a5-161设计类三坐标测量机

1、1绪论3三坐标测量机的应用与发展3三坐标测量机测量原理6设计要求82三坐标测量机总体设计方案8设计任务和内容8总体设计方案拟订8三坐标测量机机械部分设计92.2.2三坐标测量机电路部分设计93三坐标测量进给系统的设计计算163.1 进给系统电的容量的选择163.1.13.1.23.1.3电容量的选择原则16步进电步进电的概述16的容量的计算173.2 轴概述173.2.13.2.23.2.3轴的用途17轴设计的主要内容17轴的材料173.3 轴的结构设计183.3.13.3.23.3.33.3.43.3.53.3.63.3.73.3.8拟定轴上零件的装配方案18轴上零件的定位18轴的结构设计1

2、9初步设计轴的最小直径20拟定轴上零件的装配方案21根据轴向定位的要求确定轴的个段直径和长度21轴上零件的轴向定位22确定轴上圆角和倒角尺寸223.4 丝杠螺母副的选用计算223.4.13.4.23.4.33.4.4丝杠螺母的导程的确定22确定丝杠的等效转速22丝杠的等效负载上边已经阐明过了22确定丝杠所受的最大动载荷22临界压缩负荷3.4.5滚动导轨副的预紧26滚动导轨副润滑防护26横向伺服进给系统的设计计算（同以上方法）26纵向、横向的移动工作台的装配图见（图 3-1）26总结27致谢28参考文献29附录301 绪论1.1 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

3、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

4、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、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，既可以对和深孔进行数据

5、采点，也能完成中、小型零的测量 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、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、在计室里都可以方便的使用。特点：检测和设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，既可以对和深孔进行

6、数据采点，也能完成中、小型零的测量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。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

7、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

8、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 1/51/3。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 3um5um。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 1/101/5。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

9、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，据工件大小选择测量机。（2）、Z 轴与 Z间高度的关系。Z 轴行程是Z 轴的测量范围，而Z间高度是工件能放得下的高度。（3）、接长杆。有的测头上有星形探针，这些探针在测量时往往要求超出

10、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，据检测对象的批量大小、自动化程度、操作技术水平及投入大小去权衡。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、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、丰富的测量对复杂的测量

11、对象进量，测量机应有丰富的测量支持，以完成测量任务。如缺少某些，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。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

12、量段和环节，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，有的系军工件等，此时配置一台坐标测量机具有特殊性，也是必须的。1.2 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

13、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、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传统测量设备

14、，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、

15、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、测和设计室里都可以在模具制造和仿型、在方便的使用。检图 1-1CLY 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，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

16、，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，选配测量或 XDmis 测量。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，可以选用测量。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；3，4，电气控制硬件系统；数据处理系统（测量）；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，

17、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。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，既可以对和深孔进行数据采点，也能完成中、小型零的测量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。1.3 设计要求在绘制产品总装图和装配图时要注意设计的科

18、学性和条理性。设计一个，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

19、，对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 三坐标测量机总体设计方案2.1 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。2.2 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。2.2.1 三坐标测量

20、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，通常应在市场品需求，进行可行性分析，制定设计技术任务书。与的基础上识别产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，

21、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，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。2.2.2 三坐标测量

22、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。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。其系统储卡、写入器、文本显示器等。包括基本单元、扩展单元、编程器、存（1）基本单元S7-200 系列 PLC 中可提供 4 种不同的基本

23、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（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8EM2234/8/164/8/16型 号输 入点输 出点可带扩展模块数S7-200CPU22164S7-200CPU

24、222862 个扩展模块78 路数字量 I/O 点或 10 路模拟量 I/O 点S7-200CPU22414107 个扩展模块168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点S7-200CPU22624162 个扩展模块248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点S7-200CPU226XM24162 个扩展模块248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点（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、和管理等，并将用户程序送入 PLC 中，在调试过程中，进行和故障检测。S7-200 系列 PLC 可采用多种编程器，一般

