机械三坐标测量毕业设计

三坐标测量机测量回转体零件分析系 部： 机 电 工 程 系 学生姓名： 专业班级： 数 控 09C4 班 学 号： 指导教师： 2012 年 3 月 20 日声 明本人所呈交的三坐标测量机测量盘形零件分析，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 日期： 2012.3.20 【摘要】三坐标测量机是“一种具有可在三个相互垂直的导轨上移动的探测器，此探测器以接触或非接触等方式传递讯号，三个轴的位移测量系统（如光栅尺）经数据处理器或计算机等计算出工件的点的三维坐标（x，y，z）及各项功能测量的仪器” 。三坐标测量机也称为三坐标测量仪，它综合利用精密机械、微电子、光栅和激光干涉仪等先进技术，目前广泛应用于机械制造、电子工业、航空和国防工业各部门，特别适用于测量箱体类零件和孔距、面距以及模具、精密铸件、电子线路板、汽车外壳、发动机零件、凸轮和飞机型体等带有空间曲面的零件。【关键词】：三坐标测量机；测量系统；精密机械目录引言 .1一、三坐标测量机测量原理、测量系统及测头介绍 .2（一）三坐标测量机测量原理2（2）测量系统介绍2（3）测头介绍2 二、三坐标测量机的应用2（一）主要技术指标2（二）三坐标测量机的功能2三、机型的介绍与示例零件相关内容叙述 .3（一）软件与硬件介绍3（二）零件的选取5（三）准备工作5（4）零件的装夹6四、测量内容的分析 .6（一）尺寸的测量6（二）齿形齿向的测量7五、程序的编写 .7（一）编写程序注意事项7（二）坐标系的建立9（三）元素列表的编写10（四）评价列表的编写12（五）细节修改13（六）程序运行13六、报告的输出与分析 .13（一）报告的输出13（二）齿形、齿向分析15总结 .17参考文献 .18谢辞 .19- 2 - 1 -引言三坐标测量机按测量精度和功能的不同，通常可分为计量型、生产型和专用型三大类。专用型三坐标测量机在特定场合使用；计量型三坐标测量机的测量精度较高，测量功能较多，运动速度较低，价格较高，对环境条件的要求较严格；而生产型三坐标测量机的测量精度较低，测量功能较少 ，运动速度较高，价格较低，对环境条件的要求不高。三坐标测量机有多种结构形式。如图 1-1 所示为一种固定桥式三坐标测量机的外观结构。图0-1 三坐标结构图随着机械行业的发展，三坐标测量机在测量行业和品质保证方面得到广泛的应用，而零件的特征是多种多样的。本篇论文是对于盘形零件的测量做一个剖析。讲述从识图、准备工作、选择测头文件的校准、是否建立坐标、获取工件表面特征、对获取的特征做出评价、根据需要保存出图纸或文本报告、数据分析（缺陷分析，统计不良情况）的测量过程以及注意事项。对拓展知识面和提高学生在品质方面的认识有着深远的影响。- 2 -一、三坐标测量机测量原理、测量系统及测头介绍（一）三坐标测量机测量原理三坐标测量机所采用的标准器是光栅尺。反射式金属光栅尺固定在导轨上，读数头（指示光栅）与其保持一定的间隙安装在滑架上，当读数头随滑架沿着导轨连续运动时，由于光栅产生的莫尔条纹的明暗变化，经光电元件接收，把测量位移所得的光信号转换成周期变化的电信号，经电路放大、整形、细分处理成计数脉冲，最后显示成数字量。当读数头移动到空间某个点位置时，计算机屏幕上立即显示出其三维坐标值。对表面进行几次测量，即可求得其空间坐标方程，确定工件的形状和尺寸。（2）测量系统介绍1.机械式测量系统。典型的机械式测量系统是传统的精密丝杠和微分鼓读数系统，也可以把微分鼓的示值通过机电转换，用数字方式显示。示值一般为15m。2.光学式测量系统。最常用的是光栅测量系统，利用光栅的莫尔条纹来检测坐标的移动值。由于光栅体积小，精度高，信号容易细分，因此是目前三坐标测量机特别是计量型测量机使用最普遍的测量系统，但使用光栅测量系统需要清洁的工作环境。除光栅测量系统外，其他的光学测量系统还有光学读数刻度尺、光电显微镜和金属刻度尺、光学编码器、激光干涉仪等测量系统。3.电学式测量系统。最常见的是感应同步器测量系统和磁尺测量系统两种。前者的特点是成本低，对环境的适应性强，不怕灰尘和油污，精度在1m 内可以达到10m，因而常应用于生产型三坐标测量机。