这种变形叫做表架挠度。这种挠度的存在会影响百分表的读数，所以安装时应尽量避免表架和加长杆的影响。4电气控制设计4.1电气控制系统方案的确定图4-1 开环伺服系统结构原理框图该系统主要包含步进电机和适合于相位的驱动电路。由上图可以看出，将由数控装置发出的指令脉冲驱动电路变换并放大传送给步进电机，随后，步进电机在接受到脉冲后旋转一定角度，再通过齿轮副和顶尖带动被测零件转动。指令脉冲的频率和个数，决定了步进电机的转速和转过的角度。由此可见，对于改造设计的全自动偏摆仪的被测零件的旋转指令，由步进电机驱动的开环控制系统非常合适。该系统具有很高的可靠性，并且其结构简单，操作维修方便，成本低廉，具有较高的精度。4.2 步进电动机与旋转体的联接全自动偏摆仪，步进电动机应与顶尖相联接。步进电动机与顶尖的联接的方法有两种。第一种连接方法是将顶尖与步进电机直接连接，但此方法脉冲当量不是5的倍数。第二种是步进电机连接减速器，顶尖再与减速器进行连接。该设计选择采用第二种链接方法。4.3 步进电动机开环控制系统设计步进电机使一种可以进行精确角位移或者线位移的电动机，它的工作原理是，利用电磁铁转变电脉冲信号。在近些年来，步进电机广泛应用于数字控制装置中。比如在加工复杂零件时，常常把被加工零件的各种行传要求，打在穿孔纸带上，输入数字计算机，计算机在对这些信息进行运算后发出脉冲信号，步进电机随着脉冲信号转动一定的角度或者一定线位移，最终达到自动加工零件的目的，这也是数控机床的控制原理。步进电机的这种便于控制的特性为形状复杂和加工高精度要求的零件提供了方便，更大大提高了零件加工的质量和效率。驱动步进电机的控制系统包含光隔离电路和脉冲放大器。其驱动原理框图如下图所示。图4-2步进电动机驱动原理框图4.4脉冲分配器脉冲信号源是由CNC系统根据程序控制脉冲频率和频率的个数，脉冲分配器将脉冲信号按一定顺序分配；然后送到放大电路中进行功率放大，驱动步进电动机进行工作，其中脉冲分配器及前面的微机及接口芯片，工作电平一般为+5V， 而作为电动机电源需要符合步进电动机要求的额定电压值。为避免强电对弱电的干扰，在它们之间设计采用光隔离电路。具体电路如下面所设计的。对于开环伺服驱动中，我们设计采用单片机脉冲分配器，如下图5所 设计的8051单片机控制步进电动机的控制电路。 图4.3 8051单片机控制步进电动机控制原理框图8051单片机的P1口作为输出口，用程序实现脉冲分配功能。对于三相步进电动机，用P1.0，P1.1，P1.2作为输出端，经光电隔离电路，再由驱动电路放大来驱动步进电动机运转。对于我们改造设计的C616 车床的纵向伺服进给单元机电一体化改造，选择的是 三相六拍的反应式步进电动机110BF003。因此，按三相六拍的步电动机的通电顺序，可以得出P1口的输出控制字表如下表2所示。由表2可见，步进电动机第一个状态字为01H，从上而下输出控制字，步进电动机正转。假设这些控制字存在，根据状态字在存储器地址以及读取控制字的顺序，可以画出三相六拍步进电动机的控制程序框图如下图。表4-4 P1口输出控制字转向通电顺序D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0控制字正转A0 0 101HAB0 1 103HB0 1 002HBC1 1 006HC1 0 104HCA1 0 005H假设，步进电动机总的运行参数放在R4，转向标志存放在程序状态寄存器用户标志FI（D5H）中，当F1为“0”时，步进电动机正转。正转时，8051的P1口的输出控制字01H，03H，02H，06H，04H，05存放在8051的片内数据存储器单元20H25H中，26H 存放结束标志00H。在2DH单元内存放结束标志00H。根据前面的控制程序表2和图（7）的控制程序控制框图，以及全自动偏摆仪要去哦去电机一次只转动一圈，我们可以编出步进电动机正转及转速控制程序，其控制程序如下。 void main() maichong = 1O; while(maichongO) in1=O;in2=O;in3=1;in4=O;/1 Delay(5OOO); in1=O;in2=1;in3=O;in4=O; /2 Delay(5OOO); in1=O;in2=O;in3=O;in4=1; /3 Delay(5OOO); in1=1;in2=O;in3=O;in4=O; /4 Delay(5000); maichong-; in1=O;in2=O;in3=O;in4=O; FI（D5H）中，当F1为“O”时，步进电动机正转。正转时，8O51的P1口的输出控制字O1H，O3H，O2H，O6H，O4H，O5存放在8051的片内数据存假设，步进电动机总的运行参数放在R4，转向标志存放在程序状态寄存器用户标志储器单元2OH25H中，26H 存放结束标志OOH。根据前面的控制程序表2和图（7）的控制程序控制框图，我们可以编出步进电动机转动及转速控制程序，其控制程序如下。 PUSH A； 保护现场 M0V R4 #N 设步长计数器 CLR C； 0RL C， D5H； 转向标志为“1”转移 JC R0TE； M0V R0， #20H； 正转控制字首地址 AJMP L00P； LOOP1： DJNZ R4，L00P； 步数不为“O” P0P A； 恢复现场 TPL： M0V A， RO； CLR C； SUBB A， O6H； M0V R0，A； 恢复控制首地址 AJMP L00P1； DELAY： M0V R2，M； DELAY1：M0V A， M1； L00P： DEC A； JNZ L00P； DJNZ R2，DELAY1； RET图4-5 三相六拍步进电动机控制程序框图FI（D5H）中，当F1为“O”时，步进电动机正转。正转时，8O51的P1口的输出控制字O1H，O3H，O2H，O6H，O4H，O5存放在8051的片内数据存假设，步进电动机总的运行参数放在R4，转向标志存放在程序状态寄存器用户标志储器单元2OH25H中，26H 存放结束标志OOH。根据前面的控制程序表2和图（7）的控制程序控制框图，我们可以编出步进电动机转动及转速控制程序，其控制程序如下。 PUSH A； 保护现场 M0V R4 #N 设步长计数器 CLR C； 0RL C， D5H； 转向标志为“1”转移 JC R0TE； M0V R0， #20H； 正转控制字首地址 AJMP L00P； LOOP1： DJNZ R4，L00P； 步数不为“O” P0P A； 恢复现场 TPL： M0V A， RO； CLR C； SUBB A， O6H； M0V R0，A； 恢复控制首地址 AJMP L00P1； DELAY： M0V R2，M； DELAY1：M0V A， M1； L00P： DEC A； JNZ L00P； DJNZ R2，DELAY1； RET4.5 复位电路单片机本身不能进行复位，所以单片机的复位需要借助外部电路。在单片机完成指定工作后，只要在reset引脚上加上高电平，就可以实现，在随后的使用中，单片机重新从oooH单元开始执行程序。本设计上电与按钮复位组合的复位电路。在停电瞬间，R，C电路接通，reset接收到高电平单片机就实现了复位。电路图如图所示图4.6 复位电路4.6 数显百分表数显百分表是通过齿轮或杠杆将一般的直线位移（直线运动）转换成指针的旋转运动，然后在显示屏上进行读数的长度测量仪器。数显百分表具有显示精确，而且很方便，读数一目了然，精度高优点。全自动偏摆仪要求显示径向跳动误差最大值与最小值，用单片机来完成，程序如下。MOV R4,
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