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曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计【6张图纸】【优秀】

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曲轴 轴线 同轴 自动 测量仪 设计 图纸 优秀 优良
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曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计

31页 18000字数+说明书+任务书+开题报告+6张CAD图纸

中期检查表.doc

任务书.doc

导板.dwg

导轨.dwg

床身.dwg

开题论证记录.doc

总装图.dwg

支架.dwg

曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计开题报告.doc

曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计说明书.doc

毕业设计封面.doc

滑座.dwg

目录.doc

选题审批表.doc


摘 要:本文介绍了曲轴轴线同轴度误差自动检测仪设计的详细过程,其中运用最小二乘法原理建立了曲轴轴线同轴度误差检测原理的数学模型,对检测装置的组成部分进行了详细的分析及运算,提出了多套设计方案,并选择其中一种进行了详细地说明和计算,包括对床身的结构设计、驱动用电动机的选择、测量装置的选择、对主要的传动部件进行计算和校核,并列出了多个图表进行补充说明,还绘制了检测系统原理图、组成联系图、检测装置的装配图和部分零件图。根据原理编写了对已采集数据进行计算处理的程序。  

关键词:同轴度误差;数学模型;自动检测及数据分析Abstract: This paper introduced the axis of the crankshaft coaxiality automatically detect errors in detail the process of home design, according to the principle of least squares to establish the axis of the crankshaft coaxiality error detection principle of mathematical model of detection devices have been an integral part of detail and put forward a number of sets of design options, and select one of a detailed explanation and calculation, including the bed of the structural design, the choice of driving motor, the choice of measuring devices, the main components of the calculation of transmission and checking, and set out a number added to the chart. Drawing a schematic diagram detection system, composed of linked maps, detection devices and parts assembly diagram. Prepared in accordance with the principle of the calculation has to deal with data collection procedures. Key words: coaxiality error; mathematical model; automatic detection and the data analysis;


    目  录

   摘要……………………………………………………………………………1

   关键词…………………………………………………………………………1

   1前言………………………………………………………………………………2

     1.1选题研究意义 …………………………………………………………………2

     1.2国内外研究现状………………………………………………………………2

     1.3课程研究内容 …………………………………………………………………3

   2 形位误差检测原理…………………………………………………………………3

     2.1形位误差检测的特点……………………………………………………………3

     2.2形位误差检测的基本原则………………………………………………………4

     2.3同轴度测量的数学模型…………………………………………………………5

     2.4最小二乘法测量……………………………………………………………7

       2.4.1测量原理……………………………………………………………7

       2.4.2计算机处理程序……………………………………………………………8

   3方案论证……………………………………………………………………10

     3.1方案一 …………………………………………………………………10

     3.2方案二………………………………………………………………11

     3.3方案三 ………………………………………………………………………11

     3.4小结 ………………………………………………………………………11

   4检测系统设计……………………………………………………………………… 11

     4.1测量部分……………………………………………………………11

     4.2计算机控制处理及测量过程…………………………………………………12

     4.3机械部分……………………………………………………………13

       4.3.1驱动电机的选择…………………………………………………………13

       4.3.2工件的定位……………………………………………………………19

       4.3.3机身设计……………………………………………………………19

       4.3.4导轨截面设计……………………………………………………………21

       4.3.5滚珠丝杠螺母副设计……………………………………………………23

       4.3.6滚动轴承的选择…………………………………………………………26

       4.3.7传感器支架弯度校核……………………………………………………28

   5结论…………………………………………………………………28

   参考文献 ………………………………………………………………………29

   致谢……………………………………………………………………………30

1.1 选题研究意义

   自动检测技术是自动化科学技术的一个重要分支科学,它在仪器表的使用、研制、生产的基础上发展起来的一门综合性技术。自动检测就是在检测和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工干预而自动进行并完成的。现实自动检测可以提高自动化水平和程度,减少人为干扰因素和人为差错,可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。

   形位误差对零件的使用功能有很大的影响,为了保证零件的互换性和精度等要求,不仅要控制尺寸误差和表面粗糙度,还必须控制零件的形位误差。在加工过程中,由于机床、夹具、刀具、工件所构成的工艺系统会出现受力变形、热变形、振动及磨损等情况,在其影响之下被加工零件的几何要素不可避免地将会产生误差、波度和表面粗糙度。零件的形位误差会影响零件的功能要求、配合性质和装备性质,所以,零件的形位误差对其工作性能的影响一定不能忽视,它是衡量机器、仪器产品质量的重要指标。

  我国汽车工业的快速发展,对发动机的需要量越来越大。曲轴是发动机的几大基本组件之一,其加工质量关系到发动机整体的质量,可以说曲轴尺寸及形位参数直接影响着发动机的性能。因此,在控制曲轴的加工质量上,这些参数是主要的检测对象。

  在加工曲轴时对其曲轴轴线的同轴度要求较高。同轴度误差会使曲轴在旋转时造成发动机缸体的振动,而振动对机器的正常工作有很大影响,由于转动惯量大、转速高,造成机器轴不对中,会带来一系列的严重问题:一是增加了轴承所受的力,轴承会过早地发生损坏,缩短了轴承的使用寿命;二是增大了联轴器的磨擦,使联轴器处磨擦增大,会使机器的能源使用效率显著下降,提高了运营成本;三是缩短了机器寿命,由不对中所产生的额外的力,会使转轴发生往复移动,这样活动性的动作会显著地缩短机器的寿命;四是不对中会对转轴密封产生特别严重的影响。

  为适应我国汽车工业发展的需要,改变汽车工业生产中检测手段落后的局面,研制具有高新技术含量的在线检测仪器,显然有着重要意义。

1.2 国内外研究现状

  近年来,现代科学技术不断进步,工业生产趋向于集成化,专业化,标准化。

  机械工业中的在线检测,从狭义上讲,是指在机械加工生产线上,加入某一环节,以便对加工生产中的某些参数或工况进行检测。

  国内外曲轴主轴轴线的生产加工自动化程度明显提高,多有主动测量装置,加工精度高,其尺寸及形位参数在加工时就予以保证了。 同轴度误差常见的测量方法有坐标法、对径双测头测量法、反向法和壁厚差法 。 这些测量方法都是在通用测量器具上如圆度仪、坐标测量仪、分度头或以平板为基准, 利用V 型块和指示器进行测量。 较先进的还有激光的非接触测量,用CCD 获取衍射条纹图象从而获得同轴度误差值。

1.3 课程研究内容

  这次设计的课题是曲轴轴线同轴度误差自动测量仪的设计。同轴度误差是用于限制被测要素对基准要素的轴线同轴的位置误差。就实际价值而言,发动机缸体是发动机的基础零件,曲轴轴线同轴度误差会使曲轴在旋转时造成发动机缸体的振动,而振动对机器的正常工作有很大影响,由于转动惯量大、转速高,造成机器轴不对中,会带来一系列的严重问题,这对于发动机性能及其寿命都有重要影响,因此利用计算机系统控制其误差具有重要的现实意义。本次设计的数学模型是用最小二乘法建立的,最小二乘法常被应用在误差检测的建模方面,因此本次设计具有一定的理论基础和实际意义。

