连杆平行度测量仪[机+电]【优秀机械机电毕业设计论文】【A6052】
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连杆
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毕业设计
论文
a6052
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文档包括:
说明书一份,51页,23300字左右.
英文翻译一份.
任务书-（2页）
图纸共5张:
A0-电路图.dwg
A0-装配图.dwg
A0-立体图.dwg
A1-测头装配图.dwg
A1-连杆零件图.dwg
- 内容简介：
-
毕业设计（论文）任务书 姓名： 任务下达日期： 2006 年 3 月 13 日 设计（论文）开始日期： 2006 年 3 月 14 日 设计（论文）完成日期： 2006 年 6 月 20 日 一、设计（论文）题目： 连杆平行度测量仪 二、专题题目： 三、设计的目的和意义： 我国汽车及相关零部件 行业 发展迅速，而 连杆 又是 连杆是发动机的五大主关件之一，是发动机传递动力的主要运动件 。 因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。连杆平行度测量仪是专门为检测汽车连杆而设计的专用测量工具，其结构简单、测量精度高。 它极大地提高了检测效率，同时也提高了检测的精度 ，具有很好的市场前景。 四、设计（论文）主要 内容： 本设计的主要内容是设计连杆平行度测量仪的机械系统和控制系统，我设计的主要工作是机械系统的设计 。 五、设计目标： 本设计的设计目标是将连杆平行度测量仪的机械系统 的 每一个零件进行三维造型，并进行装配和运动仿真。 六、进度计划： 2006 年 3 月 13 日至 3 月 31 日进行为期 3周的生产实习； 4 月 1 日至 4 月 10 日完成对设计题目的资料收集与查询； 4 月 11 日至 5 月 20 日完成 各零件及图纸 的绘制； 5 月 11 日至 6 月 10 日完成 运动仿真和 毕业设计说明书的编写； 6 月 11 日至 6 月 20 日最后的审稿及说明书和图纸的打印 。 七、参考文献资料： 赵松主编 机械工业出版社 王锡良主编 测试技术 1995； 李信主编 南开大学出版社 参考资料近 20 本。 指 导 教 师： 院（系）主管领导： 年 月 日 1 附录 2 外文译文 虚拟制造技术及其应用 摘要 ：阐述了虚拟制造的基本概念，虚拟制造的核心技术，以及虚拟制造技术应用。 关键词 ：制造业 虚拟制造 虚拟现实 0 引言 当今的制造业基本技术日臻成熟，其市场处于以消费者为导向的市场环境下，产品品种、上市时间和用户满意度成为企业取得竞争优势的主要因素。制造业这种全球化的激烈竞争不断催生了各种先进制造技术和新的制造哲理，虚拟制造技术将会在本世纪涌向潮头，其朴素的思想和高新的技术手段都为研究领域和业界所推崇。 虚拟制造就是根据企业市场竞争的需求，在强调柔性和 快速的前提下，美国 80 年代提出的，随着计算机技术和信息网络技术的发展，在 90 年代得到人们的重视，并获得迅速的发展。 1 虚拟制造 虚拟制造的基本思想是在产品制造过程的上游 设计阶段就进行对产品制造全过程的虚拟集成，将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。 虚拟现实技术是使用感官组织仿真设备的真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造技术在一个统一模型之下对设计和制造 等过程集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效的、经济的、柔性的组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。 虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，它的可视化集成范围包括与 设计相关的各项子系统的功能，如用户支持、工程分析、材料选用、工艺计划、工 2 装分析、快速原型，甚至包括制造企业全部功能（如计划、操作、控制）的集成。 虚拟制造系统拥有产品和相关制造过程的全部信息，包括虚拟设计、制造和控制产生的数据、知识和模型信息。虚拟控制制造系统按照功能归集为三种不同类型的子环境，共同构成中心三元耦合的系统模式： （ 1）虚拟制造设计中心：给设计者提供各种工具以便虚拟设计、虚拟制造，设计出符合设计准则（如 产品模型； （ 2）虚拟制造加工中心：研究开发产品制造过程模型和环境模型及其分析各种 可行的生产计划和工艺规划； （ 3）虚拟制造控制中心：评价产品设计、产品原型、生产计划、制造模拟和控制策略等等。 2 虚拟制造技术支持 虚拟制造技术是多学科综合的系统技术，需要研究开发相应的硬件集成系统与软件，就软件技术而言，相关的研究支持如下： 可视化：真实、直观地再现主观产品与客观制造过程； 基本环境：增强可视化和其它虚拟制造功能的集成系统平台； 信息描述：表达各种信息，包括数据、知识和模型的统一的方法、语义、语法； 中介模型：构造、定义、开发对过程易于中断介入的模型； 基层集成组织结构：硬件与软件的基层 组织结构； 仿真模型：在计算机系统中设计的真实系统模型； 应用方法：产品多样性与过程动态性的共同特征的抽象提取； 制造特征：各种材料在虚拟制造环境中的变化过程； 虚拟制造系统评价：可制造性、工艺性、可靠性、经济性、质量、工期等等。 