毕业设计论文三坐标测量机的机械结构设计（含全套CAD图纸） .pdf

毕业设计 论文 题目 题目 三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机的的的的机械结构设计机械结构设计机械结构设计机械结构设计及应用及应用及应用及应用 系系别别 专业名称专业名称 班级学号班级学号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 二二 o o o o 一一 年年 六六 月月 毕业设计 论文 任务书 i i i i 毕业设计 毕业设计 毕业设计 毕业设计 论文论文论文论文 题目 题目 题目 题目 三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机的的的的机械结构设计机械结构设计机械结构设计机械结构设计及应用及应用及应用及应用 ii ii ii ii 毕 毕 毕 毕业设计业设计业设计业设计 论文论文论文论文 使用的原始资料使用的原始资料使用的原始资料使用的原始资料 数据数据数据数据 及设计技术要求及设计技术要求及设计技术要求及设计技术要求 三坐标测量机 coordinate measuring machine cmm 是一类可获得被测物体各测点坐 标 位置 并能根据这些点的空间坐标值 经计算求出被测物体形状与位置的精密测量机械 在工程上具有广泛的应用 本课题旨在设计移动桥架式 cmm 其技术特性参数如下 1 cmm 的工作台面尺寸 长 宽 高 1000 800 40 2 cmm 的纵向工作行程 横向工作行程 垂直方向工作行程均为 150mm 3 工进速度 1 1500mm min 快进速度 12m min 4 传动精度 0 1mm 0 5mm 5 测量工件最大体积 120mm 120mm 120mm 最小高度为 20mm 6 进给运动的总阻力 15 nf 7 给定某飞行零件 利用 cmm 进行测量和建模 iiiiiiiiiiii 毕 毕 毕 毕业设计业设计业设计业设计 论文论文论文论文 工作内容及完成时间 工作内容及完成时间 工作内容及完成时间 工作内容及完成时间 1 查阅文献 熟悉相关软件使用 撰写开题报告 2 周 2 相关外文文献阅读与翻译 6000 字符以上 1 周 3 三坐标测量机总体方案设计 2 周 4 三坐标测量机传动系统设计计算 2 周 5 三坐标测量机总体装配图设计 4 周 6 三坐标测量机零部件工作图设计 4 周 7 基于三坐标测量机的异形零件三维建模1 周 8 毕业设计说明撰写2 周 9 答辩准备及毕业答辩1 周 主 主 主 主要参考资料 要参考资料 要参考资料 要参考资料 1 徐灏等 机械设计手册 第 5 卷 m 北京 机械工业出版社 2003 2 郭慧明 谈世椿 三坐标测量机 m 北京 国防工业出版社 1984 3 张国雄 三坐标测量机 m 天津 天津大学出版社 1999 三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机 4 梁荣茗 三坐标测量机的设计 使用维修和检定 m 北京 中国计量出版社 2001 5 张国雄 三坐标测量机的发展趋势 j 中国机械工程 2000 1 6 gyula hermann the design of a submicron precision co ordinate measuring machine 7 tomasz kedzierski the method of workpiece exactude evalution on the basis cad model by means of coordinate measuring machine 1th international workshop advanced methods and trends in production engineering 学院学院学院学院专业类专业类专业类专业类班班班班 学生 签名学生 签名学生 签名学生 签名 日期 日期 日期 日期 自自自自 20 20 20 20 年年年年 3 3 3 3 月月月月 1 1 1 1 日日日日 至至至至 20 20 20 20 年年年年 6 6 6 6 月月月月 2 2 2 2 日日日日 指导教师 签名指导教师 签名指导教师 签名指导教师 签名 助理指导教师助理指导教师助理指导教师助理指导教师 并指出所负责的部分并指出所负责的部分并指出所负责的部分并指出所负责的部分 机械设计机械设计机械设计机械设计系 室 系 室 系 室 系 室 主任 签名主任 签名主任 签名主任 签名 业设计开题报告 2 2 2 2 选题的依据选题的依据 1 合理的测量精度 坐标测量机是检测工件尺寸与形位误差的仪器 首要的是精度指标应满足用 户要求 选用时 一般可根据被测工件要求的检测精度与测量机给定的测量不确 定度相对比 看测量机精度是否符合要求 精度比对不是一个简单的比较过程 测量机的技术规范中一般只给出单轴测 长和空间测长的两个不确定度公式及重复精度值 但在具体测件时需要将被测参 数的测量不确定度限制在一定范围内 一般测量时 要测量很多测点 在形位测 量时 更有大量测点参与并带来测量误差 精确计算是很难的 因此从经验出发 在一般测量中 测量不确定度应为被测工件尺寸公差带的 1 5 1 3 例如某一 被测箱体上二孔的孔距为 