内容简介:
湖南农业大学东方科技学院毕业论文(设计)中期检查表学 部: 理工学部 学生姓名宋力学 号200841914130年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(1)班指导教师姓名周光永指导教师职称副教授毕业论文(设计)题目曲轴轴线同轴度自动检测仪的设计工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1. 查找资料相关文献,完成开题报告2. 确定自动检测仪结构方案,结构分析3. 进行自动检测仪设计的计算4.绘制自动检测仪装备图 1.自动检测仪零件图的绘制2.优化模具设计和分析3编制工作零件的加工工艺规程4整理修改及提交毕业设计说明书和设计图纸 指导教师意见 指导教师签名: 年 月 日检查(考核)小组意见 检查小组组长签名: 年 月 日 湖南农业大学东方科技学院毕业论文(设计)任务书 学生姓名:宋力 学 号:200841914130 年级专业及班级:2008级机械设计制造及其自 动化(1)班 指导老师及职称:周光永 副教授 学 部:理工学部 20 年 月 日填 写 说 明一、毕业论文任务书是学院根据已经确定的毕业论文题目下达给学生的一种教学文件,是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生,不能多人共用。三、选题要恰当,任务要明确,难度要适中,份量要合理,使每个学生在规定的时限内,经过自己的努力,可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达,不得随意更改。五、各栏填写基本要求。(一)毕业论文选题来源、选题性质和完成形式:请在合适的对应选项前的“( )”内打“”,科研课题请注明课题项目和名称,项目指“国家青年基金”等。(二)主要内容和要求:1工程设计类选题明确设计具体任务,设计原始条件及主要技术指标;设计方案的形成(比较与论证);该生的侧重点;应完成的工作量,如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源,具体任务与目标,国内外相关的研究现状及其评述;该生的研究重点,研究的实验内容、实验原理及实验方案;计算机应用及工作量要求,如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标;对相关的研究历史和研究现状简要介绍,明确该生的研究重点;要求完成的工作量,如论文、文献综述报告、译文等。(三)主要参考文献与外文资料:在确定了毕业论文题目和明确了要求后,指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息,或划定参考资料的范围,指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。(四)毕业论文的进度安排:1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%;主体工作,包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%;撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%;撰写论文初稿,修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写,也可使用打印稿,但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文(设计)题目曲轴轴线同轴度自动检测仪的设计主要内容和要求(宋体五号,行间距单倍行距)设计的主要内容:一、建立数学模型。二、进行方案选择,要求论证充分。三、整体结构设计,绘制0号结构示意图一张。四、编写运算程序。五、测绘零件图1号图一张。六、编写设计计算说明书一份,不少于15000字。主要参考资料(具体格式以规范化要求规定为准)1 常健生.检测与转换技术.M 机械工业出版社 2002年2月2 樊映川. 数学分析.M人民教育出版社 1980年6月3 朱龙根. 机械零件设计手册 M 机械工业出版社2001年8月4 王光斗,王春福.机床夹具设计手册 M上海科学技术出版社1988年3月5 方大千. 电工手册 M 电子出版社2003年10月6 温松明. 互换性与技术测量基础 M长沙:湖南大学出版社2000年10月7 谭浩强. C程序设计 M北京:清华大学出版社1997年1月8 陆耀祖. 内燃机构造与原理 M中国建材工业出版社2004年3月9 卡严.机械传动装置设计手册 M北京:机械工业出版社1997年1月 10 王世彤. 机械原理与零件 M 北京:高等教育出版社2004年3月11 符炜. 机械创新设计构思方法 M 湖南科学技术出版社2005年1月12 孙恒 陈作模. 机械原理M 北京:高等教育出版社1996年5月工作进度安排(宋体五号,行间距固定值22磅)起止日期主要工作内容 2月2日至3月15日收集资料3月16日至3月31日总体方案论证,选择,整体结构的初步设计4月1日至4月5日中期检查4月6日至4月15日整体结构设计,绘制装配图4月16日至4月30日绘制控制原理图5月1日至5月10日绘制零件图5月11日至5月22日编写设计计算说明书5月底开始审核,修正,答辩准备要求完成日期:20 年 月 日 指导教师签名: 接受任务日期:20 年 月 日; 学生本人签名: 湖南农业大学东方科技学院毕业论文(设计)开题论证记录系 部: 理工学部 学生姓名宋力学 号200841914130年级专业及班级2008 级机械设计制造及其自动化(1)班指导教师姓名周光永指导教师职称副教授论文(设计)题目曲轴轴线同轴度自动检测仪的设计论证小组质疑及指导意见:1、 三坐标测量同轴度方法2、 影响同轴度的因素3、 用三坐标测量同轴度的方法学生回答简要记录:1、 同轴度检测仪是我们在测量工作中经常遇到的问题,用三坐标进行同轴度的测量不仅直观又方便,其测量结果精度高、重复性好。2、 在国际中同轴度公差带的定义是直径公差t,且与基准线同轴的圆柱面内的区域,它有三种控制要素:轴线与轴线、轴线与公共轴线、圆心与圆心。3、 对于基准圆柱与圆柱,距离较远时不能用测量软件直接求得。通用公共共轴线发、直线度法、求距法求得。论证小组成员签名记录人签名: 论证日期: 年 月 日注:记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。湖南农业大学东方科技学院毕业论文(设计)开题论证审批表学生姓名宋力学号200841914130年级专业及班级2008级机械设计及其自动化专业(1)班指导教师及职称周光永副教授开题时间年 月 日毕业论文(设计)题目曲轴轴线同轴度自动检测仪的设计文献综述(选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等)(宋体五号,行间距单倍行距,注:此表如不够填写,可另加页。)一、选题研究意义在机械制造中,应用检测技术,会使社会经济效益增加,主要表现在:1、保证产品质量。产品质量是在生产者与用户共同关心的首要问题。据1993年统计数字表明:我国目前每年生产中的废品,即可为国家减少几亿的损失。而且在线监测生产产品过程中的各种质量指标,把废次品消灭在萌发中。在理想状态下,可以保证合格率达到白分之一百2、节约和降低到成本,减少废品,减少材料消耗,减少次品返修率,都可以节省材料、能源,降低了成本。