模技术 虚拟制造系统是现实制造系统在虚拟环境下的映射，是 模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。 建模应包括：生产模型、产品模型和工艺模型的信息体系结构。 （ 1）生产模型归纳为静态描述和动态描述两个方面。静态描述是指系统生产能力和生产特性的描述。动态描述是 指在已知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产的全过程。 （ 2）产品模型是制造过程中，各类实体对象模型的集合。对 说，要 3 使产品实施过程中的全部活动集成，就必须具有完备的产品模型，所以虚拟制造下的产品模型不再是单一的静态特征模型，它能通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需的模型。 （ 3）工艺模型将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来，反应生产模型与产品模型之间的交互作用。工艺模型必须具备以下功能：计算机工艺仿真、制造 数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。 真技术 仿真就是 应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。 仿真的基本步骤为：研究系统 收集数据 建立系统模型 确定仿真算法 建立仿真模型 运行仿真模型 输出结果并分析。 产品制造过程仿真，可归纳为制造系统仿真和加工过程仿真。虚拟制造系统中的产品开发涉及到产品建模仿真、设计过程规划仿真、设计思维过程和设计交互行为仿真等，以便对设计结果进行评价，实现设计过程早期反馈，减少或避免产品设计错误。加工过程仿真，包括切削过程仿真、装配过程仿真，检验过 程仿真以及焊接、压力加工、铸造仿真等。目前上述两类仿真过程是独立发展起来的，尚不能集成，而 应建立面向制造全过程的统一仿真。 拟现实技术 虚拟现实技术是在为改善人与计算机的交互方式，提高计算机可操作性中产生的，它是综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境（称为虚拟环境）中提供沉浸感觉的技术。 由图形系统及各种接口设备组成，用来产生虚拟环境并提供沉浸感觉，以及交互操作的计算机系统称为虚拟现实系统。虚拟现实系统包括操作者、机器和人机接口 3 个基本要素。利用 以对真实世界进行动态模似，通过用户的交互输入，并及时按输出修改虚拟环境，使人产生身临其境的沉浸感觉。虚拟现实技术是 关键技术之一。 3 制造业中应用 虽然在产品开发过程中应用建模和仿真可以大大缩短开发周期，改进产品的性能和可靠性，但在工业界的设计过程中实际应用并不多。目前的仿真系统还不能适应工业界在设计过程中进行分析和验证等的要求。 高级工程仿真系统应具有下列特点： 三维的复杂零件”零件接口；本质上不同响应特性的多元材料；材料重要 4 的非线性性质，诸如：非牛顿行为、塑料变形、断裂；多相现象；带有化学 反应的多相能量转移；移动或自由边界；非线性动力学。 在以模型为基础的设计中，实现高级工程仿真的关键技术可归纳如下： 用户接口；分析式立体造型；对壳体和实体的先进网格生成算法（有限元分析用）；解的误差分析和改进；材料模型；优化目标函数的设计；面向对象的软件工程；海量并行计算；可视化。 把这些技术集成起来，可以帮助设计者进行设计，了解设计出来的产品的性能。应用上述先进的网格生成算法、误差分析及计算，可组成自适应算法，使仅懂得机构、不懂得分析的设计者也能设计产品及设计这一产品的制造过程。自适应能力可以保证分析的精 度。由于重要的几何性质可以参数化，因此可以进行形状的优化等。 虚拟制造技术首先在飞机、汽车等领域获得成功的应用。目前 用在以下几个方面： 拟企业 虚拟企业建立，其中有一条最重要的原因是因为各企业本身无法单独满足市场需求，迎接市场挑战。因此，为了快速响应市场的需求，围绕新产品开发，利用不同地域的现有资源、不同的企业或不同地点的工厂，重新组织一个新公司。该公司在运行之前，必须分析组合是否最优，能否协调运行，并对投产后的风险、利益分配等进行评估。这种联作公司称为虚拟公司，或者叫作动态联盟，是一种虚拟 企业，它具有集成性和实效性两大特点的经济实体。 拟产品设计 例如飞机、汽车的外形设计，其形状是否符合空气动力学原理，运动过程中的阻力，其内部结构布局的合理性等。在复杂管道系统设计中，采用虚拟技术，设计者可以”进入其中 0 进行管道布置，并可检查能否发生干涉。在计算机上的虚拟产品设计，不但能提高设计效率，而且能尽早发现设计中的问题，从而优化产品的设计。例如美国波音公司投资 40 亿美元研制波音 777 喷气式客机，从 1990年 10月开始到 1994年 6月仅用了 3年零 8个月时间就完成了研制，一次试飞成功，投入运营。 波音公司分散在世界各地的技术人员可以从 777 客机数以万计的零部件中调出任何一种在计算机上观察、研究、讨论，所有零部件均是三维实体模型。可见虚拟产品设计给企业带来的效益。 拟产品制造 应用计算机仿真技术，对零件的加工方法、工序顺序、工装的选用、工艺参数的选用，加工工艺性、装配工艺性、配合件之间的配合性、连接件之间的 5 连接性、运动构件的运动性等均可建模仿真，可以提前发现加工缺陷，提前发现装配时出现的问题，从而能够优化制造过程，提高加工效率。 拟生产过程 产品生产过程的合理制定、人力资源、制造资源、 物料库存、生产调度、生产系统的规划设计等，均可通过计算机仿真进行优化，同时还可对生产系统进行可靠性分析，对生产过程的资金进行分析预测，对产品市场进行分析预测等，从而对人力资源、制造资源的合理配置，对缩短产品生产周期，降低成本意义重大。 