500mm 公差带为 15um 则所选用的测量机在 500mm 长度上的测量不确定度应不大于 3um 5um 对于精密测量及复杂的形位测量要 求还高 一般应为被测尺寸公差带的 1 10 1 5 重要的是重复精度必须满足要 求 因为系统误差还可以通过一定方法补偿 而重复精度应由测量机本身保证 总之 用户应选用精度 包括重复精度 高一些的测量机 这不仅由于测量 复杂件时 测点可能带入的误差比预想的要大 由于测头测杆变化或加长会引入 更大的误差 而且测量机的精度会随使用次数增多而有所下降 2 合乎要求的测量范围 测量范围的选择时选择测量机时的最基本参数 因为在测量范围内才能获得 精确的测量值 超出了范围 测量就难于进行 选择测量范围时 应考虑以下几 个方面 1 工件的所需测量的部分 不一定是整个工件 如要测的部分集中在 工件的某个局部 除了测量机的测量范围能覆盖被测参数之外 还要考虑整个工 件能在测量机上安置 要求工件重量对测量精度不带来显著影响 为了把工件放 入测量机中 应根据工件大小选择测量机 2 z 轴与 z 向空间高度的关系 z 轴行程是 z 轴的测量范围 而 z 向空 间高度是工件能放得下的高度 3 接长杆的问题 有的测头上有星形探针 这些探针在测量时往往要 求超出工件的被测部分 一般工件尺寸为 l 时 要求测量范围 l l 2c c 为探针 的长度 因此测量范围等于工件被测的最大尺寸再加上两倍的探针长度 3 合适的测量机类型 测量机按自动化程度分为手动 或机动 与 cnc 自控两大类 选用时 应根 据检测对象的批量大小 自动化程度 操作人员技术水平及资金投入大小去权衡 当然 cnc 测量机水平高 测速快 但测量的准备时间长 技术要求高 资金投入 大 故应从经济效益的角度进行比较判定 一般说 对于中等尺寸的工件 多采用移动桥式 对于小型工件 多采用悬 臂式 仪器台式与移动桥式等 对于大型工件 则多采用龙门式 对于需回转测 量的工件 可选用带分度台的测量机 4 丰富的测量软件 对复杂的测量对象进行测量 测量机应有丰富的测量软件支持 以完成测量 任务 如缺少某些软件 可根据被测对象向生产厂家索取 如果厂方提供了编程 方法 多数厂家不提供 也可自行开发 5 符合要求的测量效率 测量机运行速度与采样速度既是测量机效率高低的重要指标 又与自动化生 产的要求密切相关 用于生产线或柔性加工线上的测量机 检测的时间必须满足 生产节拍的要求 6 功能齐全的测量头 测量头是测量机上重要的传感器件 它不仅直接影响测量精度 而且是决定 测量机功能和测量效率的重要因素 7 满意的经济效益 作为检测仪器 测量机的经济效益是投资购买的一项重要指标 虽然它不像 生产机床那样便于计算 也不如机床那样可以较快地收回成本并创造效益 但作 为保证生产质量的手段和环节 检测仪器有着特殊的重要性 测量机的使用费用 主要取决于测量机的折旧费 k 检测人员的工资 g 测 量所用的时间 t 及辅助材料和设备等杂费 q 即测量总费用 m t k g q 测量机效益的关键在于使用时间 t 因此在考虑测量机资金的投入时 关键 在于了解它的使用效率 如果使用效率高 则经济效益亦高 如果使用效率不很 高 而又易于在当地解决测量问题 则应委托或协作检测 只付检测费 比购置 一台测量机更经济 当然有的场所 测量对象极为精密 不适宜搬动 有的系军 工保密件等 此时配置一台坐标测量机具有特殊性 也是必须的 二 国内外研究概况及发展趋势二 国内外研究概况及发展趋势 从 60 年代初发明到现在 三坐标测量机 cmm 在制造业得到世界范围广泛 应用 成为 3d 检测工业标准设备 三坐标测量技术得到迅速发展 而配套检测 软件的发展 更是突飞猛进 最早的三坐标测量机只能显示 xyz 坐标 而目前的 各种检测软件几乎可以解决用户的绝大部分问题 软件日益成为影响用户使用好 坏的关键所在 cmm 测量软件发展趋势 对于传统的三坐标测量机检测来说 通 常是设计部门提供二维图纸 检验部门根据图纸对工件进行尺寸及形位公差的检 测 随着三维 cad 软件的应用 越来越多的技术部门使用三维 cad 建模技术进行 设计 因此 各坐标机厂家纷纷推出了基于三维 cad 技术的测量软件 直接将客 户设计好的三维 cad 模型导入测量软件进行检测 这样做的优点非常明显 不需 要额外的图纸 理论值可以直接捕获 更可以进行测量仿真 测头干涉检查等 所以 受到用户的一致好评 基于 cad 的测量成为目前三坐标测量软件的发展热 点 随着现代科学技术的飞速发展和对测量方法的深入研究 在机电行业中人们 对三维坐标测量技术的要求也越来越高 物体的三维轮廓以及形位测量已被广泛 应用于机械制造 航海 航空航天 反求工程等领域 目前物体三维轮廓测量的 主要方法有导轨式三坐标机的高精度接触测量 激光点扫描和激光线扫描式三坐 标轮廓测量 激光散斑物体轮廓高精度显微全场测量 在这些诸多的测量方法中 激光散斑物体轮廓测量法测量精度最高 属非接触和全场测量 测量速度高 但 其测量范围小 此外 三坐标机的测量精度高 已被广泛采用 但它只能进行接 触测量 并且测量速度很慢 目前 三坐标机主要有两种 导轨式三坐标测量机 和无导轨式三坐标仪 无导轨式三坐标测量仪在国内尚无同类产品问世 三坐标 测量机的多功能测量台是一种高精度测量台 可同时装夹两只测量表或传感器对 工件进行多参数测量 三坐标测量机广泛的应用于机械零件加工 模具制造等个 方面 