3、提高了劳动生产率,减少了工人劳动程度。由于采用在线检测,可以减少停机和设备调整时间,减少检测人员数量,从而提高了劳动生产率。在生产环境恶劣的地方,在产品数量大的城市,应用在线检测可以大大减少工人的劳动强度。二、国内外研究现状和发展趋势。曲轴轴线同轴度自动检测仪的同轴度检测的重要一个环节。近些年随着我国汽车行业的发展,检测技术在突飞猛进。通过自主研发、引进国外先进技术、与国外公司合资、合作等方式,迅速提高国内的检测水平,基本满足了需用需要。目前开发研究的曲轴轴线同轴度自动检测仪的将先进的传感器,同心度测量仪用于离心泵、压缩机、风机、发电机等各种转动设备的两轴找同心度工作(又称对轮找正)具有结构合理、精度高、误差小、适用范围广泛、使用维护方便等特点、是理想的专用测量工具、广泛用于石化、发电、造纸、纺织、等机械行业同心度测量仪有轴向和径向二块双面百分表,读数方便底座装有高性能磁钢,可以牢固地吸附在连轴器上,用于检测圆柱销式、齿轮式、固定式、弹性式等联轴器同心度,不但提高测量精度,减少测量误差,并且可以大大提高工作效率,减小机器的磨坏程度。九十年代初,我国清华大学对大尺寸工件孔一孔同轴度检测技术进行研究时,采用以激光作为光源的光纤准直线系统,激光束聚焦透镜耦合入单模光纤,再经过准直线物镜产生准直线光束射到在定靶心的四象测量仪。以自动定心把衷心相对于基准的变动量作为被测截面中心相对于基准线的坐标变动量。九十年代中后期,北京机械工业学院对大尺寸轴同轴度测量技术进行研究时,采用以热稳频激光器作为光源,仪CDD探测器作为就收装置的激光准直系统。测量系统采用三点法去除机床主轴回转误差引入的测量误差。主要参考资料(具体格式以规范化要求规定为准)1 常健生.检测与转换技术.M 机械工业出版社 2002年2月2 樊映川. 数学分析.M人民教育出版社 1980年6月3 朱龙根. 机械零件设计手册 M 机械工业出版社2001年8月4 王光斗,王春福.机床夹具设计手册 M上海科学技术出版社1988年3月5 方大千. 电工手册 M 电子出版社2003年10月6 温松明. 互换性与技术测量基础 M长沙:湖南大学出版社2000年10月7 谭浩强. C程序设计 M北京:清华大学出版社1997年1月8 陆耀祖. 内燃机构造与原理 M中国建材工业出版社2004年3月9 卡严.机械传动装置设计手册 M北京:机械工业出版社1997年1月 10 王世彤. 机械原理与零件 M 北京:高等教育出版社2004年3月11 符炜. 机械创新设计构思方法 M 湖南科学技术出版社2005年1月12 孙恒 陈作模. 机械原理M 北京:高等教育出版社1996年5月研究方案(研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等)(宋体五号,行间距单倍行距)一、 研究目的 提高生产效率,提高产品质量,减少成本二、研究内容1、建立数学模型2、进行方案选择,要求论证充分3、整体结构设计,绘制0号结构示意图一张4、编写运算程序5、绘制零件图1号图纸一张6、编写设计计算说明书一份,不少于15000字。三研究方法收集资料并归纳分析,总体方案论证,选择,整体结构的初步设计。对各主要零件设计、计算。根据分析方案,确定整体结构设计,绘制装备图;控制原理图;零件图。时间进程安排(各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等)(宋体五号,行间距单倍行距) 2011.09.012011.11.10 选题 已完成 2011.11.112011.11.30 下达任务书 已完成 2011.12.012012.01.02 文献资料查寻及整理,开题论证 进行中 2012.04.152012.04.20 中期检查 未进行 2012.01.022012.05.10 论文的撰写、修改直至定稿 未进行 2012.05.172012.05.24 论文的审查、评阅与答辩 未进行 2012.05.252012.05.28 最后整改,装订 未进行开题论证小组意见 组长签名: 年 月 日专业委员会意见专业教研室主任签名: 年 月 日曲轴轴线同轴度自动测量仪的设计学生:宋力指导老师:周光永(湖南农业大学东方科技学院,长沙 410128)摘 要:本文介绍了曲轴轴线同轴度误差自动检测仪设计的详细过程,其中运用最小二乘法原理建立了曲轴轴线同轴度误差检测原理的数学模型,对检测装置的组成部分进行了详细的分析及运算,提出了多套设计方案,并选择其中一种进行了详细地说明和计算,包括对床身的结构设计、驱动用电动机的选择、测量装置的选择、对主要的传动部件进行计算和校核,并列出了多个图表进行补充说明,还绘制了检测系统原理图、组成联系图、检测装置的装配图和部分零件图。根据原理编写了对已采集数据进行计算处理的程序。 关键词:同轴度误差;数学模型;自动检测及数据分析THE DESIGN OF AUTOMATIC DETECTOR FOR COAXIALITY OF CRANKSHAFT Student: SONG LiTutor: ZHOU Guang-yong (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: This paper introduced the axis of the crankshaft coaxiality automatically detect errors in detail the process of home design, according to the principle of least squares to establish the axis of the crankshaft coaxiality error detection principle of mathematical model of detection devices have been an integral part of detail and put forward a number of sets of design options, and select one of a detailed explanation and calculation, including the bed of the structural design, the choice of driving motor, the choice of measuring devices, the main components of the calculation of transmission and checking, and set out a number added to the chart. Drawing a schematic diagram detection system, composed of linked maps, detection devices and parts assembly diagram. Prepared in accordance with the principle of the calculation has to deal with data collection procedures. Key words: coaxiality error; mathematical model; automatic detection and the data analysis;目 录 摘要1 关键词1 1前言2 1.1选题研究意义 2 1.2国内外研究现状2 1.3课程研究内容 3 2 形位误差检测原理3 2.1形位误差检测的特点3 2.2形位误差检测的基本原则4 2.3同轴度测量的数学模型5 2.4最小二乘法测量7 2.4.1测量原理7 2.4.2计算机处理程序8 3方案论证10 3.1方案一 10 3.2方案二11 3.3方案三 11 3.4小结 11 4检测系统设计 11 4.1测量部分11 4.2计算机控制处理及测量过程12 4.3机械部分13 4.3.1驱动电机的选择13 4.3.2工件的定位19 4.3.3机身设计19 4.3.4导轨截面设计21 4.3.5滚珠丝杠螺母副设计23 4.3.6滚动轴承的选择26 4.3.7传感器支架弯度校核28 5结论28 参考文献 29致谢30 1 前言1.1 选题研究意义 自动检测技术是自动化科学技术的一个重要分支科学,它在仪器表的使用、研制、生产的基础上发展起来的一门综合性技术。