后者也有容易生产、成本低、易安装得优点，其精度略低于感应同步器，在600mm 长度以内约为10m，在三坐标测量机上应用较少。（3）测头介绍1.非接触式测量头。分为光学测量头和激光测量头，主要用于软材料表面、难于接触到的表面以及窄小的棱面等的非接触测量。2.接触式测量头。分为硬测量头与软测量头两种。硬测量头多为机械测量头，主要用于手动测量与精度要求不高的场合。现代的三坐标测量机较少采用这种测量头。而软测量头是目前三坐标测量机普遍使用的测量头。软测量头主要有触发式测量头和电感式三维模拟测量头两种，前者多用于生产型三坐标测量机，后者多用于计量型三坐标测量机。- 3 -2、三坐标测量机的应用（一）主要技术指标三坐标测量机的主要技术指标包括测量范围、测量精度、运动速度、分辨率和测量力等五项。（二）三坐标测量机的功能现代的三坐标测量机都配有不同的计算机。因此三坐标测量机的功能很大程度上取决于所配计算机软件的功能。计量型和生产型三坐标测量机的基本测量功能相仿，但计量型三坐标测量机往往有许多特殊的测量功能。1.基本测量功能。包括对一般几何元素的确定（如直线、圆、椭圆、平面、圆柱、球、圆锥等），对一般几何元素的几何误差测量以及对曲线的点到点的测量和对一般几何元素的联接、坐标转换、相应误差的统计分析，必要的打印输出和绘图输出等。2.特殊测量处理功能。包括对曲线的连续扫描，圆柱与圆锥齿轮的齿形、齿向和齿距测量，各种凸轮和凸轮轴的测定以及各种螺纹参数的测量等。3.计量型三坐标测量机还可以用于机械产品计算机的辅助设计与辅助制造。如汽车车身设计从泥模的测量到主模型的测量；冲模从数控加工到加工后的检验，直至投产使用后的定期磨损检验等，都可以用三坐标测量机完成。三、机型的介绍与示例零件相关内容叙述（一）软件与硬件介绍三坐标测量机又为三坐标测量仪，在目前市场上由于产地与商家的不同，其相应 的品牌与软件都是不同的。而目前我从事的工作是 ZEISS 三坐标测量员，这更好的将我在学校所学习的专业课程应用到了实际操作中，下面就对目前我所工作的机型以及软件等做一个介绍：1.软件我所使用的是 CLYPSO5.2 的版本，这款软件的作用在于可以与 ZEISS 硬件配合使用完成产品测量工作，对于同一产品可以对程序进行二次使用，亦可以导入数模进行脱机编程，其精度达到 0.1。Calypso 自动识别所测量的几何元素并自动生成测量路径、策略、回退运动以及元素间的运行路径。与传统软件相比，探针的校准是由 CNC 程序自动完成的。在程序中你只需在参考球上手动测量一点即可， Calypso 会继续完成其它的工作。在 Calypso 中，你要输出的参数必须依据预定义的结构，这意味着不会遗漏任何东西。例如，你会发现在需输入参数的地方提供了缺省值。只有很少的地方需要手动输入数据，它们会高亮显示以引起你的注意。逻辑顺序，指示器，确认提示，匹配特性的合理性检查- 4 -都是用来确保你不会遗漏任何要素，以使测量尽可能顺利进行。所见即所测：Calypso 在任何都提供了一个清晰的视图。 屏幕上的 CAD 模型是正确的，你可以在整个测量过程中得到每个细节。 当然，你也可以直接输入 CAD 数据，从而生成无错误的测量程序。多种测量报告可以保证你将及时得到全部的测量结果，然后你依然需要 Calypso 的帮助。你可以定义测量记录以适合你的需要，例如你可以指定超差的颜色或选择全图模式显示结果。如果你要将结果输入到其它 Windows 应用程序中去， Calypso 可以为你输出结果文件，这样你就能用图形格式或文本格式，或用客户定义的格式输出数据。2、硬件本论文介绍的三坐标机型属于移动桥式三坐标 200*120，由气浮驱动，其三坐标精度高的原因之一在于它的针库是固定不动的，而测针由吸盘吸取，这样就减少了气浮旋转带来的误差。对于硬件部分的详细介绍如下图 3-1：图 3-1 三坐标测量机库位架(如图 3-2 所示)就是用来放置测量探针的地方，放置探针需注意的是：复杂探针摆放于下层。库位架操纵盒转台- 5 -图 3-2 库位架操纵盒(如下图 3-3 所示)是在手动模式下用来控制 XYZ 方向的。图 3-3 操纵盒转台(如图3-4所示)作为三次元的第四轴，有着可以对于齿轮，回转体零件进行精确测量的功能。Calypso 容许你在转台上测量工件，当旋转测量对称工件（杆，大齿轮）和