cly 系列单臂三为测量仪是一款具有较大测量范围的高精度测量设备 在 设计时充分考虑了使用者对冲压件 仪表板件 塑料件 中型模具件的测量要求 由于采用开放式测量 从而保证了在现场 在模具制造和仿型 在部件检测和设 计室里都可以方便的使用 特点 1 x 轴移动方向的导轨采用天然花岗岩 并配备进口双直线导轨 三轴位移传感器采用进口金属反射光栅和读数头 结合 空间误差修正技术 使用中处处体现高精度的 3d 测量 2 配件万向电子测头 并通过各种测头配件 既可以对远程和深孔进行数据采点 也能完成中 小型零 部件的测量 3 本测量仪具有方便的现场自校定功能 用户可根据实际情况进 行精度校正 保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠 三 三 研究内容及实验方案研究内容及实验方案 目标 采用单臂实现三个方向的动作 研究内容 单臂实现三维测量 其中涉及的各种器件的选择原则 拟解决的关键问题 传动方式 电动机 传感器的选择 设计方案 须有文字和示意简图说明 一 初步设定采用单臂完成三维空间的测量 采用接触式测量 二 对电动机进行选择 完成三个坐标的动作需选用三个电动机实现 三 传动方式的确定 四 传感器的选择应用 题目的可行性分析 现代技术发展的今天 对产品的质量和精度的要求越来越高 那么对检测 装置的需求量越来越大 对其质量精度要求也非常高 零件的检测和误差分析都 需要测量装置来完成 本项目的创新之处 进给系统采用气动 很大程度上减少了再进给过程中的摩擦阻力 提高 了测量精度 四 四 目标 主要特色及工作进度目标 主要特色及工作进度 坐标测量机是一种具有很强柔性的尺寸测量设备 cmm 在工业界的应用开始 于对棱柱零件的快速 精确测量 但随着 cmm 各方面技术的发展 如回转工作触 发式测头的产生 特别是计算机的 cmm 的出现 目前 cmm 已广泛应用于对各 类零件的自动检测 与投影仪 轮廓测量仪 圆度测量仪 激光测量仪等比较 cmm 具有适应性强 功能完善等特点 坐标测量机的出现 不仅提高了检测设备 的水平 而且在自动化检测中也是一个生重要的突破 cmm 在自动化程度方面有很大的差别 计算机控制的 cmm 具有自动执行检 测 分析检测数据和输出检测结果的功能 而一般的 cmm 仅有手动控制功能或手 动控制加示教功能 目前 随着计算机硬件性能的提高和价格降低 绝大部分 cmm 均配有计算机 利用计算机可对测量所得的数据进行在线分析 以判别被控 件是否合格 同时也可以使用统计技术来确定工艺能力是否满足 分析误差等来 源 除了再质量检测方面使用 cmm 外 cmm 还可以用于对实物的仿物的信制加工中 即所谓逆向工程 在这种情况下 由 cmm 测量实际工件 并将测量所得的数据传 到系统中 由 cad cam 系统对这些数据进行加工处理 建立 cad 模型 并进一步 生成加工指令来指导加工 毕毕毕毕业设计业设计业设计业设计 论文论文论文论文 工作内容及完成时间 工作内容及完成时间 工作内容及完成时间 工作内容及完成时间 1 查阅文献 熟悉相关软件使用 撰写开题报告 2 周 2 相关外文文献阅读与翻译 6000 字符以上 1 周 3 三坐标测量机总体方案设计 2 周 4 三坐标测量机传动系统设计计算 2 周 5 三坐标测量机总体装配图设计 4 周 6 三坐标测量机零部件工作图设计 4 周 7 基于三坐标测量机的异形零件三维建模1 周 8 毕业设计说明撰写2 周 9 答辩准备及毕业答辩1 周 五 五 参考文献参考文献 1成大先 机械设计手册 北京 化学工业出版社 1997 2东北重型机械学院等 机床夹具设计手册 上海 上海科学技术出版社 1998 3王启平 机械制造工艺学 第三版 黑龙江 哈尔滨工业大学出版社 1994 4徐立华 机械制造工程学 北京 兵器工业出版社 1997 5程耀东 机械制造学 北京 中央广播电视大学出版社 1994 6韩秋时 机械制造技术基础 武汉 华中理工大学出版社 1999 7凌振邦 机械制造工程基础 北京 轻工业出版社 1988 8卢秉恒 机械制造技术基础 北京 机械工业出版社 1999 9朱正心 机械制造技术 北京 机械工业出版社 1999 10炽盛等 机械制造工程学 广州 华南理工大学出版社 1997 10 三坐标测量机的机械结构设计及应用三坐标测量机的机械结构设计及应用 摘要 摘要 摘要 摘要 从 60 年代初发明到现在 三坐标测量机 cmm 在制造业得到世界范 围广泛应用 成为 3d 检测工业标准设备 三坐标测量技术得到迅速发展 而配 套检测软件的发展 更是突飞猛进 最早的三坐标测量机只能显示 xyz 坐标 而目前的各种检测软件几乎可以解决用户的绝大部分问题 软件日益成为影响用 户使用好坏的关键所在 cmm 测量软件发展趋势 对于传统的三坐标测量机检 测来说 通常是设计部门提供二维图纸 检验部门根据图纸对工件进行尺寸及形 位公差的检测 随着三维 cad 软件的应用 越来越多的技术部门使用三维 cad 建模技术进行设计 因此 各坐标机厂家纷纷推出了基于三维 cad 技术的测量 软件 直接将客户设计好的三维 cad 模型导入测量软件进行检测 这样做的优 点非常明显 不需要额外的图纸 理论值可以直接捕获 更可以进行测量仿真 测头干涉检查等 所以 受到用户的一致好评 基于 cad 的测量成为目前三坐 标测量软件的发展热点 