自动检测就是在检测和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工干预而自动进行并完成的。现实自动检测可以提高自动化水平和程度,减少人为干扰因素和人为差错,可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。形位误差对零件的使用功能有很大的影响,为了保证零件的互换性和精度等要求,不仅要控制尺寸误差和表面粗糙度,还必须控制零件的形位误差。在加工过程中,由于机床、夹具、刀具、工件所构成的工艺系统会出现受力变形、热变形、振动及磨损等情况,在其影响之下被加工零件的几何要素不可避免地将会产生误差、波度和表面粗糙度。零件的形位误差会影响零件的功能要求、配合性质和装备性质,所以,零件的形位误差对其工作性能的影响一定不能忽视,它是衡量机器、仪器产品质量的重要指标。我国汽车工业的快速发展,对发动机的需要量越来越大。曲轴是发动机的几大基本组件之一,其加工质量关系到发动机整体的质量,可以说曲轴尺寸及形位参数直接影响着发动机的性能。因此,在控制曲轴的加工质量上,这些参数是主要的检测对象。在加工曲轴时对其曲轴轴线的同轴度要求较高。同轴度误差会使曲轴在旋转时造成发动机缸体的振动,而振动对机器的正常工作有很大影响,由于转动惯量大、转速高,造成机器轴不对中,会带来一系列的严重问题:一是增加了轴承所受的力,轴承会过早地发生损坏,缩短了轴承的使用寿命;二是增大了联轴器的磨擦,使联轴器处磨擦增大,会使机器的能源使用效率显著下降,提高了运营成本;三是缩短了机器寿命,由不对中所产生的额外的力,会使转轴发生往复移动,这样活动性的动作会显著地缩短机器的寿命;四是不对中会对转轴密封产生特别严重的影响。为适应我国汽车工业发展的需要,改变汽车工业生产中检测手段落后的局面,研制具有高新技术含量的在线检测仪器,显然有着重要意义。1.2 国内外研究现状近年来,现代科学技术不断进步,工业生产趋向于集成化,专业化,标准化。机械工业中的在线检测,从狭义上讲,是指在机械加工生产线上,加入某一环节,以便对加工生产中的某些参数或工况进行检测。国内外曲轴主轴轴线的生产加工自动化程度明显提高,多有主动测量装置,加工精度高,其尺寸及形位参数在加工时就予以保证了。 同轴度误差常见的测量方法有坐标法、对径双测头测量法、反向法和壁厚差法 。 这些测量方法都是在通用测量器具上如圆度仪、坐标测量仪、分度头或以平板为基准, 利用V 型块和指示器进行测量。 较先进的还有激光的非接触测量,用CCD 获取衍射条纹图象从而获得同轴度误差值。1.3 课程研究内容这次设计的课题是曲轴轴线同轴度误差自动测量仪的设计。同轴度误差是用于限制被测要素对基准要素的轴线同轴的位置误差。就实际价值而言,发动机缸体是发动机的基础零件,曲轴轴线同轴度误差会使曲轴在旋转时造成发动机缸体的振动,而振动对机器的正常工作有很大影响,由于转动惯量大、转速高,造成机器轴不对中,会带来一系列的严重问题,这对于发动机性能及其寿命都有重要影响,因此利用计算机系统控制其误差具有重要的现实意义。本次设计的数学模型是用最小二乘法建立的,最小二乘法常被应用在误差检测的建模方面,因此本次设计具有一定的理论基础和实际意义。就目前国内同轴度误差测量的状况来看,开发出的设备主要都是运用在外圆,即轴类零件的圆度和同轴度误差的检测。同轴度误差常见的测量方法有坐标法、对径双测头测量法、反向法和壁厚差法 。 这些测量方法都是在通用测量器具上如圆度仪、坐标测量仪、分度头或以平板为基准, 利用V 型块和指示器进行测量。 较先进的还有激光的非接触测量,用CCD 获取衍射条纹图象从而获得同轴度误差值。但这些方法都不适应在线测量的要求。本次设计要求解决的问题是完成发动机曲轴轴线同轴度误差自动检测装置的设计。说明书中的主要内容是检测装置机械部分的结构设计,而计算机的控制和电气部分只是稍微做介绍。2 形位误差检测原理2.1 形位误差检测的特点第一个特点就是加工后测量。形位误差涉及到某方面的全部尺寸,所以只能在加工完成后进行测量。例如,在机床上加工圆柱体,其圆度误差与每个截面上的直径尺寸有关,所以,其圆度误差只有在加工完成后才能被测量出来。第二个特点就是多尺寸测量。由于形位误差涉及到某方面的全部尺寸,为了获得全部或较多的的尺寸信息,可用下面良种方法实现:(1)少传感器测量。例如用一个测量直径的传感器并用旋转法去扫描测出某个圆周上各点的直径,从而得出该圆周上各点的直径信息,然后可找出该截面上的圆度误差。(2)多传感器测量。如前例中,可用多个测量直径的传感器同时测量。采用的传感器越多,获得的信息越多,测量精度越高,否则相反。对于某个具体问题,要经过经济技术比较后方可确定。第三个特点是数据处理。由于形位误差涉及到某个方面的全部尺寸,当获得信息后,还要经过运算后才能求出形位误差,也就是说,形位误差不能直接测量出来。例如,确定某圆柱体的圆度误差。首先测出某个截面上的诸多半径R,然后找出最大半径Rmax和最小半径Rmin,而该圆截面上的圆度误差就是两者之差=Rmax-Rmin。对于一个圆柱体的圆柱面来说,还要测出众多的截面上的圆度误差,从中找出最大误差max,就是被测圆柱体的圆度误差。2.2 形位误差检测的基本原则检测形位误差的具体方法,随检测对象的特点、精度要求以及设备条件不同,可以采用多种方法。只要能够保证一定的测量精度,又符合经济原则,就是一个合理的方案。按国际惯例,将常用仪表显示的各种检测方法概括为以下几种检测原理。检测原则一:与理想要素比较原则。该原则是将被测实际要素与理想要素直接进行比较,得到一系列数据,再根据这些数据来评定形位误差。检测原则二:测量坐标原则。该原则是指被测量要素的测的数据为相对于某种坐标而言的坐标值,再根据这些数据做数据处理后获得形位误差的一种原则。检测原理三:测量特征参数原则。特征参数是指表征被测要素形位误差的某种具有代表性的参数。用特征参数来表征形位误差,可使测量设备简单,测量过程简化,从而提高测量效率,有较好的经济效果。检测原则四:测量跳动原则。该原则是在被测要素绕基准轴线回转过程中,相对于某参考点或线的变化情况来表示跳动值的一种原则。检测原则五:控制实效边界原则。图样上按最大实体状态给出形位公差时,通常综合量规来检验被测要素。检测原则五即用综合量规检测的原则。2.3 同轴度测量的数学模型极坐标法测圆的最小二乘法是测量同轴度误差采用的方法。极坐标测量法是在极坐标系中进行的,极坐标系是一个二维坐标系统。该坐标系统中的点由一个夹角和一段相对中心点极点(相当于我们较为熟知的直角坐标系中的原点)的距离来表示。