4 虚拟制造系统体系结构 成是通过物理的、逻辑的联系以便在制造设备之间传递信号，以庞大的信息流为“网线”粘连起企业活动的全部活动“节点”，共同浇结成一整块“企业机器”，实际上从各个方面降低了企业的柔性。而虚拟制造则完全是数字模型的集成，提供了有别于 理集成” 的虚拟集成方案，将相互孤立的制造技术如 等集成在一个虚拟产品制造环境下，以现实对制造过程的一一对应的模型化映射关系，它相对于物理世界有功能一致性、结构相似性的特点，是对实体制造企业的产品、作业、环境及其评价行为等等四个特征的虚拟实现。虚拟现实技术应用于现在的制造系统如 够大大增强各个子系统之间的协调与并行。面向模型集成各个子系统功能是虚拟制造技术的关键之一，由于产品的多样性与制造过程的动态性，虚拟制造环境是一个动态多变的集成环境，其过程会产生大量的各种数据， 虚拟过程的数据管理变得非常复杂。面向产品与过程的虚拟制造系统需要对产品、作业、环境和评价的数据、知识、模型进行共同特征抽取与异型制造过程创建。 拟实制造的基础是对制造过程（即把各种材料变成产品的过程）的理论和方法进行深入的了解。有了这些了解，才有可能在计算机上进行拟实制造，从而揭示一个产品制造全过程的种种复杂问题。随着拟实制造的发展，它将为工程师们提供一个从产品的概念形成、设计、制造到实现的全过程三维可视及交互的环境；它将促使实现制造驱动设计，要求设计者在设计阶段把一个产品的构思、设计、制造统统考虑 好。目前，电子类产品，特别是大规模集成电路，相对地比机械类产品简单，制造过程具有通用性，发展得较成熟；机械类产品相对较复杂，进展得较慢。另外，拟实制造的实现是建筑在一个企业内外实行计算机集成基础上的，只有在大范围采用计算机集成后，才能有效地实行拟实制造，并在这基础上过渡到敏捷制造时代。因此，今天我们在大范围内推广 有很深远的历史意义的。它将为我国实现跳跃式发展，打下坚实的 6 基础。 附录 3 外文原文 of is be in of on to of of to of in s by to of in 0s of 7 s 0s, 1 he of is in of on to of in in to to of is a to or of or a of or in of to of at an to as it in of of in to up in to to in is to go to of to 8 of to to to to of to of to to is of to it to to of if to to as of to of to to of of to (1)9 of to of (2)to (3)to 2 he is to to in to is as to to to up to to of 10 to to be to to to of of in of in in 2.1 up he is an of to is a to MS up of (1)to to of on 11 (2)is to in of to so of is it to to in (3)to to of he 2.2 is to of on of a 12 up is to to to up in to as a on to or to to to to to to to t M in up to to to 2.3 is at to in it is to to of to a s 13 to of in on be a s to to to to to as s of RS on to a to to in to to is of M 3 M is in in up to of in of t to on in 14 of to of is s to or In as to as of To of of an he of of to of to in of on of of of to t 15 of so on to in as MT at 3.1 is t to of of of or of a is or to of on of to be or be is a of it to of 3.2 or of 16 or on s At on to in as as of ,000,000,000 to to 77 to to to 990 994, to to I to in to on in of 77 It is 3.3 he to in of to to processiI 摘 要 连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。 连杆平行度测 量 仪是专门为 检测 汽车连杆而设计的专用测量工具，其结构简单 、 测量精度高。 本 设计是由机械系统设计和控制系统的设计所组成。包括 齿轮传动的设计及选择，滚珠丝杠的设计 及选择 ，步进电机的选择和装置中机械系统的设计，有关测试系统的控制设计及选择。 我的设计内容主要是机械部分的设计。 