关键词关键词三坐标测量机传感器三维传动装置 指导老师签名 指导老师签名 11 coordinatecoordinatecoordinatecoordinate measuringmeasuringmeasuringmeasuring machinemachinemachinemachine mechanicalmechanicalmechanicalmechanical designdesigndesigndesign andandandand applicationapplicationapplicationapplication abstractabstractabstractabstract invents from the beginning of the 60 s to present coordinate measuring machines cmm obtains the worldwide scale widespread application in the manufacturing industry becomes the 3d examination industry standard equipment three coordinates survey technology obtains the rapid development but the necessary examination software development is progresses by leaps and bounds the earliest coordinate measuring machines only can demonstrate the xyz coordinates but the present each kind of examination software may solve user s major part problem nearly the software becomes the influence user use quality the key to be at day by day the cmm survey software trend of development regarding the traditional coordinate measuring machines examination usually is designs the department to provide the two dimensional blueprint the inspection department carries on the size and the shape position common difference examination according to the blueprint to the work piece along with the three dimensional cad software application the more and more many technical department uses the three dimensional cad modeling technology to carry on the design therefore various coordinates machine factory has promoted in abundance based on the three dimensional cad technology survey software the three dimensional cad model which designs the customer inducts directly surveys the software to carry on the examination does this the merit is extremely obvious does not need the extra blueprint the theoretical value may catch directly may carry on the survey simulation the gauge head interference inspection and so on therefore receives the user the consistent high praise survey the software based on the cad survey into at present three coordinates the development hot spot keykeykeykey wordswordswordswordscoordinate measuring machinessensorthree dimensional transmission device signaturesignaturesignaturesignature ofofofof supervisor supervisor supervisor supervisor 12 目录 1绪论 3 1 1 三坐标测量机的应用与发展 3 1 2 三坐标测量机测量原理 