极坐标系的应用领域十分广泛,包括数学、物理、工程、航海以及机器人领域。在两点间的关系用夹角和距离很容易表示时,极坐标系便显得尤为有用;而在平面直角坐标系中,这样的关系就只能使用三角函数来表示。对于很多类型的曲线,极坐标方程是最简单的表达形式,甚至对于某些曲线来说,只有极坐标方程能够表示。一个回转零件,其横截面轮廓是否为一正圆,需要与理想圆进行比较后,才能得出正确结论。在同轴度、平行度及垂直度误差检测中,经常要在极坐标系中测取零件截面的圆周误差。在国家标准中有许多方法,其中最常用的是最小二乘法。进一步简述如下:一个圆形工件,其表面的轮廓如图1所示。为计算方便,把它分成有限个点进行采样,点的位置用极坐标(r,)表示,如果一条圆周线把这些采样的距离的平方和为最小,这个圆就是最小二乘圆。这个圆最佳地近似表示了这些点。所以最小二乘法原理可写为: (1)式中,ri为测量点的极坐标幅值;Li为最小二乘圆周上的点到原点O的直线长度;n为测量点数。图1是一个有安装偏心的圆周误差放大轮廓图形。O点是传感器扫描机构的回转中心;a、b分别是理想圆的圆心横坐标及纵坐标;e是圆心至回转中心的距离。以O为坐标原点,等间隔地对圆周n等分,测得极坐标为(ri,i),其中i=1,2,n,由图1可知,其中为测量点至理想圆的偏差。为使轮廓线与理想圆之间的面积为最小,应满足: (2)由图1可知: (3)式中,为线段e与水平方向的夹角。图1最小二乘圆Figure 1 Smallest two rides the circle测量时,由于工作是精心对中心的,因而e 一般很小,可认为eR,则上式简化为:设 (4)由极值条件: (5) (6) (7)解式(5)得: (8)解式(6)得:因为 ;所以 令偏心e在x轴的投影为a,在y轴投影为b,则a=ecos,b=esin,求解式(9)得:; (10)对式(2.8)和式(2.9)以求和代替积分得:; (11)式中,R为最小二乘圆半径;a、b为最小二乘圆圆心坐标。2.4 最小二乘圆法测量2.4.1 测量原理A0.02Aa)db)P图2同轴度误差测量原理图Figure 2 the proper alignment error surveys the schematic diagram建立坐标系,如图2所示,被测零件为一阶的台阶轴,测量B轴线对A轴线(基准轴线)的同轴度。在测量轴线上各测m个截面,每个截面测量步骤如下1:(1)传感器先沿基准轴长每移动一个等分距离,采集每个截面上表面轮廓的n个采样点数据(j=1,2,n)代入式(10),分别求出该轮廓最小二乘圆中心坐标(a1,b1),(a2,b2),(am,bm)。将这些基准孔的m个中心代入求均值公式中,可求出最小二乘圆心坐标(a0,b0)。; (12)把计算得到的(a0,b0)作为基准轴线在XOY平面上的投影坐标值。(2)传感器再沿被测轴长移动每个等分距离,并采集每个截面上表面轮廓的n个采样点数据代入式(10),分别求出被测面轮廓最小二乘圆心坐标值,。同时算出这m个中心坐标与基准轴坐标(a0,b0)在XOY平面上投影间的距离di,其中最大距离dmax的两倍,即为同轴度误差F0: (13)其中,i=1,2,m。2.4.2 计算机处理程序#include #include stdaxle_a(float rn, float sitan, int m) /计算基准轴线在XOY面X轴上的坐标值int i,j;float x=0.0,ai=0.0,a0; for(i=1;i=m;i+) /测量圆的个数 for(j=1;j=n;j+) /每个测量圆上测量点的个数 x+=rj*cosj; ai+=2.0*x/n; /测量圆的最小二乘圆圆心的横坐标值 a0=ai/m; /m个最小二乘圆圆心横坐标的平均值,即基准轴线在XOY面X轴上的坐标值 return(a0);stdaxle_b(float rn, float sitan, int m) /计算基准轴线在XOY面Y轴上的坐标值int i,j;float y=0.0,bi=0.0,b0; for(i=1;i=m;i+) for(j=1;j=n;j+) y+=rj*sinj; bi+=2.0*y/n; /测量圆的最小二乘圆圆心的纵坐标值 b0=bi/m; /m个最小二乘圆圆心纵坐标的平均值,即基准轴线在XOY面Y轴上的坐标值 return(b0);float order(Fn) /以Fn数组的第一个元素F0为标准比较出该数组中最大的元素int i;float temp=0.0; for(i=1;in;i+) if(F0Fi) temp=F0; F0=Fi; Fi=temp; return (F0);main() float a0,b0,x=0.0,y=0.0,rn,sitan,ai,bi,F,F0=0.0;int i,j,m,k;for(k=0;k=n;k+) scanf(r=%f, sita=%f,&rk,&sitak); scanf(m=%d,&m); a0=stdaxle_a(rn, sitan, m); b0=stdaxle_b(rn, sitan, m); for(i=0;i=m;i+) for(j=0;j=n;j+) x+=rj*cosj; y+=rj*sinj; ai=2.0*x/n; bi=2.0*y/n; Fi=2.0*sqrt(a0-ai)*(a0-ai)+(b0-bi)*(b0-bi); F0=order(Fi); print(The Coaxial Degree Tolerance F0=%f,F0);3 方案论证本次设计的测量对象是曲轴轴线的同轴度,技术参数为主轴轴径为40,曲轴长为900mm,在测量过程中由计算机自动获得测量结果。为便于实现其自动测量,在此设想了三套方案加以论证。3.1 方案一采用一个传感器进行数据采集,将曲轴轴线同轴度的测量转换为轴颈同轴度的测量,先以一个主轴颈作为基准对其进行数据采集,对作为基准主轴颈的测量完成后,工作台水平移动 ,再对另一个主轴颈进行测量,直至完成七个主轴颈的测量,然后将采集到的数据通过计算机用最小二乘法原理得到每个圆面的圆心,从而得到轴线的。针对这种测量方式设计的装置传感器所在部分结构简单,传感器装在高精度的回转轴上做旋转运动,X轴向和Y轴向的水平运动由工作台实现,Z轴向的运动由主轴箱实现,这种方案对测量结果的影响主要来自于传感器和工作台的运动精度,从而对测量精度产生影响,并且测量时间较长,效率较底。3.2 方案二同样采用一个传感器同时对两个主轴颈进行测量,在运动的实现方面把沿Y轴向的移动由工作台转移到立柱上,传感器在测量时需要完成的运动只有旋转运动,而且必须将轴向移动和垂直移动隔开,以免运动之间产生影响测量结果的干涉。这种设计要保持已经调整好的传感器同轴度是比较容易的实现,但是在调整传感器的位置时需要发很多时间,而且传感器的位置精度不易保证。3.3 方案三采用七个传感器同时测量,节省了检测环节占用的时间,效率较高。七个传感器保持不动,工件由步进电机带动做旋转运动;X轴的水平运动由工作台通过伺服电机带动滚珠丝杆来实现。这种方案需要控制和传动同时达到相当高的精度,才能保证七个传感器始终保持测量前的精度,从而得到较准确的测量数据。此方案可得到较准确的测量结果且效率高,可节约许多时间。3.4 小结由以上分析可以看出,三种方案都是将曲轴轴线同轴度的测量转换为颈圆度的测量,经比较可看出采用七个传感器同时对七个主轴颈进行测量可得到较准确的测量结果,而且节省时间,提高效率,因此选择方案三来完成这次的设计。