25、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，将的编程装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现监测，非常直观，且功能强大，S7-200 系列 PLC 的专用编程为 STEP7-Micro/WIN。（4）程序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。程序卡 EEPROM 有 6ES 7291-8GC0

26、0-0XA0 和 6ES7291-8GD00-0XA0 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传送到 RAM 区。到程序卡中，或将 PLC 中程序卡中的程序通过写入器（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

27、个可编程序的功能键，每个都分配了一个器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和。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）一般性能模拟量扩展模块EM2313无EM232无2EM23531S7-200 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 100230V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 0550C，垂直安装 0450C，595%大气压8601080

28、hPa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程序器8K 字节/典型值为 2.6K 条指令数据器2.5K 字器子模块1 个可的器子模块数据后备整个 BD1 在 EEPROM 中无需在 RAM 中当前的 DB1 标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间 190h（400C 时 120h），电池后备 200 天编程语言LAD，FBD，STL程序结构一个主程序块（可以包括子程序）程序执行循环。中断控制，定时控制（1255ms）子程序级8 级用户

29、程序保护3 级口令保护指令集逻辑运算、应用功能位操作执行时间0.37s扫描时间300ms（可重启动）标志位256，可保持：EEPROM 中 0112计数器0256，可保持：256，6 个高速计数器定时器可保持：256，4 个定时器，1ms30s16 个定时器，10ms5min（2）输入特性S7-200 CPU224 的输入特性如表 2-4 所示。表 2-4S7-200 CPU224 输入特性（3）输出特性S7-200 CPU224 输出特性如表 2-5 所示。表 2-5S7-200 CPU224 的输出特性类型晶体管输出型继电器输出型额定负载电压DC 24V（20.4-28.8V）DC 24V

30、（4-30V） AC24-230V（20-250V）输出电压“1 信号”：最小 DC 20VL+/L-光耦，5 点继电器，3 点和 4类型源型或汇型输入电压DC 24V，“1 信号”：14-35A，“0 信号”：0-5A，光耦，6 点和 8 点输入电流“1 信号”：最大 4mA输入延迟（额定输入电压）所有标准输入：全部 0.2-12.8ms（可调节）中断输入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调节）高速计数器：（I0.0-0.5）最大 30kHz236 个定时器，100ms54min接口一个 RS485 通口可连接的编程器/PCPG740PII，PG760PII，PC（AT）本机 I

31、/O数字量输入：14，其中 4 个可用作硬件中断，14 个用于高速功能数字量输出：10，其中 2 个可用作本机功能，模拟电位器：2 个可连接的 I/O数字量输入/输出：最多 94/74模拟量输入/输出：最多 28/7（或 14） AS 接口输入/输出：496最多可接扩展模块7 个S7-200 系列 PLC 是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前 S7-200 主要有三大类扩展模块。（1）输入/输出扩展模块S7-200 CPU 上已经集成了一定数量的数字量 I/O点，但如用户需要多于 CPU 单元 I/O 点时，必须对系统做必要的扩展。CPU221无 I/

32、O 扩展能力，CPU 222 最多可连接 2 个扩展模块（数字量或模拟量），而 CPU224和 CPU226 最多可连接 7 个扩展模块。S7-200 PLC 系列目前总共提供共 5 大类扩展模块：数字量输入扩展板 EM221（8 路扩展输入）；数字量输出扩展板 EM222（8 路扩展输出）；数字量输入和输出混合扩展板 EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模拟量输入扩展板 EM231，每个 EM231 可扩展 3 路模拟量输入通道，A/D 转换时间为 25s，12 位；模拟量输入和输出混合扩展模板 EM235，每个 EM235 可同时扩展 3 路模拟输入和 1 路模拟量输出通道，其

