CNC齿轮测量中心三维测头模块及测试软件设计【11张CAD图纸和毕业论文】【答辩通过】

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目录
摘要 1
Abstract 2
主要符号表 1
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究意义 1
1.3国内外发展状况 1
1.4本文的主要任务 3
2 齿轮测量原理与总体方案设计 4
2.1齿轮齿形测量的方法与误差分析 4
2.1.1齿形误差的定义 4
2.1.2齿形误差测量方法 4
2.1.3齿形测量范围的确定 4
2.1.4齿形误差评定与分析 6
2.2齿轮齿向测量的方法与误差分析 8
2.2.1齿向误差的定义 8
2.2.2齿向误差测量方法 8
2.2.3齿向误差评定与分析 8
2.3 总体方案设计 10
3 板卡操作 11
3.1接口方案 11
3.2 HY6040板卡介绍及操作 11
3.3 HY6110板卡介绍及操作 11
3.4 CA220-PCI 12
3.4.1 CA220-PCI简介 12
3.4.2 CA220-PCI操作过程 12
4 EFRS-401MZ齿轮测量机软件设计 14
4.1开发软件简介 14
4.2用户需求 14
4.3软件的界面设计 15
4.3.1界面应具备的功能元素 15
4.3.2具体界面设计 16
4.4总体程序流程图 20
4.5分功能模块的实现 22
4.5.1齿形测量程序流程设计 22
4.5.2数据处理程序流程设计 23
4.5.3数据采样流程及部分程序代码 25
4.5.4按键扫描流程图设计 26
5 伺服机械子系统设计及校核 29
5.1原理方案设计 29
5.2结构方案设计 29
5.2.1结构布局 29
5.2.2驱动装置 29
5.2.3传动系统 30
5.2.4滚动导轨 30
5.3伺服机械子系统设计计算 30
5.3.1伺服电机的选择 30
5.3.2设计并校核齿轮 31
5.3.3同步带传动设计 33
5.3.4导轨设计 35
5.3.5各支承件的设计 35
5.4强度校核 36
5.4.1伺服电机校核 36
5.4.2轴承校核 37
6 结论 38
7 致谢 39
参考文献 40

主要符号表
n              转速                     F          集中载荷，力
V              线速度                   M          弯矩，力矩
            传动效率                           计算拉压应力
P              功率                     E          材料的弹性模量
i              传动比                   L、l         长度
T              转矩                               齿形系数
Z              齿轮齿数                 J            转动惯量
m              模数                              应力校正系数
d              直径                     K            载荷系数
KV             动载荷系数               B            宽度
a              中心距                   ZE           弹性影响系数
KA             使用系数                 ZP           接触系数
Vs             相对滑动速度             N            应力循环次数
           载荷分布不均系数         KHN          寿命系数                  