4 检测系统设计该系统包括了测量部分、计算机控制处理部分和机械部分,各部分功能及构成介绍如下。4.1测量部分测量部分主要完成的是数据的采集工作,再配合保持电路等,通过计算机实现在模数转换器对模拟信号进行处理之前保持信号不变,以保证转换精度。在测量时,先得出两端两个圆截面的圆心,然后以这两个圆心的连心线为基准。在得出主轴轴线的同轴度之前,先要测量曲轴上七个主轴颈的圆度,以确定每一个圆截面的最小二乘圆的圆心,由此可将测量圆度的过程转换成测量微小位移的过程,因此需要一个位移传感器。位移传感器又称为线性传感器,根据测量原理不同有很多种不同的传感器,这里选择电感式位移传感器作一个简单的介绍。电感式传感器是利用电感元件把被测量物理量的变化转换成电感的自感系数L或互感系数M的变化,再由测量电路转化为电压(或电流)信号。它可以把各种物理量如位移、压力、流量等参数转换成电量输出。因此,能满足信息的远距离传输、纪录、显示和控制等方面的要求,在自动控制系统中应用十分广泛。电感式传感器有如下优点:(1)结构简单,工作中没有活动电触点,因此比电位器工作可靠,寿命长;(2)灵敏度和分辨率高,特别是差动变压式电感传感器,能测出0.01um的机械位移的变化。另外传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每1mm可达数百毫伏,因而有利于信号传输。(3)在一定位移范围内(最小几十微米,最大达数十甚至数百毫米)重复性和线性度好。由于测量对象尺寸很小,不足以放置一个完整的传感器,所以这里选择的是DGC-6PG/A(旁向式)差动电感式测量头,这种测量头可用于被测参数的精密比较测量,还可以接两个电感传感器进行和、差演算测量;可与“机电控制装置”或“通用记录器”组合使用,以实现自动测量或自动记录。变间隙型电感传感器 这种传感器的气隙随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小,因此常常要考虑两者兼顾。一般取在0.10.5毫米之间。 变面积型电感传感器 这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积(即磁通截面)随被测量的变化而改变,从而改变磁阻。它的灵敏度为常数,线性度也很好。表1 传感器的参数Table 1 The parameter of sensor型号 示值变动性 外型尺寸 测量方式 测量力 (um) (mm) (N)DGC-6PG/A 0.05 80026 旁向 0.120.18传感器测头安装在机械机构中的支架上,检测时七个传感器不动,依靠工作台以及主轴箱的运动完成测量。4.2 计算机控制处理及测量过程 工作过程框图如图3所示。安放曲轴,将曲轴用主轴箱和尾架的两顶尖顶住,并固定尾架对工件水平位置和主轴的垂直位置进行调整数据输入:测量点个数n,移动距离L,移动增量L计算步进电机脉冲个数m计算机发出指令驱动步进电机动作,测量头采集数据对工件水平位置和主轴的垂直位置进行调整数据输入:测量点个数n,移动距离L,移动增量L计算步进电机脉冲个数m计算机发出指令驱动步进电机动作,测量头采集数据旋转一周即完成n 个测量点的数据采集计算最小二乘圆圆心数据存储移动距离结束?交流伺服电机驱动工作台移动L由同轴度计算公式得出结果图3 计算机控制测量过程Figure 3 computer control survey process这部分为测量提供软件和硬件的支持。软件方面是指可以控制各个电动机启动、停止及运行等动作的计算机程序,并对测量头采集到的数据进行计算分析。硬件方面主要是指为计算机操作控制提供输入、输出设备,为数据及计算结果提供储存空间。测量时需要完成的工作是软件方面接收输入设备送来的信息,按照设定好的程序驱动各个电动机和执行机构进行工作,计算出结果后并将其输出。具体的操作过程是:操作者通过鼠标、键盘等输入设备将需要测量的点的个数n、测量工作台的移动距离L和移动增量L等参数输入计算机提供的软件中,程序得到这些数据后可以计算出测量点个数n与步进电动机脉冲个数m的关系,即步进电动机转动几次测量头就依次采集数据,以及可以采集到的数据的个数(例如:测量点个数n=10,工作台移动总距离L=50mm,移动增量L=5mm,就可以得到这个脉冲个数m=360/.n, 要分10次才能完成数据采集)6。测量到的位移通过测量头转化为电感互感系数的变化,由测量电路转化成电压信号后,进行A/D转换,把电压模拟信号轮换成数字信号后,将数据进行存储,由计算机软件的运算部分完成最小二乘圆圆心的计算并将其送到硬件单元中存储起来,这样就完成了一次测量,然后,由计算机发出指令驱动与工作台相联的电动机旋转,使工作台做X向运动,以完成第二次测量.,直到按移动增量L将整个L测量分次完成,便完成了数据的采集工作,再由计算机把存储起来的数据按最小二乘法进行综合分析,得到结果后将其送到输出设备上显示出来。4.3 机械部分机械部分的作用是使测量头能采集到相应的数据完成工作台及步进电机的运动,包括工作台水平方向的移动及曲轴沿其轴线的圆周运动,以满足曲轴主轴颈位置变化的要求。机械部分由驱动电机和运动机构两大部分组成。4.3.1 驱动电机的选择系统中共有2台电机,其中一台控制曲轴的旋转运动,一台控制工作台的X轴向运动。在2个由电动机驱动的运动中驱动曲轴作圆周运动的电动机选用的是步进电机。步进电机一般用于开环伺服系统中,它是一种可以将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环元件。用它可以组成一个简单实用的全数字化伺服系统,且不需要反馈环节。步进电机具有以下特点:(1) 送给步进电机定子绕组一个电流脉冲,其转子就转过一定的角度,即步距角;(2) 有脉冲就走,无脉冲则停;(3) 脉冲数增加,角位移随之增加;(4) 脉冲频率越高,电机转速越高;反之则低;(5) 脉冲频率变化太快,会引起失步或过冲;(6) 改变分配脉冲的相序就可以改变电机旋转方向;(7) 步进电机运行状态是步进形式,故称之为步进电机;(8) 定子绕组所加电源要求是脉冲电流形式,故也称之为脉冲电机;(9) 输出转角精度较高,且一般只有相邻误差,无积累误差。步进电机种类繁多,其分类方式也很多。按其运动方式可分为旋转运动式、直线运动式、平面运动式和滚切运动式步进电机;按其力矩产生的原理可分为反应式、永磁式、永磁感应式步进电机;按其输出力矩大小可分为伺服式和功率式步进电机;按其结构可分为单段式、多段式和印刷绕组式步进电机;按其相数可分为二相、三相、四相、五相、六相等步进电机。下面简单介绍一下反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机的特点。(一) 反应式步进电机 由于反应式步进电机制造简单,价格便宜,所以应用比较广泛。反应式步进电的特点如下:(1) 控制十分方便;(2) 气隙小;(3) 步距角小;(4) 励磁电流大,要求驱动电源功率也较大,因此效率较低;(5) 电动机内部阻尼较小,当相数较小时,单步运行震荡时间较长;(6) 带惯性负载能力差,尤其在高频时容易失步;(7) 断电后无定位转矩。(二) 永磁式步进电机永磁式步进电机的转子或定子的某一方具有永久磁钢,另一方用软磁材料制成。其特点如下:(1) 步距角大;(2) 控制功率小,效率高;(3) 内阻尼较大,单步振荡时间短。(三) 永磁反应式步进电机 永磁反应式步进电机式反应式步进电机和永磁式步进电机两者的结合。