33、中 A/D 转换时间为 25s，D/A 转换时间100s，位数均为 12位。基本单元通过其右侧的扩展接口用总线连接器（插件）与扩展单元左侧的扩展接口相连接。扩展单元正常工作需要+5VDC 工作电源，此电源由基本单元通过总线连接器提供，扩展单元的 24VDC 输入点和输出点电源，可由基本单元的24VDC 电源供电，但要注意基本单元所提供的最大电流能力。（2）热电偶/热电阻扩展模块热电偶、热电阻模块（EM231）是为 CPU222，CPU224，CPU226 设计的，S7-200 与多种热电偶、热电阻的连接备有接口。用户通过模块上的 DIP 开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量和开路故障

34、的方向。（3）通讯扩展模块除了 CPU 集成通讯口外，S7-200 还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200 系列目前有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和 AS-i 接口扩展模块（CP243-2）。S7-200 系列 PLC 输入/输出扩展模块的主要技术性能如表 2-6 所示。点最大输出电流“1 信号”：0.75A“1 信号”：2A最小输出电流“0 信号”：10sA“0 信号”：0mA输出开关容量阻性负载：0.75A灯负载：5W阻性负载：2A灯负载：DC30W，AC200W表 2-6S7-200 系列 PLC 输入/输出扩展模块的主要技术性能2.3

35、 主要参数的设定直线工作台面尺寸 （长宽高）：100080040；纵向工作行程为 150mm，横向工作行程为 150mm，垂直方向的工作行程为150mm。光杠的最大距离根据夹具的尺寸确定。工作进给速度为 1-1500mm/min，快速进给速度 12m/min进给运动的总阻力F传动精度初步为 0.1mm-0.5mm测量工件的尺寸大小最大体积（120mm120mm120mm）最小高度为 20mm类型数字量扩展模块模拟量扩展模块型号M22 1EM22 2EM223EM231EM232EM235输入点无4/8/163无3输出点84/8/16无21组点数24无无无输入电压C24 VDC24V输出电压DC

36、24V 或 AC24-230 VDC24V或AC24-230VA/D 转换时间250s250s分辨率12bit A/D转换电压：12bit电流：11bit12bit A/D转换3.三坐标测量进给系统的设计计算3.1 进给系统电的容量的选择3.1.1 电容量的选择原则在机电传动系统中选择一台合适的电是极为重要的。电的选择主要是容量的选择，如果电的容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电经常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还可能出现启动、经受不起冲击负载等故障。选择电据以下三项基本原则进行。（1）发热：电在运行时，必须保证电的实际最高工作温度等于或略小于电机允许的

37、最高工作温度。（2）过载能力：电再运行时，必须具有一定的过载能力。特别是在短期工作时，由于电的热惯性较大，电在短期内承受高于额定功率的负载说仍可保证上面的原则，故此时，决定电容量的主要不是发热而是电的过载能力。既所选电的最大转矩或允许电流必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩和最大负载电流即：3.3 轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构设计的较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的

38、结构形式。但轴的结构形式都必须满足轴和装在轴上零件要有准确的工作位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。3.3.1 拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序、和相互关系。例如图一的装配方案是：半联轴器、轴承端盖、圆螺母、套筒、成对角接触球轴承、丝杠螺母副，依次从轴的右端向左端安装，左端只装轴承和端盖。这样就对个段轴的粗细顺序作了初步安排。3.3.2 轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求 者外，都必须进行轴向和1零件的轴

39、向定位定位，保证其准确的工作位置。轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证的。利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承，轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量及材料用量。当轴的转速很高时，也不宜采用套筒定位。轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力。轴端挡圈可采用单螺钉

40、固定，为了防止轴端挡圈转动造成螺钉松脱，可加圆拄销锁定轴端挡圈，也可采螺钉加止动垫片防松。圆螺母定位可承受大的轴向力，当轴上零件间距较大时常采用圆螺母。根据半联轴器的孔径 D=6mm，故取 DI-II=6mm。凸缘联轴器，结构简单、成本低、传递扭矩大，用于振动很大、低速和刚性不大的轴联接。3.3.5 拟定轴上零件的装配方案本设计的装配方案已面分析比较，现以用（图 3-1 所）示的装配方案。3.3.6 根据轴向定位的要求确定轴的个段直径和长度 为了满足半联轴器的轴向定位要求，I-II 段轴右端需制出一轴肩，故取II-III 段的直径 DII-III=6.5mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡

41、圈直径为 11mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度 L1=17m，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上故取 I-II 段的长度应比 L1 略短一些， 现取LI-II=14mm。 初步选择滚动轴承。各种类型的轴承选用应丛允许的空间、轴承负荷的大小和方向、高速性能、旋转精度、刚度、振动与噪声、轴向游动、摩擦力矩、安装与拆卸等方面综合考虑，全面衡量，择优选择满足设计要求的轴承类型。因轴承受轴向力的作用，故选用角接触球轴承。成对安装角接触球轴承：滚子相对外圈滚道轴向移动。通过轴向预紧提高支撑刚度。参照工作要求并根据套筒和圆螺母在左端对轴承定位取DIII-IV=7mm，由轴承产品目录中初步选取

42、角接触球轴承，其基本尺寸为 dDB=8mm15mm4mm，故取 DIV-V=8mm，右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得角接触球轴承的定位轴肩高度 h=0.5mm,因此取 DV-VI=9mm。 轴承端盖的总宽度为 1.8mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外面与半联轴器又端面的距离 L=3.5mm，为了使套筒和圆螺母的装拆方便，轴承端盖与DII-III 之间的距离为1.2mm，故取LII-III=6.5mm。去安装圆螺母处的直径 DIII-IV=7mm；轴承右端采用套筒定位，套筒长度为 4.5mm，为了使套筒右端面更好的对轴承进行轴向定位，并与轴紧密接触，取

43、套筒右端面与 DIV-V 左端面的距离为 1.5mm ，故取 LIV-V=9.5mm ，取 LIII-IV=6.5mm。 三坐标测量机纵向工作行程为 150mm。同理得出，后边各轴的直径和长度至此已经初步确定了各段轴的直径和长度。3.3.7 轴上零件的轴向定位半联轴器与轴的轴向定位采用平键定位。由手册查得平键截面 b h=28mmX6mm（GB1096-79），3.3.8 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴的倒角为I 丝杠最小截面惯性矩式中总结随着现代机械制造业的发展，零件的加工趋于缩小化，这就对其加工精度提出了很高的要求，本设计三坐标测量系统就适应了现代机械的发展，将被测物体置于三坐标测量空间，可获

44、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。随着现代科学技术的迅猛发展，特别是电子技术、电子计算机技术的飞速发展，对检测技术发生着极其深刻的和巨大的变化，尤其对测量精度的高要求，它依托的理论基础和技术已经远不限于测量学，还包括传感器技术、计算机控制等等。该设计说明书在总结了前人的工作基础上，详细的对测头和进给系统进行了实用化、智能化的改进。 主要表现在现代传统的波动检测没有被采用，而采用了机械测量，看上去是比较古老，而结合当代电子技术和控制就与众不同了。单片机技术测量比较稳定，LED 显示也是比较准确精确，比传统的机械测量方法自动技术提高了，

45、显示也相对精确了，而不在因为材料的不同影响测量精度了，只要是在测量范围内的各种可以测量，大大扩大了测量的范围，同时也提高了工作生产效率。由于造价不高，也能发展中小企业，它会成为壁厚检测的一种主流方式。致谢的毕业设计也已经到了尾声阶段，半学期的毕业设计即将结束，的完成标志着四年的大学学习即将结束，也意味着，新的生活即将开始。在进行毕业设计的半年里，我学到了很多知识，同时也得到了很多经验，给我即将结束的大学生活留下了很多值得回忆的经历，也给了我许多日后可以借鉴的丰富经验。这篇的题目涉及到的领域是现今最流行的技术三坐标测量机检测技术，这是我今后的发展方向，我对在毕业之前就能接触并深入了解这一科目而感