关键词 ： 连杆 平行度 检测he is of at of of is in to be is is is is by My on 3 目 录 摘 要 I 1 章 绪 论 1 第 2 章 机电一体化技术简介 3 机电一体化技术简介 3 机电一体化技术体系 3 机电一体化的发展前景 3 连杆平行度测量仪的简介 4 品介绍 4 第 3 章 连杆平行度测量仪机械部分的总体设计 9 进给运动的要求 9 滚珠丝杠的选择 9 齿轮传动的设计计算 14 步进电机的选择 16 液压夹具的设计 19 第 4 章 连杆平行度测量仪中的微机应用及其接口技术 23 测 量 仪中主控芯片 8088 介绍 23 测量仪中的接口技术 24 第 5 章 传感器的选择及测量原理 34 传感器的选择及测量方法 34 连杆 平行度的分析及计算 35 第 6 章 经济分析 37 总 结 38 致 谢 39 参考文献 40 附录 1 专题论文 41 附录 2 外文译文 49 附录 3 外文原文 54 I 摘 要 连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。 连杆平行度测 量 仪是专门为 检测 汽车连杆而设计的专用测量工具，其结构简单 、 测量精度高。 本 设计是由机械系统设计和控制系统的设计所组成。包括 齿轮传动的设计及选择，滚珠丝杠的设计 及选择 ，步进电机的选择和装置中机械系统的设计，有关测试系统的控制设计及选择。 我的设计内容主要是机械部分的设计。 关键词 ： 连杆 平行度 检测he is of at of of is in to be is is is is by My on 录 摘 要 I 1 章 绪 论 1 第 2 章 机电一体化技术简介 3 机电一体化技术简介 3 机电一体化技术体系 3 机电一体化的发展前景 3 连杆平行度测量仪的简介 4 品介绍 4 第 3 章 连杆平行度测量仪机械部分的总体设计 9 进给运动的要求 9 滚珠丝杠的选择 9 齿轮传动的设计计算 14 步进电机的选择 16 液压夹具的设计 19 第 4 章 连杆平行度测量仪中的微机应用及其接口技术 23 测 量 仪中主控芯片 8088介绍 23 测量仪中的接口技术 24 第 5 章 传感器的选择及测量原理 34 传感器的选择及测量方法 34 连杆 平行度的分析及计算 35 第 6 章 经济分析 37 总 结 38 致 谢 39 参考文献 40 附录 1 专题论文 41 附录 2 外文译文 49 附录 3 外文原文 54 1 第 1 章 绪论 连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。在实际生产中常采用放大孔径公差带制造，通过分组装配满足配合精度要求，因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。目前我国连杆检测常采用两种方法，一种是采用国产气动测量仪检测两端孔孔径值，并同时测出两者的中心距，而对平行度和交叉度则采用手工检测方法；另一种采用进口气动量仪直接监测 5参数。连杆平行度测量仪是专门为测量汽车连杆而设计的专用测量工具。要求其简 单轻便，结构简单，测量精度高，且测量过程要求自动化，是机电一体化方面上的设计题目。 图 1连杆零件图 连杆平行度测量仪是专门用来检测连杆平行度的检测设备，它避免了手工检测可能带来的人为因素导致的误差，极大地提高了检测效率，同时也提高了 2 检测的精度。 近些年随着我国汽车行业的快速发展，检测技术也是突飞猛进。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，迅速提高了国内的检测水平，基本满足了使用要求。 目前 开发研制成功的连杆综合检测仪器，将先进的传感技术、计算机技术、误差处理技术及控制技术 融入到整台设备中，利用比较测量的方法对连杆主要参数进行综合测量，与传统的利用三座标测量机的方法相比，测量效率高、精度高、成本低，是企业用来对连杆的产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备。 其结构简图如图 1 图 1连杆平行度测量仪立体 3 第 2 章 机电一体化技术简介 机电一体化技术简介 在科学技术飞速发展的今天，任何一项新技术的产生都是各种技术互相渗透的结果。机电一体化是一种复合化技术，它是机械技术和微电子技术、信息技术相互渗透的产物，是机电工业发展的必然 趋势。 机电一体化的实体部分是机械技术及电子技术，又通过信息技术把两者有机的结合在一起，从而构成功能更为先进的产品，按照系统分析的观点，机电一体化就是把机械部分和电子部分各作为一个环节统一在一个“系统”之中。为了使系统运行达最优化，应该是构成系统的所有硬件采取最佳组合方式，为了强化机电一体化产品的功能从系统观点出发把机械部分和电子部分融合在一起进行通盘考虑，决定那些采用机械技术，那些采用电子技术，并通过信息传输与处理把两者有机组合。因此，从某种意义上来说，机电一体化技术是系统工程学在机械、电子领域的应用，而 机电一体化则显示出它的应用效果。 机电一体化技术体系 机电一体化技术是一门新兴的科学，所联系的主要领域如表 2 表 2机电一体化所联系的主要学科 机械学 控制理论 机械设计 动态系统分析 经典控制、数字控制 现代控制 微处理机 及常规仪器仪表 电机、电器 及电力电子学 软件工程 微 处理机系统设计 电子学 计算机科学 从上述学科基础来看，机电一体化技术作为一门综合性技术，为这三种工程对象服务，随着科学技术的发展，单纯的机械产品及电器产品将越来越少，今后机电结合的技术将 在机械行业和电工行业中占主导地位。 机电一体化的发展前景 机械技术的发展进入机电一体化阶段就是使机械技术智能化 ， 更好地代替人进行各项工作。目前机械技术已经发展到采用微型计算机的阶段。今后计算 4 机技术的发展将在图象识别机器上看到文字和声音认别的景象。计算机完全有可能取代人的五官功能，从而出现接近人类智慧的高度智能机器人。微细加工技术是在尖端技术领域里进一步推进精致化、微小化和高度集成化，可以预见的二十一世纪，将会出现加工精度达到原子或分子水平的机床，加工处理技术也会在精密测量方面有较大的发展。 