由于它的磁路内含有永久磁钢,从这一点上看像是永磁式步进电机;另一方面由于它的定子和转子中含有软磁材料,从这一点上看像是反应式步进电机,所以通常也称之为混合式步进电机。永磁反应式步进电机的特点如下:(1) 控制功率小,效率高;(2) 齿距角小。当用于数控系统中时可减小脉冲当量,从而提高了系统精度;(3) 运行频率高;(4) 在相同输出转矩情况下,外径相对较小;(5) 断电后具有一定的锁定力矩;(6) 永磁易失磁,则会有振荡点和失步区。步进电机的主要参数及特性(1)步距角每一拍使步进电动机转子转过的角度计算:a=360/kmz式中a步距角;kk控制方式确定的拍数与相数的比例系数。m步进电动机定子的相数;z步进电动机转子的齿数。(2)步距误差当采用单双相轮流通电控制方式时,步距误差是指空载时一转内实际的步距角与理论值之间的误差.它反映了步进电动机角位移的精度。由于步进电动机主要用于开环控制的伺服系统中,这一误差无法测量和补偿,因而在选用步进电动机时,应分析它对整个伺服系统精度的影响。(3)静态距角特性当步进电动机不改变通电状态时,转子处在不动状态,如果在电动机轴上外加一个负载转矩,使转子按一定方向转过一个角度,此时转子所受的电磁转距T称为静态转距,角度e称为失调角。静态特性上的电磁转矩最大值称为最大静转矩。在静态稳定区内,当外加转矩除去时,转子在电磁转矩作用下,仍能回到稳定平衡点位置。(4)起动频率空载时,步进电动机由静止状态突然起动,并进入不丢步的正常运行状态的最高频率,称为起动频率或突跳频率。由于步进电动机在起动时,要克服负载力矩与加速力矩,如果此时加给步进电动机的指令脉冲频率大于启动频率,转子的速度就跟不上定子的磁场速度,出现丢步或振荡现象,随着负载尤其是惯性负载加大(在允许的范围内),起动频率会进一步降低。(5)连续运行频率步进电动机起动以后,其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率,称为连续运行频率,其值远大于起动频率。它也随电动机所带负载的性质和大小而异,与驱动电源也有很大关系。(6)矩频特性与动态转矩矩频特性T=F(f)描述的是步进电动机连续稳定运行,输出转矩与连续运行频率之间的关系。一般情况下,随着运行频率的增高,输出力矩反而会下降。当频率增加到一定值时,步进电动机的输出力矩己变得很小,此时带动负载或受到一个很小的干扰,步进电动机就会产生振荡、丢步或停转。因此.动态转矩的大小直接影响步进电动机的动态性能及带负载能力。应根据负载要求参照高频输出转矩来选用步进电机的规格。(7)加减速特性步进电动机的加减速特性是描述步进电动机由静止到工作频率或由工作频率到静止的加、减速过程中,定子绕组通电状态的频率变化与时间的关系。步进电动机的升速和降速特性用加速时间常数和减速时间常数来描述。为了保证运动部件的平稳和准确定位,根据步进电动机的加减速特性,在起动和停止时应进行加减速控制。加减速控制的具体实现方法很多,常用的有指数规律和直线规律加减速控制。指数加减速控制具有较强的跟踪能力,但当速度变化较大时平衡性较差;指数规律加减速控制一般适用于跟踪响应要求较高的切削加工中;直线规律加减速平稳性较好,适用在速度变化范围较大的快速定位方式中。步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。正因为这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点,使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。同样,这类电机的步距不受电压波动、负载变化和环境条件变化的影响,启动、停止或反转均是由脉冲信号控制;在不丢步的情况下运行使用,其角位移(或线位移)误差不会长期积累。这类电动机特别适合在开环控制系统使用,具有系统简单,运行可靠等明显优点。在这里选用型号为45BF005的阻磁式步进电机,由微机控制软件发出动作信号和方向信号,经过接口,送至驱动电路,控制步进电机以三相六拍方式工作。该电动机的步距角为1.5度,即曲轴每转过1.5度传感器便采集一次数据,这样在一个圆截面上就可以的到240个数据。当传感器测头转过一周后,450BF003便会带动滚珠丝杠旋转从而带动工作台向前移动一小段距离。计算机每发出一个脉冲信号,步进电机就会转动一个角度,当计算机向45BF005型号阻磁式步进电机发出240个脉冲信号后,既传感器测头完成一个截面上的数据采集的同时,要向450BF005阻磁式步进电机发出一个脉冲信号,该电动机边会转动一个步距角,使得工作台进给一小段距离,传感器测头就可以在另外一个圆截面上采集数据。这样,通过计算机发出的脉冲信号来控制步进电机,就可以采集到各个不同截面上的数据。驱动工作台沿X轴向移动的电动机选用的是1FT5系列交流伺服电动机,是包括电动机的定子、转子和一个检测电动机转子位置的的无刷反馈系统。其具有高功率密度,长度短和重量轻、转子惯性小、抗退磁性高、扭矩的温度稳定性高及电流扭矩关系线性度好等优点。1FT5系列电动机的连续扭矩和过载能力在整个扭矩范围几乎为常数。电动机具有标准型和短型两种不同的结构形式,防护等级为IP64。采用正温度系数的热敏电阻作为过热保护的标准元件。对于其中有些电动机,可另加风冷装置,以获得较大的扭矩。此外,还具有外加风冷的电动机,防护IP54级。1FT5系列交流伺服电动机主要作为数控机床和机器人的驱动电动机。从转速、转矩和质量等多方面考虑决定选用1FT50440AC01,其主要参数如下表所述:表21FT50440AC01型交流伺服电动机参数Table 2 1FT5044-0AC01 exchange servo motor parameter额定转速nN/r/min静扭矩/Nm质量(约)/kg相电流/A惯性矩J/kgm220001.24.22.52.310-4由以上各参数和转矩和功率之间的计算关系式可得:。4.3.2 工件的定位任何测量问题都会涉及到工件的定位,对于同轴度的测量,容易影响测量精度的定位误差是工件的轴线与测量头的轴线产生夹角的情况,这种误差需要通过使用定位装置减小或削除的。为此,我选择三爪卡盘加紧曲轴一端另一端用顶尖顶住工艺孔的定位方法,限制工件的5个自由度,这种定位可以较好的限制轴线的角度误差,采用的是主轴箱上的三爪卡盘和尾架上顶尖的组合,具体的结构就不在这里进行详细的说明。4.3.3 机身设计检测系统外形类似于卧式镗床,因此机身的截面形状也与镗床相似,机身采用整体铸造,所用材料为HT200。先就HT200的性能做一个简单的介绍。灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁,式应用最广的铸铁,其产量占铸铁的80%以上。其显微组织由金属基体(铁素体和珠光体)和片状石墨所组成,相当于在纯铁或钢的基体上嵌入了大量石墨片。石墨的强度、硬度、塑性极低,因此可将灰铸铁视为布满细小裂纹的纯铁或钢。由于石墨的存在,减少了承载的有效面积,石墨的尖角处还会引起应力集中,因此,灰铸铁的抗拉强度,塑性、韧性差。由于灰铸铁属于脆性材料,故不能锻造和冲压。灰铸铁的焊接性能很差,如焊接区容易出现白口组织,裂纹的倾向大。但其铸造性能和切削加工性能良好。必须看到,由于石墨的存在还赋予灰铸铁具有如下优越性能:优良的减振性,由于石墨对机床振动器缓冲作用,从而阻止振动能量的传播。灰铸铁的减振能力为钢的5-10倍,是制造机床床身、机床底座的好材料;耐磨性好,石墨本身是一种良好的润滑剂,而石墨剥落后又可使金属基体形成储存润滑油的凹坑,故灰铸铁的耐磨性优于钢,适于制造机器导轨、衬套、活塞环等;缺口敏感性小,由于石墨已使金属基体形成了大量缺口,因此,外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微,从而增强了零件工作的可靠性。