【多方位气动内径检测机设计12000字（论文）】

多方位气动内径检测机设计摘要：由于气动技术具有结构简单、成本低廉、传动迅速、平稳可靠、防磁防爆、节能环保等一系列优点。使其广泛被应用于各工业部门及医疗器械等行业中，已成为自动化中必不可少的一部分。再其广泛的操作技术下，本课题对气动技术在检测领域进行研究，并以此设计一套专用的检测设备。本课题针对汽车元件中某阀体配件进行尺寸检测，根据其造型，尺寸，工艺进行专用检测仪器，夹具设计。并且部件运动及量具检测采用压缩空气作为主要驱动力来源。首先介绍气动技术应用及现状，以及本设计与其它检测系统作对比，并阐述了本课题的研究意义及背景。根据被测元件参数及工艺明确了设备整体检测方式，其次，设计检测设备工作台面，并对设备本身元件进行选型与设计。最后，在设备设计完成的基础上对其运动顺序进行程序编辑，电路设计。关键词：压缩空气、夹具设计、内径检测机目次TOC\o"1-3"\h\u22004摘要 I7539目次 Ⅲ163231绪论 1318981.1气压传动概括 1287201.2课题研究背景及意义 158351.3我国气动技术的发展现状 2245341.4内径检测方式 2160461.5本章小结 4131272气动内径检测机整体设计方案 5304602.1设计参数 5129392.2运行流程与检测方式 539392.3气动内径检测机整体设计方案 6583框架选择 8242713.1支架设计与选型 8275023.2工作台面设计 8228863.3检测机构设计 9279533.3.1检测探头设计 933683.3.2推进缸选型 10322323.3.3检测组零部件设计 12209053.3.4气动量仪选型 12237033.3.5直线滑轨选型 141743.4设备工装设计 17326263.4.1夹具设计 17217593.4.2自由度分析 18261113.4.3夹紧缸选型 18103593.5本章小结 19167274内径检测机电气回路设计 20214584.1可编程控制器程序设计 20192604.2电气回路设计 22178805总结与讨论 2311047参考文献 241绪论1.1气压传动概括作为实现现代化传动与控制的关键技术之一，气动技术具备了无污染、高效节能、结构简单、低成本、安全可靠，以及防火防爆，抗电磁干扰、辐射等特点。它的水平直接影响机电产品的性能和质量。气动技术在我国的应用领域正在不断扩大，气动行业在国民经济中的地位越来越重要，是一个正在高速发展的新兴产业。[1]在当前全面倡导绿色、节能发展的大环境下，气动技术因为具有安全、高效、节能、低成本、无污染及寿命长等特性，已然成为工业机械、工程建设机械及国防尖端产品中不可或缺的技术手段。未来，我国需大力发展气动技术，积极提倡自主创新，举步高精度、高效率、高速化及高功率密度的方向发展，为气动技术的发展注入新鲜活力，满足社会经济建设需要。[2]相较于传统零件测量，机械式的量具打百分表或千分尺具备了高精度这一优点，但无法批量操作，检具具备了同时多批量检测的优点，但无法得知被测尺寸具体值。而本次设备以压缩空气为主要动力来源，辅以专用气动检测机，对检测达到传动迅速、平稳可靠、数值显示、示值精确、同时多方位检测等优点。降低检测时间，极大提高了检测效率。对比两种传统检测方式，气动检测在不失测量精度的同时又具备了传统检测方式的便捷性。1.2课题研究背景及意义随着《中国制造2025》的到来，工业发展愈加离不开机械智能化及自动化，各行各业对工人的需求量都在大幅度的提高，劳动密集型企业对工人、场地、成本需求愈加严峻迫切，为提高生产效益，智能机械紧跟时代的步伐。在实践中逐步提炼技术路线，“十四五规划”中也初步拟定新的“四个化”，“数值化、信息化，网络化、智能化”作为气动产业化的“新四化”。[3]本次论文课题是针对一款发动机的箱盖设计一套专用的机械检测设备，从被测元件整体参数及加工工艺出发，并对检测工艺做出要求，不对工件产生损耗及干扰。在获得一块质量有保障的廉价产品之前，企业对生产过程的投入必须是低成本、高效益，而多元化的机械能完美满足减低工人成本及管理生产空间的要求，在进行产品个体定制装配设计的前提下，降低工人成本的投入，培养工人素质，提高工人操作技术，节省工作空间，提高生产效益，增加工作时长等优点。以智能机械自动化取代传统的工人手工作业。