连杆平行度测量仪的简介 连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。在实际生产中常采用放大孔径公差带制造，通过分组装配满足配合精度要求，因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。目前我国连杆检测常采用两种方法，一种是采用国产气动测量仪检测两端孔孔径值，并同时测出两者的中心距，而对平行度和交叉度则采用手工检测方法；另一种采用进口气动量仪直接 检测 5 6个参数。连杆中心孔平行度测量仪是专门为测量汽车连杆而设计的专用测量工具。要求其简单轻便，结构简单，测 量精度高，且测量过程要求自动化，是机电一体化方面上的设计题目。 品介绍 1985 年， 司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。 1988年， 生了。经过 10余年的发展， 前已经发布了 包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。 提供了 目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。 一套由设计到制造一体化的三维设计软件，是新一代的产品造型系统。 全球 域最具有代表性的著名软件。 的设计思想体现了 件的新发展，所采用的数据比其他 件更具有优越性。 一套由设计至生产的机械自动化软件，是一个参数 化、基于特征的实体造型系统 ,并且具有单一的数据库功能。 司推出的又一代新产品。同以前的版本相比， 是将三维设计软件无论从易用性、设计的高效率，还是功能的实用性都推向了一个新的顶点。如果您是一位结构或工程设 5 计师，利用该软件，不但可建立零件模型，还可轻松建立部件、整机的装配模型，还可对设计的产品在计算机上预先进行动态、静态分析，装配干涉检验，甚至进行运动仿真，今您的设计不仅快速高效，而且天衣无缝，一次成功。 件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。 能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。 有六大主模块，下面我把它们逐一介绍一下。 (一 )工业设计 (块 工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用 3以生成实体模型，但用 3成的模型在工程 实际中是“中看不中用”。用 生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上， 后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。 包括： D 建模 )、 画模拟 )、 念设计 )、 络动画合成 )、 片转三维模型）、 片渲染 )几个子模块。 (二 )机械设计 (块 机械设计模块 是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，如图 1 中的摩托车轮轱，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 生成曲面仅需 2步 3步 操 作。 生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此 可以迅速建立任何复杂曲面。 它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持 标准。包括： 体装配）、路设计）、 管铺设）、 用数据图形显示）、 理模型数字化）、 面设计）、接设计） (三 )功能仿真 (块 功能仿真 (块主要进行有限元分析。我们中国有句古话：“画虎画皮难画骨，知人知面不知心”。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以知晓的。有限元仿真使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力 状态。利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零 6 件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近 20，而其功能丝毫不受影响，仅此一项就取得了极大的经济效益。 包括： 限元分析）、 定义载荷输入）、 三方仿真程序连接）、 定环境下的装配体运动分析）、 分析 ）、轮动力仿真）、 动分析）、 限元网格划分）。 (四 )制造 (块 在机械行业中用到的 C 控加工 )。说到数控功能，就不能不提八十年代著名的“东芝事件”。当时，苏联从日本东芝公司引进了一套五座标数控系统及数控软件 工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使西方的反潜系统完全失效，损失惨重。东芝公司因违反“巴 统”协议，擅自出口高技术，受到了严厉的制裁。在这一事件中出尽风头的 S 的数控模块包括： 造模具设计）、 加工）、 料模具设计）、 真）、 金设计）。 (五 )数据管理 (块 的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各 种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改进产品设计。它就像 家庭的一个大管家，将触角伸到每一个任务模块。