铸造是指将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中,待其冷却凝固,以获得毛胚或零件的生产方法。铸造是历史最为悠久的金属成形方法,直到今天仍然是毛坯生产的主要方法。在机器设备中铸件所占比列很大,如机床、内燃机中,铸件占总重量的70%-90%,农业机械占40%-70%。铸造所以获得如此广泛的应用,是由于它有如下优越性:可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛胚,如箱体、气缸体等;适应范围广。如工业上常用的金属材料(碳素钢、合金钢、铸铁、铜合金、铝合金等)都可铸造,其中广泛应用的铸铁只能用铸造方法获得。铸件的大小几乎不限,从几克到数百吨,铸件的壁厚可由1mm到1m左右,铸件的批量不限,从单件、小批量到大量生产;铸造克直接利用成本低廉的废机件和切屑,设备费用较低,同时加工余量小,节省金属,减少切削加工量,从而降低制造成本。在铸造生产中,最基本的工艺方法是砂型铸造,用这种方法生产的铸件占总产量的90%以上,此外,还有多种特种铸造方法,如熔模铸造、压力铸造、离心铸造等,它们在不同的条件下各有不同的优势。正因为铸造具有许多好处,故机身采用铸造的方法获得,其结构图如下图4所示:图4床身截面形状Fig 4 Lathe bed section shape图4是一种三面封闭截面,内部可用于存储润滑油或冷却液,安装传动机构,主要用于载荷较小的机床,设计方案中驱动工作台沿X轴运动的传动机构需要安装在机身内部,适合采用这种结构。同时为提高床身的刚度,在两个侧面的外壁添加加强筋。4.3.4 导轨截面设计导轨是和机械装置的基础支撑件紧密联系的部件,它起到对运动部件支撑和精确引导的作用。导轨性能的好坏和精度的高低对机床的加工精度、承载能力和使用寿命有直接影响。因此,导轨应满足以下基本要求4:(1)导向精度。是指导轨运动轨迹的准确度。主要影响因素有:导轨的几何精度和接触精度,结构形式,导轨和支撑件的刚度和热变形,装配质量等;(2)耐磨性。是指导轨抵抗磨损而长期保持其导向精度的能力。耐磨性是导轨设计制造的关键,也是衡量机床质量的重要指标之一,应尽可能提高导轨的耐磨性来保证机床具有较长的使用寿命;(3)刚度。是指导轨在外载荷作用下抵抗变形的能力。导轨应当具有一定的刚度,以保证相关各部件的相对位置精度和导向精度;(4)低速运动的平稳性。是指导轨抵抗摩擦自激振动的能力,即导轨在低速运动或微量进给时消除爬行现象(“时走时停”或“时快时慢”现象)的程度。爬行现象会严重影响加工精度、工件表面粗糙度和机床定位精度,因此,要求导轨低速运动时始终保持平稳,不产生爬行现象。此外,还要求导轨具有良好的工艺性,结构简单,便于间隙调整,润滑和防护性能良好。接触面为滑动摩擦副的导轨称为滑动导轨。普通滑动导轨是一种目前广泛使用的导轨。它的结构简单,工艺性能好,使用维修方便,但它的摩擦系数大、磨损快、寿命短,容易产生爬行。直线运动滑动导轨的截面形状主要有矩形、V形、燕尾形和圆柱形四种。矩形导轨靠两个彼此垂直的导轨面导向,若只用顶部的导轨面时也成平导轨。矩形导轨刚度高,承载能力大,容易加工制造,便于维修。但侧导轨面磨损后不能自动补偿,需要有间隙调整装置。V 形导轨靠两个相交的导轨面导向。其中,凸形导轨习惯上也称为山形导轨。V 形导轨磨损后,动导轨自动下沉补偿磨损量,消除间隙,因此导轨导向精度高。导轨顶角的大小取决于承载能力和导向精度等工作要求,增大,导轨承载能力提高,但摩擦力也随之增大。通常取90度(如车床,磨床),对于大型或者重型机床(如龙门刨床),取值一般为110120度,对于精密的机床,取20mm,满足条件,否则公称直径还应加大。丝杠编号: CMD 25 4 -2.5 5/ 1397 1339本次测量系统在测量过程中,只承受极小的载荷,即测量头触碰到被测工件壁时的载荷,故丝杠刚度与螺母刚度校核计算在此省去。4.3.6 滚动轴承的选择滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一,它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化,并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承具有摩擦阻力小,消耗功率小,起动容易等优点。滚动轴承油内圈、外圈、滚动体和保持架等4部分构成。内圈用来和轴颈装配,外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转,外圈固定,但也可用于外圈回转而内圈不动,或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时,滚动体即在内、外圈的滚道间滚动。常见的滚动体由球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、滚针等几种。轴承内、外圈上的滚道有限制滚动体沿轴向位移的作用。保持架的作用主要是均匀的隔开滚动体。如果没有保持架,则相邻滚动体转动时将会由于接触处产生较大的相对滑动速度而引起磨损。保持架有冲压的和实体的两种。冲压保持架一般用低碳钢板冲压制成,它与滚动体间有较大的间隙。实体保持架常用铜合金、铝合金等材料经切削加工制成,由较好的定心作用。轴承的内、外圈和滚动体,一般是用高碳铬轴承钢(如GCr15)或渗碳轴承钢(如G20Cr2Ni4A)制造的,热处理后硬度一般不低于60HRC。由于一般轴承的这些元件都经过150的回火处理,所以通常当轴承的工作温度不高于120时,元件的硬度不会降低。选用轴承时,首先是选择轴承类型。选择轴承时所应考虑的主要因素如下:(1)轴承的载荷 轴承所受载荷的大小,方向和性质,是选择轴承类型的主要依据。根据载荷的大小选择轴承类型时,由于滚子轴承中主要元件间是线接触,宜用于承受较大的载荷,承载后的变形也小。而球轴承中则重要为点接触,宜用于承受较轻的或中等的载荷,故在载荷较小时,可优先选用球轴承。根据载荷的方向选择轴承类型时,对于纯轴向载荷,一般选用推力轴承。较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承;较大的纯轴向载荷可选用推力球轴承。对于纯径向载荷,一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。当轴承在承受径向载荷的同时,还有不大的轴向载荷时,可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承;当轴向载荷较大时,可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承,或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构,分别承担径向载荷和轴向载荷。(1)轴承的转速在一般转速下,转速的高低对类型的选择不发生什么影响,只有在转速较高时,才会由比较显著的影响。轴承样本中列入了各种类型、个中尺寸轴承的极限转速值。这个转速是指载荷不太大
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