以压缩空气作为主要动力所生产的机械设备不具备电力机械的控制及精度，也不具备液压机械的传动力度，但在本次设计的检测机械中，对于批量工件检测，在检测组运动中不需精确定点启、停，不需要两者特点，故选用气动机械。1.3我国气动技术的发展现状自20世纪60年代以来，由于工业机械化和自动化的发展迅速，气动技术在行业应用中越来越广泛，如应用于机械制造、电子电器、汽车、列车、石油化工、轻工包装和机器人等各个领域。在2009年国务院颁布的《装备制造业调整和振兴规划》中，特别强调了要提高我国气动元件的制造水平，务实产业发展的基础。目前，气压传动技术的发展速度远远超过了液压传动技术的发展速度，已经成为一个独立的专门技术领域。[4]气动技术被称作“廉价的自动化技术”，在国外工业发达的国家早已被普遍应用，且发展迅速，在现代化设备及生产线上几乎都具备了气动系统。如美、日、德在十五年内气动元件销售额平均增长10％～15％，是机械工业的1～1.5倍，发展速度也高于液压行业。[1]在实际应用中，气动技术不单单是应用在生产方面，在医疗，食品，乃至在检测方面都取有相应的成就。1.4内径检测方式多数量具工作原理是将被测量转换为可直接观测的指示值或等效信息的计量器具。[5]内径检测按检测介质不同可分为电动量检测，机械式检测，光学量检测，气动量检测。（1）电动量测量电动量仪作为较为普遍的电动量测量，是指把被测量转换成电信号再进行测量的几何量测量仪器。能用于测内外孔径的主要有电动测微仪和圆度仪两种仪器。电动测微仪又可以分为电容式、电感式、光电式、电接触式四种方式。目前电感、电容测微仪应用比较多，虽然电感、电容测微仪在测量精度和抗干扰能力上较以前己经有了很大的提高，但依然存在测量精度易受材料性质和外界干扰等问题。国防科大研制成功的电容三点法测量仪，在采用误差补偿和误差分离技术后，工件直径的测量不确定度达到了±0.8μm/100mm。圆度仪是测量被测孔横截面的圆形轮廓，然后通过最小二乘法等拟合算法来得到直径值。测量时，传感器测头与被测件孔表面接触，并随主轴一起绕被测件回转，被测表面偏离理想圆的起伏变化转换为电信号。缺点是存在主轴回转误差、接触力引起的弹性变形误差。直径测量不确定度达到±0.2μm。[6]（2）机械式测量机械测量以机械传动的方式实现被测量的测量，常用的测量仪器有游标卡尺、千分尺、百分表和千分表、测微仪等。这类测量仪器的优点是结构简单、操作便捷、成本低廉，性能较为稳定且便于携带。缺点是使用寿命低，测量前进行校准，测量时需人工手动调整，目测结果，且使用时磨损较为严重，难以实现高精度的测量。此类测量仪器的不确定度大约为±（1—5）μm/100mm，只适用于中等精度的尺寸测量。[7]（3）光学量测量光学量仪在几何量测量领域里应用非常广泛，光学量仪顾名思义是采用光学法进行孔径的非接触测量，一般以线纹尺、光栅、激光干涉仪作为长度基准。光学法又包括光学投影放大、光学扫描、光散射法及光衍射法等。光学影像法是最基本的非接触式测量方法。用仪器目镜分划板上的刻线对被测孔的影像进行瞄准，即对被测轮廓的两边进行瞄准，并由仪器的测量装置读出读数，两次读数之差就足被测孔径值。对小孔，可采用双像法测量孔径。其测量极限误差一般为±3pm。小孔径干涉仪是一种单触头接触式测量仪，其基本原理是应用接触式光波干涉法，将被测孔径与阶梯托块相比较后由干涉系统瞄准读数，所以它可获得较高的测量精度。采用这种方法测量时，应注意测头直径的选择和量块尺寸的确定。光学扫描法用的比较多的有激光扫描CCD成像法，量程可从几微米到几百毫米，但精度一般也都在微米数量级。以日本佳能的激光扫描测径系统CLTS为例，其测量量程在0.08mm至115mm，量程下限的测量精度为±0.3μm，分辨率为±0.1μm。量程上限的测量不确定度为±7μm，分辨率为±0.1μm，而美国ZYGO公司研制了量程为50mm，量程上限不确定度达到±0.25μm的激光扫描测径系统。[8]（4）气动量测量气动测量技术经过了80多年的发展已经很成熟，气动测量是非接触式测量，能够在线测量工件并且具有自洁作用，对测量环境要求不高，用气动法测量孔径时，主要是气动塞规法，基本原理是将气动塞规测量头插入被测孔内，当气流通过气动塞规的喷嘴流经塞规和被测小孔之间的间隙时，因孔径的变化，会引起气体压力或流量的变化，通过测量压力和流量值的变化即可测出被测孔径的大小。这种方法精度可达1μm甚至更高。现今，国内外出现了数字式气动量仪，能够实现更加简便、精确的测量。