46、到其庆幸，因此我在这里要特别感谢指导教师老师。衷心感谢老师在这近半年的时间来对指导和教诲。您开阔的思维、敏锐的洞察力一直给我很大的启发。唯一的遗憾是自己不够主动，错过了许多与您交流的机会。同时还要对班级同学在毕业设计期间给予无私帮助，再次一并表示感谢。毕业设计将给我四年的大学生活画上的，这是我人生一个最重要的阶段，也是我最重要的人生经历。它预示我新生活的开始，我将会更珍惜以后的每一个人生阶段，因为每一段人生经历都将影响着生活，导致我或成功或失败，因此我将认真过好每一天。参考文献吕 明.2001.6姜玉田3.4.机械制造技术基础. 第一版.理工大学.年:画法几何及机械制图.黑龙江科技学院技术数控

47、机床机器人机械系统设计指导 同济大学2002620046机械设计编著高等教育第七版2001化学65.6.人Sensors in Manufacturing20056现代精密仪器设计2004 319781991。19787.龚定安8.9.10.11.机床夹具设计原理机械加工工艺手册机械加工工艺词典。西安 。陕西科学：机械工业：科学技术夹具工程师手册。哈尔滨：黑龙江科学技术，19871997机械设计手册 。：化学工业。12.东北重型机械学院等，机床夹具设计手册。：科学技术，1998，199413.14.15.116.17.18.19.机械制造工艺学。第三版 ，黑龙江：哈尔滨工业大学机械制造工程学

48、。：工业广播电视大学，1997，1994，1999机械制造学：时机械制造技术基础 ，机械制造工程基础 ，：华中理工大学：轻工业：机械工业，1988，1999，1999机械制造技术基础机械制造技术，机械制造工程学，：机械工业20.郭炽盛等，广州：华南理工大学，1997附录三坐标测量机测头的误差校准内容摘要:经过几十年的快速发展，坐标测量技术已臻成熟，测量精度得到极大提高，测量功能更加强大，操作界面也日益完善，生产厂家遍布全球，开发出了适于不同用途的三坐标测量机型。几十年的发展充分证明，现代三坐标测量系统打破了传统的测量模式，具有通用、灵活、高效等特点，可以通过计算机控制完成各种复杂零件的测量，符

49、合机械制造业中柔性自动化发展的需要，能够满足现产对测量技术高精度、高效率要求。除用于空间尺寸及形位误差的测量外，应用坐标测量机对未知数学模型的复杂曲面进量，提取复杂曲面的原始形状信息，重构被测曲面，实现被测曲面的数字化，不仅是坐标测量机应用的一个重要领域，也是反求工程中的之一，近年来也得到快速发展。：补偿误差探针找正校准三维特性触发坐标测量机及其特点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

50、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

51、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。CMM 测头测头是 CMM 非常重要的，可以这样说，测头的发展先进程度就标志着CMM 的发展先进程度。CMM 可以配置不同类型的测头传感器。接触类的测头主要包括触发式、模拟式两种。非接触式包括激光三角测量、激光成像、机器视觉等。最初人们使用 CMM 时，由操作移动坐标轴，所用的测头是刚性的，当刚性测头以一定的接触力接触到被测表面时，人为下各坐标轴的坐标值。这种初期的 CMM 不可能具有自动检测的能

52、力，使用范围受到了极大的限制。但是由于它具有了三坐标的雏形，在使用测头钻孔的位置时也相当有效。CMM 能被广泛地应用，其主要的一个原因是发明了触发式测头，触发式测头的最大功能是它的触发功能，即当探针接触被测表面并有一定的微笑位移时，测头就发出一电信号，利用此信号可以立即锁定当前坐标轴的位置，从而自动坐标值。触发式测头是由公司发明的，现在该公司生产一系列的触发式测头，可用于 CNC 加工中心公司的生产的 CMM 测头现已成为行业标准配置，广泛地用于各大生产厂家的 CMM 上。常见的测头再运动学上，探针处于由三个圆柱棒 6 个球组成的 6 个触点唯一确定的位置上，用一个轻型的有参紧力的弹簧维持这一