1  绪论
1.1引言
    齿轮传动是广泛应用于机器和仪表中的一种重要形式。它用来传递位移、速度和动力。随着我国汽车摩托车制造业的迅速发展，汽摩齿轮制造业也得到了空前快速的发展。尽快成为汽摩齿轮的全球制造与供应基地，是我国齿轮制造业的总体发展战略，并已经成为我国众多齿轮制造商的共识。航空航天工业的崛起、造船业的兴盛、机械装备制造业的复苏以及IT行业的快速发展，都对齿轮制造业提出了更高的要求，也提供了前所未有的机遇。无论是国有企业、股份公司还是民营企业，齿轮制造商在扩大齿轮产量、品种的同时，更加注重提高齿轮制造质量。为此，最近几年来在引进技术、购置设备、更新工艺、加强信息化管理等技术改造和技术升级方面进行了大量的投入；强化并提高齿轮制造全过程的测量与监控技术水平获得了空前的重视，并成为确保齿轮质量的一个关键。开发具有自主知识产权的齿轮测量技术和仪器，满足我国齿轮制造质量检测的迫切需要，提高国产齿轮仪器在国内市场的占有率，是我国齿轮测量仪器制造业当前所面临的一项重要而紧迫的任务。
1.2研究意义
目前，我国齿轮行业测试仪器和设备十分缺少，有不少齿轮生产企业竟然没有一台齿轮量仪；有些国有大中型企业所使用的齿轮量仪，还是国外六七十年代的产品，已远远满足不了技术发展的要求。造成这种现象的主要原因是：a. 前几年齿轮制造业的发展以量为主，对质的要求尚不迫切，但今后，能否保证齿轮产品的质量，是否拥有与产品等级相适应的齿轮量仪，将成为企业能否生存的关键；b.信息沟通不够，技术交流偏少是造成我国齿轮生产企业仪器装备落后的另外一个原因。许多齿轮生产企业对国内齿轮量仪的发展了解不够，对齿轮量仪的性能了解不够，制约着齿轮量仪进入齿轮生产企业。事实上，这几年在齿轮制造业迅猛发展的同时，我国齿轮量仪制造水平也经历了跨越式发展，特别是2000年以来，以3903系列为代表的CNC齿轮测量中心投放市场，标志着我国齿轮量仪的制造水平达到了当今国际先进水平，基本上可以满足齿轮行业对测量仪器的需求。
1.3国内外发展状况[1]
   1923年，德国Zeiss公司在世界上首次研究成功一种被称为“Tooth surface Tester”的仪器，实际上是机械展成式万能渐开线检查仪。1965年，英国的
R.Munro博士研制成功光栅式单啮仪，标志着高精度测量齿轮动态性能成为可能。
1970年，美国Fellow公司在芝加哥博览会展出Microlog50，标志着数控齿轮测量中心开始投入使用，这是齿轮测量技术发展的转折点。70年代以前，机械展成式测量技术已经发展成熟，并在生产实践中经受了考验。经过30多年的完善和推广，齿轮整体误差测量方法在我国已发展成为传统元件的运动几何测量法，其基本思想是将被测对象作为一个刚性的功能元件或传动元件与另一标准元件作啮合运动，通过测量啮合运动误差来反求被测量的误差。
最近几年一些新的齿轮测量仪器也在不断的涌现，在新的齿轮精度国家标准中，齿轮精度的检测项目有齿距偏差、齿廓偏差、螺旋线偏差、切向综合偏差、径向综合偏差、径向跳动等项目。这里主要介绍以下几种最为先进的齿轮测量仪：a. CNC齿轮测量中心3903/3906
3903/3906型CNC齿轮测量中心是哈量集团精密量仪公司开发出的新产品，具有测量功能强、精度高、速度快等特点，达到了当代国际先进水平．该中心可满足用户对齿轮精度的全面检测，工艺间检测、刀具检测等需求。可完成齿轮的齿距、齿廓 、螺旋线、径跳、切向综合（单截面整体误差）等项目的检测，可测量的工件有齿轮、齿轮刀具（滚刀、插齿刀、剃齿刀等）、蜗轮、蜗杆、弧齿锥齿轮等。由于其工作原理上不需要标准齿轮、标准蜗杆等标准件和机械展成机构，测量运动由计算机数控系统来完成，因此可以根据用户的要求，开发出各种特殊软件。整个操作界面汉字提示，操作简单，对操作人员的要求不高
b. PFSU系列齿轮测量机640/1200/1600[2]
该系列测量机是引进德国克林贝格公司技术生产的，主要用于对大齿轮的测量。目前哈量集团精密量仪公司已经完成了该测量机控制系统国产化改造．将过时的控制电路、记录器等全部淘汰，采用新的工业控制计算机和可编程控制器，改造后的PFSU系列齿轮测量机不仅保留了仪器原有的全部功能，而且使仪器的功能和性能都有很大提升。齿轮的测量项目有齿廓、螺旋线、齿距、径跳等，还可以测量齿轮刀具（滚刀、插齿刀、剃齿刀等）、蜗杆及工件表面粗糙度、工件锥度、圆度等形位误差。针对国内已有PFSU系列测量机的用户，公司可提供升级改造服务。
c. 3004B、3006B、3008B系列万能齿轮测量机
该系列齿轮测量机是哈量集团具有自主知识产权的智能化齿轮量仪，在工作原理和仪器功能上接近CNC齿轮测量中心．测量中不需要标准齿轮、标准蜗杆，即可测量齿轮、齿轮刀具等工件的多项误差，在测量效率要求不很高的情况下，可广泛用于工厂计量室和车间检测站，进行精密测量。
d. 3100系列双面啮合检查仪
主要检测齿轮的径向综合误差，可广泛用于除汽车、摩托车行业4级以下精度齿轮的分选检测，工作效率高，精度稳定。
e. 3200、3300系列齿形、齿向检查仪
该系列测量仪是机械展成式测量机．根据测量要求的不同，有多种不同的机械结构，主要完成对齿轮齿形、齿向等单项误差测量，仪器结构简单、效率高、精度稳定，可广泛用于生产车间使用。
1.4本文的主要任务
本文分析了齿轮误差测量的发展状况和特点，针对国内外出现的各种测量仪器的局限和不足，提出改进齿轮测量软件测量齿轮的方法，并设计完成一种新型的、人机界面友好的，自动化程度较高的齿轮测量软件。
   a. 首先通过对齿轮齿形和齿向测量原理以及齿轮测量机机械部分运动机理的理解，完成总体方案设计；
b. 依据齿形、齿向测量原理建立齿形、齿向误差测量算法，并完成齿形误差软件的程序流程；
c. 针对测量中出现特性和整个界面的易于操作性和美观性，利用VisualC++6.0编程语言来实现齿形测量系统软件的设计；
d. 最后对所编写的测量软件进行模拟调试，并进一步肯定了整个测量系统的合理性和实用性。

2 齿轮测量原理与总体方案设计
2.1齿轮齿形测量的方法与误差分析
2.1.1齿形误差的定义[3]
   根据标准J B179-83规定，齿形误差的定义是：在端截面上，齿形工作部分内（齿顶倒棱部分除外）包容实际齿形的两条最近的设计齿形间的法向距离。由定义可知，在齿形误差测量中应测出实际齿形相对于设计齿形之误差,设计齿形是指以渐开线理论齿形为基础，考虑弹性变形和误差对噪声的影响而加以修正的齿形,在成对齿轮副中，可以设计为两个齿轮都作齿顶修缘，也可以设计为一个齿轮（常是小齿轮）作齿顶修缘，齿根过切或设计为凸齿形，另一个相配的齿轮不作修正,修正量是很小的，仅有（0.01-0.05）m,或从2-3μm到30-50μm。因此，齿形误差测量还是以实际齿形与理论渐开线进行比较作为基础。