6 1 3 设计要求 8 2三坐标测量机总体设计方案 8 2 1 设计任务和内容 8 2 2 总体设计方案拟订 8 2 2 1 三坐标测量机机械部分设计 9 2 2 2三坐标测量机电路部分设计 9 3三坐标测量进给系统的设计计算 16 3 1 进给系统电动机的容量的选择 16 3 1 1 电动机容量的选择原则 16 3 1 2 步进电动机的概述 16 3 1 3 步进电动机的容量的计算 17 3 2 轴概述 17 3 2 1 轴的用途 17 3 2 2 轴设计的主要内容 17 3 2 3 轴的材料 17 3 3 轴的结构设计 18 3 3 1 拟定轴上零件的装配方案 18 3 3 2 轴上零件的定位 18 3 3 3 轴的结构设计 19 3 3 4 初步设计轴的最小直径 20 3 3 5 拟定轴上零件的装配方案 21 3 3 6 根据轴向定位的要求确定轴的个段直径和长度 21 3 3 7 轴上零件的轴向定位 22 3 3 8 确定轴上圆角和倒角尺寸 22 3 4 丝杠螺母副的选用计算 22 13 3 4 1 丝杠螺母的导程的确定 22 3 4 2 确定丝杠的等效转速 22 3 4 3 丝杠的等效负载上边已经阐明过了 22 3 4 4 确定丝杠所受的最大动载荷 22 3 4 5 临界压缩负荷 cr f 22 3 4 6 临界转速验算 23 3 4 7 计算轴承动载荷 23 3 4 8 丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率验算 24 3 5 丝杠的扭转刚度 24 3 6 传动精度计算 25 3 7 导轨的选型及计算 25 3 7 1 滚动导轨的结构及配置直 25 3 7 2 滚动导轨副的预紧 26 3 7 3 滚动导轨副润滑防护 26 3 8 横向伺服进给系统的设计计算 同以上方法 26 3 9 纵向 横向的移动工作台的装配图见 图 3 1 26 论文总结 27 致谢 28 参考文献 29 附录 30 14 1 1绪论绪论 1 11 1 三坐标测量机的应用与发展三坐标测量机的应用与发展 随着现代科学技术的飞速发展和对测量方法的深入研究 在机电行业中人们 对三维坐标测量技术的要求也越来越高 物体的三维轮廓以及形位测量已被广泛 应用于机械制造 航海 航空航天 反求工程等领域 目前物体三维轮廓测量的 主要方法有导轨式三坐标机的高精度接触测量 激光点扫描和激光线扫描式三坐 标轮廓测量 激光散斑物体轮廓高精度显微全场测量 在这些诸多的测量方法中 激光散斑物体轮廓测量法测量精度最高 属非接触和全场测量 测量速度高 但 其测量范围小 此外 三坐标机的测量精度高 已被广泛采用 但它只能进行接 触测量 并且测量速度很慢 目前 三坐标机主要有两种 导轨式三坐标测量机 和无导轨式三坐标仪 无导轨式三坐标测量仪在国内尚无同类产品问世 三坐标 测量机的多功能测量台是一种高精度测量台 可同时装夹两只测量表或传感器对 工件进行多参数测量 三坐标测量机广泛的应用于机械零件加工 模具制造等个 方面 cly 系列单臂三为测量仪是一款具有较大测量范围的高精度测量设备 在 设计时充分考虑了使用者对冲压件 仪表板件 塑料件 中型模具件的测量要求 由于采用开放式测量 从而保证了在现场 在模具制造和仿型 在部件检测和设 计室里都可以方便的使用 特点 1 x 轴移动方向的导轨采用天然花岗岩 并配备进口双直线导轨 三轴位移传感器采用进口金属反射光栅和读数头 结合 空间误差修正技术 使用中处处体现高精度的 3d 测量 2 配件万向电子测头 并通过各种测头配件 既可以对远程和深孔进行数据采点 也能完成中 小型零 部件的测量 3 本测量仪具有方便的现场自校定功能 用户可根据实际情况进 行精度校正 保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠 cly 系列单臂三为测量仪是一款具有较大测量范围的高精度测量设备 在设 计时充分考虑了使用者对冲压件 仪表板件 塑料件 中型模具件的测量要求 由于采用开放式测量 从而保证了在现场 在模具制造和仿型 在部件检测和设 计室里都可以方便的使用 特点 1 x 轴移动方向的导轨采用天然花岗岩 并配备进口双直线导轨 三轴位 移传感器采用进口金属反射光栅和读数头 结合空间误差修正技术 使用中处处 体现高精度的 3d 测量 2 配件万向电子测头 并通过各种测头配件 既可以对远程和深孔进行数 据采点 也能完成中 小型零部件的测量 15 3 本测量仪具有方便的现场自校定功能 用户可根据实际情况进行精度校 正 保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠 4 采用智能数显系统将原电器箱上各项功能都让计算机来处理 摒弃了电 器箱 只用一块小的信号处理板对各路信号进行处理以保证长线传输无误 光栅 和测头信号由信号处理板处理后 经通讯电缆传输至计算机内安装的一块三轴正 交记数卡 通过编制软件对其进行控制 以实现原电器箱的功能 智能数显系统 的开发 利用计算机进行大量数据存储和处理 空间精度修正不仅使车间装调人 员工作量降低 也使测量仪精度有了保障 采用高性能记数卡 减少硬件设备 降低了系统的故障发生率 该系统具有原电器箱几乎所有功能 界面直观 很多 操作在面板上即可直接完成 菜单功能简洁明了 用户极易上手 一些关键性操 作都给出了提示和警告 