53、位置。6 个 触点图中的方式依次连接，并接一个恒定电流电源。当探针接触被测表面，并产生微小位移时，6 个触点中将有一个或一个以上的触点断开，从而使回路中的电阻迅速增大。当回路中的电阻增大到一定数值时，两端超过一定数值的电压将将起到开关电路发出信号。利用此信号就可以当前的测量位置数据。这种测头的特点是具有三维特性，即 X,Y,Z 三个方向的移动接触均能引起触发。因此，可以从不同的方向接触被测表面，而不会影响测量结果。在触发式测头进量的过程中，探针必须偏移一个固定的数量才会触发开关，因此，测量结果中要对这段偏移进行补偿。探针接触被测表面后，为了避免移动过量而折段，探针需要反方向退出一定距离。因此测

54、量速度比硬探头扫描测量速度低。CMM 是用探针端部球的中心坐标值作为点的输入数据。因此，在测量时必须用恰当的方法推断测头端部球与被测零件的触点位置。在非 CAD 指导的检测系统中，通常在触点附近作三点测量，从而近似地找出通过该三点的平面法线，这不仅要耗费很多时间，从而测量精度也比较低。在 CAD 指导的检测系统中可以根据被测工件的 CAD 模型直接计算出被测点法向，让测头从法向接触被测点，这样就比较容易判断触点的位置。如图所为触点坐标，为测头端部球心坐标，8，a 分别为测点法向与 z 轴夹角及法向在 xy 平面内投影与 y 轴夹角，则接触点的坐标可表示为：x=x-RsinB.sinay=x-R

55、z=X-Rsinb.sinasinb.sina图所示为探针的形状。它的作用是为红宝石球提供一个固定的支撑，当探针接触被测表面时，探针的微笑移动可触发开关，从而发出信号。探针有不同的类型。，根据不同的需要可以选择不同的类型的探针。为了获得较高的测量精度，建议在实际测量时遵循以下两条原则：1、尽量使用长度短的和刚性好的探针。测量时探针的弯曲越大，偏移越大，测量的重复精度就越低。2、尽量选用直径大的红宝石探针。选用直径大的红宝石探针，一方面可以减小加工表面缺陷时测量精度的影响，另一方面可以增大探针的有效工作长度。如图 7-8所示。1 测头的分类测量头作为测量传感器，是坐标测量系统中非常重要的。三坐标

56、测量机的工作效率、精度与测量头密切相关，没有先进的测量头，就无法发挥测量机的卓越功能。坐标测量机的发展促进了新型测头的研制，新型测头的开发又进一步扩大了测量机的应用范围。按测量方法，可将测头分为接触式（触发式）和非接触式两大类。触发式测量头又分为机械接触式测头和电气接触式测头；非接触式测头则包括光学显微镜、电视扫描头及激光扫描头等。本文的重点为触发式测头。(1)机械接触式测头接触式测头又称为“刚性测头”、“硬测头”，一般用于“静态”测量，大多作为接触元件使用。这种测头没有传感系统，无量程、不发讯，只是一个纯机械式接触头。机械接触式测头主要用于手动测量。由于人工直接操作，故测头的测量力不易控制，

57、只适于作一般精度的测量。由于其明显的缺点，目前这种测头已很少使用。(2)电气接触式测头电气接触式测头又称为“软测头”，适于动态测量。这种测头作为测量传感器，是唯一与工件接触的，每测量一个点时，测头传感部分总有一个“接触偏转发讯回复”的过程，测头的测端与被测件接触后可作偏移，传感器输出模拟位移量的信号。这种测头不但可用于瞄准(即过零发讯)，还可用于测微(即测出给定坐标值的偏差值)。因此按其功能，电气接触式测头又可分为作瞄准用的开关测头和具有测微功能的三向测头。电气接触式测头是目前使用最多的测头。2 测球半径补偿误差测针的选择正确选择和使用测头是影响坐标测量机的测量精度的重要。测针安装在测头上，是测量系统中直接接触工件的部分，它与测头的通讯式连接称作触发信号。如何选用合适的测针类型和规格取决于被测工件的特征，但是在任何情况下，测针的刚性和测球的球度都是不可