并自动跟踪你创建的数据，这些数据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。 它包括： 据管理）、 型图纸评估）。 (六 )数据交换 (块 在实际中还存在一些别的 统，如 于它们门户 有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受别的 时几何数据交换模块就会发挥作用。 中几何数据交换模块有好几个，如： 和 数据交换）、 维工程图接口）、 和福特汽车设计软件的接口）、 软件开发）、 维数据库数据输入）、 业标准数据交换格式扩充）、 7 据和 交换）、 架 /曲面维护）、 模型数据库进入）、 下面就 特点及主要模块进行简单的介绍。 主要特性 全相关性： 所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档， 包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型： 用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸 ，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了 特的全相关性功能，因而使之成为可能。 装配管理： 基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高 级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。 常用模块 工业设计模块的一个概念设计工具，能够使产品开发人员快速、容易的创建、评价和修改产品的多种设计概念。可以生成高精度的曲面几何模型，并能够直接传送到机械设计和 /或原型制造中。 过把动画中的帧页 分散给网络中的多个处理器来 8 进行渲染，大大的加快了动画的产生过程。 够使产品的设计人员从图纸、照片、透视图或者任何其它二维图象中快速的生成一个三维模型。 够很容易的创建产品模型的逼真图象，这些图象可以用来评估设计质量，生成图片。 造和管理大型复杂的模型，这些模型包含的零件数目不受限制。装配体可以按不同的详细程度来表示，从而使工程人员可以对某些特定部件或者子装配体进行研究，同时在 整个产品中使设计意图保持不变。附加的功能还能使用户很容易的创建一组设计，有效的支持工程数据重用（ 于具有广泛的标注尺寸、公差和产生视图的能力，因而扩大了 成设计图纸，这些图纸遵守 许产品设计人员创建高级特征（例如高级的扫描和轮廓混合）利用简便的设计工具，在很短的时间内就可以实现。 “自顶向下”的方式对产品的开发过程进行管理，同时对复杂 产品设计过程中涉及的多项任务自动分配，来增强工程的生产效率。 足工业上使用物理模型作为新设计起点的需求。把模型数字化，它的形状和曲面就可以以点数据的形式输入到 此能产生高质量的与物理原型非常匹配的模型。 够使设计人员和工程人员直接对 任一实体零件中的几何外形和自由形式的曲面进行有效的开发，或者开发整个的曲面模型。 数化的定义焊接装配体中的对 接要求，使用户很容易的确认焊接点，避免装配零件与焊接点之间发生干涉，在文件编制和制造中消除错误成本。 功能仿真模块 用户无须离开 能够显示高级解算器计算的有限元结果，还鼓励在产品开发早期对设计进行验证。 户可以把自定义载荷输入，清楚的编辑和连接到 图形用户界面上。 9 第 3 章 连杆平行度测量仪的机械部分总体设计 进给运动的 要求 连杆平行度测试的进给运动是数字控制的直接对象，被测试的连杆的平行度的精度肯定会受到进给运动传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，在设计进给系统时，充分注意减少摩擦，提高传动精度和刚度，消除传动间隙，以及减少运动件的惯性。 少运动件的摩擦阻力 摩擦阻力主要来源与传动系统的导轨和丝杠。因此，为丝杠和导轨的滚动是减少摩擦的重要措施。 高传动的精度和刚度 因为在进给系统中，采用滚珠丝杠螺母和支撑结构是决定其传动精度和刚度的主要部件，故必须保证它们的加工精度。对步进电机驱动的系统尤其如 此，此外，还可以用合理的预紧力来夹紧以消除滚珠丝杠螺母副的轴向传动间隙，是支撑丝杠的轴承预紧以提高支撑的结构刚度，这些措施有利于提高传动精度。 少传动惯量 在满足传动强度和刚度的要求下应尽可能将各元件进行合理的配置，并减少它们的惯量。 滚珠丝杠的选择 述 滚珠丝杠螺母副是回转与直线运动相互转换的新型传动装置。其原理如图。在丝杠和螺母上加工有弧型的螺丝槽，当它们套在一起是形成了螺丝滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则沿滚道滚动，螺母 螺丝槽两端用回珠管连接，使滚珠能周而复始的循环，采用滚珠丝杠提高了机构的效率和传动精度，所以一般精度较高的系统中采用滚珠丝杠来传动。我设计的连杆中心孔平行度测量仪的传动系统就采用了滚珠丝杠，以增加系统的传动效率，运动的平稳性及寿命。 10 图 3外循环导管式 图 3内循环反向器式 11 珠丝杠的安装 连杆平行度测量仪的进给系统要获得较高的传动精度除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠正确的安装及其支撑的结构刚度也是不可忽视的因素。为了提高支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴 承也是十分重要的，一般采用两种组合方式：一种是把向心轴承和锥轴承组合使用，其支撑方案，可有以下几种： （ 1） 一端装止推轴承 这种安装方式因为它承载能力小，刚度低，所以一般用于短丝杠。 （ 2） 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承 这种安装用于滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定外，另一端再装向心球轴承，这时需注意止推轴承要远离热源和丝杠上的常用段，以减小丝杠变形的影响。 （ 3） 两端装止推轴承 把止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热伸缩较为敏感。 （ 4） 两端装推力轴承及向心球轴承 这种结构方式不能精确的预先测定预紧力，预紧力大小是由丝杠的温度变形转化而产生的。 本设计中由于滚珠丝杠只是带动测头部分往复运动，所以轴向力并不是太大，故两端只采用球轴承支撑。 珠丝杠的润滑及防护 （ 1） 润滑 使用润滑剂可以提高滚珠丝杠的耐磨性和传动效率，润滑剂有固体和液体两种，液体润滑可用 20 号或 30 号机油， 90 180 号透平油或 140 号主轴油。固体润滑可用高压润滑脂或锂基润滑脂根据本装置要求简单的特点，故使用固体润滑，使用两种润滑脂均可使用时，润滑脂直接加在 螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。 （ 2） 防护 丝杠预紧后，轴向间隙小，当硬质灰或污物等落入螺纹滚道内就会妨碍滚珠的运转，并加快磨损，常用的防护装置有： (a)密封圈：密封圈装在螺母的两端。有接触式和非接触式两种，接触式的 12 弹性密封圈，用耐油橡胶和尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配合的开头即与螺纹滚道相结合，这类密封的防尘效果好，但有接触压力会使摩擦力矩加大，非接触式密封圈用聚乙烯等塑料材料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道相反，并稍有间隙且不会增加摩擦力，但防尘效果较差。 (b)防护罩：防护罩有锥形套管，伸缩管 ，也有折叠式的防护罩。对防护罩的要求是：耐油、耐腐蚀、耐高温和耐用。 根据本设计的要求选用接触式弹性密封圈进行防护。 珠丝杠的设计计算 （ 1）滚珠丝杠的设计计算 对于三角形导轨或综合导轨 x 2 X、 f 导轨的摩擦系数。 k 考虑颠覆力拒影响的实验系数。 对于本装置 k G 30kg f 0 则 p 30 据 p 大动载荷 选取公称直径 d 32 则查取机械设计手册 表 4 14得 滚珠直径 螺距 P 5纹升角 2 51 额定静载荷 30150N 额定动载荷 10900N 13 接触角 45 螺纹滚道半径 心距 e（ ） 杆大径 d 杆小径 e 2杆接触点直径 杆牙顶圆角半径 母螺纹大径 D 2e+2母螺纹小径 D d） 紧力计算： 滚珠和螺纹滚道由于受轴向力的作用而产生轴向变形在弹性范围内，根据赫兹公式 3/2 K 与滚道的曲率半径、材料的弹性模量有关。对于确定丝杠， 如图所示。设对螺母 A、 B 施加预紧力 当外加轴向载荷为 母 ，则 0A 0B 0057 当 00 时螺母 A 中滚珠和滚道刚好接触，因此要保证丝杠在最大轴向载荷 当 00 0则螺母 00 2 B 14 因为 3 2)( m 3 2)( 00 所以 32)(32)( 0m a x 于是 3P m 预使预紧力近似等于最大轴向载荷的 1/3。 （ 2）刚度验算 滚珠丝杠是精密的传动元件，它在轴向的作用下将产生伸长或缩短，这将引起丝杠导程的变化，根据公式滚珠丝杠在（“ +”号用于拉伸，“ ”号用于压缩）工作载荷 P 和扭矩 起每一个导程变形量 P 工作载荷 L 滚珠丝杠的基本导程 E 弹性模量。对于钢 E 21 106（ N/ F 滚珠丝杠的截面积 M 扭矩 G 切变模量。对于钢 截面积惯性矩。对于本设计 )(32 441 c 齿轮传动的设计计算 齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种装置几乎都离不开齿轮传动，在数控传动装置中，步进电机常通过齿轮传动装置传递转矩和转速， 并使电动机和螺旋传动副之间的转矩和转速得以匹配，因此齿轮传动是设计数控机械的一个重要的组成部分。由于电动机转速一般较高，而机械系统的移动速度有时不能太高，变化范围不能太大，故往往用齿轮传动装置将电动机输出轴的高转速、低转矩转化为负载轴的低转速、高转矩。当用齿轮作为进给装置时， 15 需要满足以下技术要求： （ 1） 大齿轮折算到电机轴上的转动惯量要小。 （ 2） 刚度大。 （ 3） 无间隙。 （ 4） 噪声低。 轮传动比的计算 因为步进电机步距角 5.1pt 5p 传动系统中应加一对齿轮降速传动，齿轮的传动比 选 24 50 定齿轮模数及有关尺寸 因传动的扭矩较小，取模数 m 关尺寸： 齿宽 b 920 24 36mm 50 75mm m 36+2 39mm m 75+2 78mm 2 2 1 动惯量的计算 根据等效转动惯量的计算公式得 16 23222110180 式中 折算到电动机轴的惯性负载（ kg/ 齿轮 kg/ 齿轮 kg/ 滚珠丝杠的转动惯量（ kg/ M 移动部件的质量（ 对材料为钢的圆柱零件传动惯量可按下式计算 J 10 3 圆柱零件直径（ L 零件长度（ 10 3 10 3 10 3 30 电机轴的转动惯量很小可以忽略，则 2 2 5 步进电动机的选择 述 步进电机也叫脉冲电动机，是将脉冲信号转化成相应的角位移的电磁机械装置，是一种输入与输出数字的脉冲对应的增量驱动元件。当给步进电机一个电脉冲信号，不仅电动机转动一个步距角，如按一定规律给步进电机一串连续脉冲信号，步进电机便一步步地连续旋转。