可以防止用户在不太清楚的情况下误操作而导致系统工 作不正常 其选择原则如下 1 合理的测量精度 坐标测量机是检测工件尺寸与形位误差的仪器 首要的是精度指标应满足用 户要求 选用时 一般可根据被测工件要求的检测精度与测量机给定的测量不确 定度相对比 看测量机精度是否符合要求 精度比对不是一个简单的比较过程 测量机的技术规范中一般只给出单轴测 长和空间测长的两个不确定度公式及重复精度值 但在具体测件时需要将被测参 数的测量不确定度限制在一定范围内 一般测量时 要测量很多测点 在形位测 量时 更有大量测点参与并带来测量误差 精确计算是很难的 因此从经验出发 在一般测量中 测量不确定度应为被测工件尺寸公差带的 1 5 1 3 例如某一 被测箱体上二孔的孔距为 500mm 公差带为 15um 则所选用的测量机在 500mm 长度上的测量不确定度应不大于 3um 5um 对于精密测量及复杂的形位测量要 求还高 一般应为被测尺寸公差带的 1 10 1 5 重要的是重复精度必须满足要 求 因为系统误差还可以通过一定方法补偿 而重复精度应由测量机本身保证 总之 用户应选用精度 包括重复精度 高一些的测量机 这不仅由于测量 复杂件时 测点可能带入的误差比预想的要大 由于测头测杆变化或加长会引入 更大的误差 而且测量机的精度会随使用次数增多而有所下降 2 合乎要求的测量范围 测量范围的选择时选择测量机时的最基本参数 因为在测量范围内才能获得 16 精确的测量值 超出了范围 测量就难于进行 选择测量范围时 应考虑以下几 个方面 1 工件的所需测量的部分 不一定是整个工件 如要测的部分集中在 工件的某个局部 除了测量机的测量范围能覆盖被测参数之外 还要考虑整个工 件能在测量机上安置 要求工件重量对测量精度不带来显著影响 为了把工件放 入测量机中 应根据工件大小选择测量机 2 z 轴与 z 向空间高度的关系 z 轴行程是 z 轴的测量范围 而 z 向空 间高度是工件能放得下的高度 3 接长杆的问题 有的测头上有星形探针 这些探针在测量时往往要 求超出工件的被测部分 一般工件尺寸为 l 时 要求测量范围 l l 2c c 为探针 的长度 因此测量范围等于工件被测的最大尺寸再加上两倍的探针长度 3 合适的测量机类型 测量机按自动化程度分为手动 或机动 与 cnc 自控两大类 选用时 应根 据检测对象的批量大小 自动化程度 操作人员技术水平及资金投入大小去权衡 当然 cnc 测量机水平高 测速快 但测量的准备时间长 技术要求高 资金投入 大 故应从经济效益的角度进行比较判定 一般说 对于中等尺寸的工件 多采用移动桥式 对于小型工件 多采用悬 臂式 仪器台式与移动桥式等 对于大型工件 则多采用龙门式 对于需回转测 量的工件 可选用带分度台的测量机 4 丰富的测量软件 对复杂的测量对象进行测量 测量机应有丰富的测量软件支持 以完成测量 任务 如缺少某些软件 可根据被测对象向生产厂家索取 如果厂方提供了编程 方法 多数厂家不提供 也可自行开发 5 符合要求的测量效率 测量机运行速度与采样速度既是测量机效率高低的重要指标 又与自动化生 产的要求密切相关 用于生产线或柔性加工线上的测量机 检测的时间必须满足 生产节拍的要求 6 功能齐全的测量头 测量头是测量机上重要的传感器件 它不仅直接影响测量精度 而且是决定 测量机功能和测量效率的重要因素 7 满意的经济效益 17 作为检测仪器 测量机的经济效益是投资购买的一项重要指标 虽然它不像 生产机床那样便于计算 也不如机床那样可以较快地收回成本并创造效益 但作 为保证生产质量的手段和环节 检测仪器有着特殊的重要性 测量机的使用费用 主要取决于测量机的折旧费 k 检测人员的工资 g 测 量所用的时间 t 及辅助材料和设备等杂费 q 即测量总费用 m t k g q 测量机效益的关键在于使用时间 t 因此在考虑测量机资金的投入时 关键 在于了解它的使用效率 如果使用效率高 则经济效益亦高 如果使用效率不很 高 而又易于在当地解决测量问题 则应委托或协作检测 只付检测费 比购置 一台测量机更经济 当然有的场所 测量对象极为精密 不适宜搬动 有的系军 工保密件等 此时配置一台坐标测量机具有特殊性 也是必须的 1 21 2 三坐标测量机测量原理三坐标测量机测量原理 将被测物体置于三坐标测量空间 可获得被测物体上各测点的坐标位置 根据这 些点的空间坐标值 经计算求出被测物体的几何尺寸 形状和位置 导轨式三坐 标测量机 coordinate measuring machine 简称 cmm 是近二十年来发展起来的一 种以精密机械为基础 综合光栅与激光干涉 计算机 应用电子等先进技术的测 量设备 在国内外得到了广泛的应用 其主要特征是具有 x y z 三个坐标方向 的导轨 目前 导轨式三坐标测量机己被广泛地应用于机械制造 仪器制造 电 子 汽车 计量中心 航空和航天等多个工业和研究行业 用来测量机械零件的 几何尺寸 相对位置和形位误差 包括零件空间曲面 汽车白身 cad cam 等多 项工作 导轨式三坐标测量机己经成为一种比较成熟的传统测量设备 它经历了 三代产品 第一代测量机由手动 或机动 测量 测量结果由人工处理 效率极低 第二代测量机在第一代测量机的基础上 由微机处理测量结果 形成了微机化测 量机 第三代测量机在第二代的基础上 配备上相应的程序控制和数据图形化软 件处理系统 可以实现全自动测量 其中 第三代是目前的主要产品 特别是近 二十年来 随着微机和光电技术的迅猛发展 三坐标机已成为多个高科技领域诸 多技术的融合产品 包括了微机 精仪 光电传感 数据分析和人工智能等多项 应用技术 cly 系列单臂三维测量仪产品信息产品说明 cly 系列单臂三为测量仪是一 款具有较大测量范围的高精度测量设备 在设计时充分考虑了使用者对 冲压件 仪表板件 塑料件 中型模具件的测量要求 由于采用开放式测量 18 从而保证了在现场 在模具制造和仿型 在部件检 测和设计室里都可以方便的使用 图图 1 1cly1 1cly 单臂三坐标测量机单臂三坐标测量机 在 y z 方向 其整机测量范围在 1500mm x 2600mm 以内 x 向测量范围最小 为 2000mm 并以 500mm 为间距递增的整体式测量机 采用整体式机械结构 测 量机的工作平面通过地脚螺铨固定在地基上 其工作台表面略高于地表 或是安 装为与地表齐平 便于大型工件的装卸 这种类型的测量机的 y 向测量范围有两种 1200mm 和 1500mm 其 z 向测量 范围最小为 1500mm 最大可以达到 2600mm x 向测量范围最小为 2000mm 可以 按用户要求以 500mm 的长度适量增大 大中型整体式单臂三坐标测量机比较适宜对一般大型非对称工件的测量检 测与划线操作 测量机可以根据使用要求 选配 wincom 测量软件或 xdmis 测量软件 如果 被测工件为一般机加工件 测量要求为一般性的尺寸检测 可以选用 wincom 测 量软件 如果检测任务大部份需要与 cad 数据协同比对检测 建议选择 xdmis 测量软件 1 2 1三坐标测量机的组成 1 主机机械系统 x y z 三轴或其它 2 测头系统 3 电气控制硬件系统 4 数据处理软件系统 测量软件 1 2 2 三坐标测量机的结构特点 1 采用花岗石为工作台 其工作面平面度精度高 且稳定性好 受环境温 度影响小 2 立柱采用不锈钢材料 可防锈 抗腐蚀 3 采用精密微分头作微调装置 使测头接触工作的微调量 0 01mm 19 4 回转支杆 附件另配 可提供装夹第二只测量表 或测量传感器 从而 可扩大本产品的使用功能 5 x 轴移动方向的导轨采用天然花岗岩 并配备进口双直线导轨 三轴位 移传感器采用进口金属反射光栅和读数头 结合空间误差修正技术 使用中处处 体现高精度的 3d 测量 6 配件万向电子测头 并通过各种测头配件 既可以对远程和深孔进行数 据采点 也能完成中 小型零部件的测量 7 本测量仪具有方便的现场自校定功能 用户可根据实际情况进行精度校 正 保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠 1 31 3 设计要求设计要求 在绘制产品总装图和部件装配图时要注意设计的科学性和条理性 设计一个 部件 其过程大致如下 首先 确定末端执行件的概略形状尺寸 然后 设计末 端执行件与其相临的下一个功能部件的结合的形式与概率尺寸 若为运动导轨结 合部 则执行件一测相当于滑台 相临部件一测相当于滑座 考虑导轨精度 选 择并确定导轨的类型及尺寸 根据导轨结合部的设计结果和该运动的行程 直到 基础支撑件 在设计中 处处从实际出发分析和处理问题是至关重要的 从大处讲 联系 实际是指对工艺可能性的分析 在参数拟订和方案确定中 既要了解当今的先进 生产水平和可能趋势 更应了解我国的实际生产水平 使设计的机器能发挥最佳 的效果 从小处讲 指对设计的机械零部件的制造工艺 装配和维修要进行认真 的切实际的考虑和分析 学会使用设计手册 对推荐的设计数据和各类标准要结 合实际情况取舍 通过设计实践 了解和掌握结合实际 综合思考的设计方法 2 2三坐标测量机总体设计方案三坐标测量机总体设计方案 2 12 1 设计任务和内容设计任务和内容 设计任务定位三坐标测量机整体结构的设计 其中机械部分的设计工作台包括纵 向 横向和 z 轴的运动 工作台承担运动功能 其次是夹具体的设计 包括手柄 浮动滑块的设计 夹具承担的是定位夹紧的作用 2 22 2 总体设计方案拟订总体设计方案拟订 方案拟订为测量机整体结构的设计其中主要是测量机的传动系统 工作台的横向 和纵向进给系统 z 轴的进给系统 工作台上面叠加一个可拆卸的夹具体 可拆 卸夹具具有两大优点 第一 使用时夹具可固定在工作台上 不用时 即可拆下 20 2 2 12 2 1 三坐标测量机机械部分设计三坐标测量机机械部分设计 三坐标测量机的机械系统设计可归类于机械制造装备设计 可分为创新设计 变 形设计 和组合设计三大类型 设计的过程随设计类型而不同 其中创新设计的 过程最典型 可分为产品规划阶段 方案设计 技术设计和施工设计四个阶段 产品规划阶段的任务是明确设计任务 通常应在市场调查与预测的基础上识别产 品需求 进行可行性分析 制定设计技术任务书 初步设计方案具体化 技术设计阶段是将方案设计阶段拟订的初步设计方 案具体化 确定结构原理方案 进行总体技术方案设计 进行结构设计 通过技 术经济分析 选择较优的设计方案 1 确定结构原理放案 根据初步设计方案 再充分理解原理的基础上 确定结构原理方案 其中包 括决定尺寸的依据 如功率 流量和联系尺寸等 决定布局的依据等 决定和限 制结构设计的空间条件 在上述的依据约束下 对主要功能结构进行构思 初 步确定其材料和形状 进行粗略的结构设计 2 总体设计 总体设计阶段的任务是将结构原理方案进一步具体化 