步进电机具有如下特点： （ 1） 位移量与输入电脉冲数具有严格的对应关系，步距 误差不会积累。 （ 2） 稳定运行时的转速与控制脉冲的频率有严格的对应关系。 （ 3） 控制性能好，在一定的频率下，能按控制脉冲的要求快速启动，停止或反转。改变控制脉冲的频率，电动机的转速就随着变化，并在很宽的范 17 围内平滑调节。 （ 4） 控制系统简单，工作可靠，成本低，但其控制精度受步距角控制。所以步进电机可广泛应用于数模转换，速度控制和位置控制系统中，是开环控制系统中的理想执行元件。 步进电动机的类型很多，按其工作原理分为反应式、永磁式、永磁感应式、滚切式以及若干混合式。按励磁相数，有 3相、 4相、 5相、 6相甚至 8相，按其规律分为快速电 机和功率电机。 进电动机的工作原理 如图所示是圆周分相径向气隙的 3 相反应式步进电机结构简图，定子上有6 个磁极，每相 2 个，转子由软磁材料制成，上面没有绕组，定子磁极和转子上有很多小齿，齿数和通电循环拍数决定了电机的步距角。 反应式步进电机的工作原理与反应式同步电机一样，转子的转动力矩是靠定子磁极与转子间的磁极和切向分力产生的，当定子上 A 相绕组通电时，由于磁场力使磁组减少，因此转子上离 A 相磁极相对的位置，当 子齿 2和 4 在磁场力的作用下，逆时针转到和 对的位置，即转子前进一步。同样当 子又在磁场力的作用下转动一步，使转子 1、 3齿与 此可见，按 顺序通电时，电机便一步步地转动，步进电机的步距角 是转子旋转一步所转过的角度，由此可见 60 z 转子齿数 通电循环拍数 进电机的选择 本设计中步进电机的选择： （ 1） 电机的步距角b取系统的脉冲当量： 18 初选步进电机的步距角： 5.1b（ 2） 步进电机启动力矩的计算 设步进电机等效负载力矩为 T，负载力为 P。根据能量守恒定律，电机所做的功与负载所做的功有如下的关系： 式中 电机转角 机械传动效率 S 移动部件的相应位移 若取 b则且 P （ G+ 所以 36 (N 移动部件负载 G 移动部件重量 与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力 导轨摩擦系数 b 电机步距角 T 电机轴负载系数 本设计中取 火钢滚珠导轨的摩擦系数） 则 T（ N 若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩 TT e 19 取安全系数为 启动力矩 TT e （ N 对于工作方式为三相六拍的步进电机 （ 3） 步进电机的最高工作效率 a x T （ N 1000601000 m a xm a x 表 3电机有关参数 型号 主要技术依据 55距角 （） 最大静转矩 （ N/ 最高空载启动频率 相数 电压 （ V） 电流 （ A） 9 2200 3 27 3 外形尺寸 重量 （ N） 外径 长度 轴径 5 62 6 液压夹具的设计 压夹具的液压基本回路 根据本设计的要求选用定压回路，一般用定量泵供油，供油率一般为Q=8L/压力达到预定的要求压力时，溢流阀 3 自动卸荷，这种回路油温较高，非生产性消耗大，多用于装夹较为频繁的夹具。 压元件的选择 液压系统的主要参数是油的压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压 20 元件的主要依据，压力取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。 （ 1）油泵的选择 1）确定油泵的最大的工作压力 根据设计要求由于是测连杆的平行度，工件与测头不接触，夹具所施加的加紧力只需保证工件不移动即可，不可使工件变形超出允许范围即可，故设 200N 则活塞作用力 P 考虑各种损失的有效系数，本设计取 根据常规油缸的系列，选择 D=45油缸的工作压力 M P 则油泵的最大工作压力 p ）确定泵的流量 p /3m a x K 系统泄油系数。一般取 同时动作的油缸的最大的流量。 21 222m a x 40 本设计中 K p2d（ D m i n/5045m i n/22m a x 则 ）选择油泵 的规格 根据求得的 择 （ 2）液压阀的选择 根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大的流量，选择有型的产品的阀，溢流阀按泵的最大的流量选取。根据本设计中的流量选择溢流阀为 径 10采用螺纹连接，重量为 2.4 （ 4） 管道尺寸的确定 管道内经按上式计算 根据管道的标准系列选择公称通径 8钢管外径 14接头连接螺纹 子壁厚 为 1 5） 油箱容量的确定 按下列经验公式确定油箱的容量 3 式中 油泵每分钟排出的压力油的容积（ 经验系数，本式中取 3 则 V 2 1010 （ 6） 滤油器的选择 根据设计需要选择线隙式滤油器，型号为 80 m （ 7） 压力表的选择 22 根 据设计要求选择 4称通径为 8力表直径为 60 头螺纹 （ 8） 换向阀的选择 根据设计要求选择 型电磁换向阀。 23 第 4 章 连杆平行度测量仪中的微机应用及其接口技术 测量仪中微处理器 8088 介绍 8088 是 司推出的面向字符处理的 16 位处理器。其内部数据总线为 16位，外部数据总线为 8位，是一种应用非常广泛的微处理器。 最小方式（最大方式） 图 48088 引线图 内部结构 总线接口单元两部分组成。执行单元（ 责指令的译码执行，总线接口单元 ，并产生访问存储器和 I/O 端口的地址信号。 8088采用矢量型中断结构
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