总体设计的内容大致 包括主要结构参数 总体布局 系统原理图 其它 3 结构设计 结构设计阶段的主要任务是在总体设计的基础上 对结构原理方案结构化 绘制 产品总装图 提出初步的零件表及装配说明书 进行结构设计时 必须遵守有关 标准规范 充分考虑人机工程 外观造型 结构可靠和耐用性 加工和装配工艺 性等 三坐标测量机常见的是三个直线运动坐标 沿 x y z 和夹具体的装配 设计 2 2 22 2 2 三坐标测量机电路部分设计三坐标测量机电路部分设计 三坐标测量系统的控制部分采用 plc 控制 本书以 s7 200 系列 plc 为目标机型 介绍西门子 plc 的特点 为今后更好 地学习和掌握 s7 300 400 打下基础 s7 200 系列 plc 作为西门子 simatic plc 家族中的最小成员 以其超小体积 灵活的配置 强大的内置功能 在各个领域 得到广泛的应用 21 1 s7 200 系列 plc 的基本硬件组成 s7 200 系列 plc 可提供 4 种不同的基本 单元和 6 种型号的扩展单元 其系统构成包括基本单元 扩展单元 编程器 存 储卡 写入器 文本显示器等 1 基本单元 s7 200 系列 plc 中可提供 4 种不同的基本型号的 8 种 cpu 供选择使用 其 输入输出点数的分配见表 2 1 表 2 1s7 200 系列 plc 中 cpu22x 的基本单元 型 号 输 入点 输 出点 可带扩展模块数 s7 200cpu22164 s7 200cpu22286 2 个扩展模块 78 路数字量 i o 点或 10 路模 拟量 i o 点 s7 200cpu2241410 7 个扩展模块 168 路数字量 i o 点或 35 路模 拟量 i o 点 s7 200cpu2262416 2 个扩展模块 248 路数字量 i o 点或 35 路模 拟量 i o 点 s7 200cpu226xm2416 2 个扩展模块 248 路数字量 i o 点或 35 路模 拟量 i o 点 2 扩展单元 s7 200 系列 plc 主要有 6 种扩展单元 它本身没有 cpu 只能与基本单元相 连接使用 用于扩展 i o 点数 s7 200 系列 plc 扩展单元型号及输入输出点数 的分配如表 2 2 所示 表 2 2s7 200 系列 plc 扩展单元型号及输入输出点数 类 型型 号输入点输出点 数字量扩展模块 em2218无 em222无8 em2234 8 164 8 16 22 模拟量扩展模块 em2313无 em232无2 em23531 3 编程器 plc 在正式运行时 不需要编程器 编程器主要用来进行用户程序的编制 存储和管理等 并将用户程序送入 plc 中 在调试过程中 进行监控和故障检测 s7 200 系列 plc 可采用多种编程器 一般可分为简易型和智能型 简易型编程器是袖珍型的 简单实用 价格低廉 是一种很好的现场编程及 监测工具 但显示功能较差 只能用指令表方式输入 使用不够方便 智能型编 程器采用计算机进行编程操作 将专用的编程软件装入计算机内 可直接采用梯 形图语言编程 实现在线监测 非常直观 且功能强大 s7 200 系列 plc 的专 用编程软件为 step7 micro win 4 程序存储卡 为了保证程序及重要参数的安全 一般小型 plc 设有外接 eeprom 卡盒接口 通过该接口可以将卡盒的内容写入 plc 也可将 plc 内的程序及重要参数传到外 接 eeprom 卡盒内作为备份 程序存储卡 eeprom 有 6es 7291 8gc00 0xa0 和 6es 7291 8gd00 0xa0 两种 程序容量分别为 8k 和 16k 程序步 5 写入器 写入器的功能是实现 plc 和 eprom 之间的程序传送 是将 plc 中 ram 区的程 序通过写入器固化到程序存储卡中 或将 plc 中程序存储卡中的程序通过写入器 传送到 ram 区 6 文本显示器 文本显示器 td200 不仅是一个用于显示系统信息的显示设备 还可以作为控 制单元对某个量的数值进行修改 或直接设置输入 输出量 文本信息的显示用 选择 确认的方法 最多可显示 80 条信息 每条信息最多 4 个变量的状态 过程 参数可在显示器上显示 并可以随时修改 td200 面板上的 8 个可编程序的功能 键 每个都分配了一个存储器位 这些功能键在启动和测试系统时 可以进行参 数设置和诊断 2 s7 200 系列 plc 的主要技术性能 下面以 s7 200 cpu224 为例说明 s7 系列 plc 的主要技术性能 1 一般性能 23 s7 200 cpu224 的一般性能如表 2 3 所示 表 2 3s7 200 cpu224 一般性能 电源电压dc 24v ac 100 230v 电源电压波动dc 20 4 28 8v ac 84 264v 47 63hz 环境温度 湿度水平安装 0 55 0c 垂直安装 0 450c 5 95 大气压860 1080hpa 保护等级ip20 到 iec529 输出给传感器的电压dc 24v 20 4 28 8v 输出给传感器的电流280ma 电子式短路保护 600ma 为扩展模块提供的输出 电流 660ma 程序存储器8k 字节 典型值为 2 6k 条指令 数据存储器2 5k 字 存储器子模块1 个可插入的存储器子模块 数据后备 整个 bd1 在 eeprom