[9][10]（5）检测原理比对以上四种不同原理的检测方式在其测量过程与结果上都各具不同，而本次设计选用气动量测量是它对比电动量及光学量测量毋需极高的精度就能达到被测零件的尺寸等级要求，且成本相对较低，维护方便，与动作元件的工作介质同出一源，相辅相成。对比机械式测量，气动量测量在检测结果上更据稳定，并且能进行多工位同台操作，且气动测量作为非接触式测量，能具备高度集成化，高精度高准确性，对工作环境低，高智能化等优点。[11]以此对比，气动量测量从检测要求、便捷性、器材成本、应用范围等方面都具备良好的优势，作为本次设计检测较为适宜。1.5本章小结首先对当今气动技术进行概括，对气动技术进行初步的了解，其次阐述了课题研究背景及意义，引出不同测量方式并作出比对，明确气动技术与智能机械相辅相成的契合度，确定设计方向，并以一台以气动为主体的智能机械，设计初步工作流程。2气动内径检测机整体设计方案2.1设计参数设计工件每5s完成一次测量，对三个方位进行检测，设备外形尺寸不宜过大，参考尺寸为580×685×678mm，自重不超过100Kg，具体根据实际计算确定。被测尺寸如图2.1所示,工件左侧孔1直径φ14mm、孔2直径φ5mm；右侧孔3直径φ14mm；底部孔4直径φ57mm。图2.1工件模拟图2.2运行流程与检测方式（1）运行流程人工上料至专用夹具，对产品进行径向定位，按下启动按钮，夹紧机构锁紧，对产品进行轴向定位，气源经调压阀提供稳定气压至气动元件，驱动气缸推动检测探头进行工件检测，探头内部进气，被测孔径内部通气，涌出气体流量经集成模块换算得出孔径的值，与内部设定值进行比较，若工件达标，则打点机构对工件非工作表面进行打点，表示该工件合格，未达到尺寸公差内即为不合格，不对工件进行打点。工作流程：工件安装→按钮启停→PLC运行→尺寸检测→显示读数→结果判断，如图2.2流程图。图2.2流程图（2）内径检测方式全机以电气为主要驱动力，完成机械动作，以气动量仪作为检测机构，完成工件检测。设计专用夹具、检测探头、工作台面及各部件限位块，对检测机构连接件进行设计，根据计算参数，进行气动元件选型。最终完成零部件拼装组合，辅以电路走线及可编程控制器的程序编写，最终完成内径检测机的设计。根据气动探头在被测孔内释放的空气，根据空气输出流量，经气动量仪内部比较，计算出被测内径数值，对比该值是否在合格公差范围，完成检测。2.3气动内径检测机整体设计方案（1）工作框架：如图2.3所示，①框架封件、②防护网、③工作台面、④支撑框架、⑤脚座。（2）设备工装：夹具、夹紧缸。（3）检测机构：检测探头组、推进缸、连接板块、导轨。设备工作框架由脚座、工作台面、支撑框架、防护网、框架封闭件组成，分别决定设备移动与否、元件工作场合、工作强度、承重、安全措施等方面。图2.3工作框架图工件检测定义最大孔在竖直方向即Z轴方向，其余三孔在水平方向且平行于X轴，采用完全定位，夹具主要归为两部分，底部夹具以及夹紧缸。工件左侧设计两组检测组，右侧一组，下方一组，检测探头与被测孔轴线存在同轴度要求，检测组整体不宜过长，过高，一方面缩减设备整体尺寸，另一方面缩短力臂，减低检测误差或造成量具及工件磨损，且互不干扰，检测组由检测探头组、推进缸、连接板块、导轨组成，水平方向检测整体组固定在工作台面上，竖直方向检测组由于整体尺寸偏大，初步估计所选气动元件较大，为此，检测组整体藏于工作台面下，气动元件安装在检测组侧面。

3框架选择3.1支架设计与选型作为设备零部件搭载的框架，其必须具有约束性和支撑性，在相对较小的空间里，起到各零部件的支撑与连接，考虑到设备自重问题，本次框架设计采用空心铝型材作为支架，钣金作为挡板。可在部分钣金件中开孔，用于固定外部触发按钮、指示灯以及细小辅助元件。铝型材规格为40×40mm，非实心与四尖角构造在减少原料浪费的同时减轻设备整体质量，并且四边开梯形槽，便于元件自由安装、美观。代号6061，其强度可靠、可塑性、可加工性良好，各铝型材之间采用螺栓连接。铂金板规格2×3mm，采用表面喷塑处理，与铝型材连接处转角宽15mm，防止板面倾斜错位，提高挡板与铝型材之间的契合度，采用四角定位在铝型材之间。按钮及一些气动辅助元件可以安装在钣金之上。既能挡灰挡尘，起遮蔽效果，又能安装元件，起支撑定位作用。如图3.1所示。图3.1支架3.2工作台面设计作为承载检测部件整体的工作台面，本次大板选用45钢，根据各零部件间的配合，行程及尺寸，设计各部件在大板上的定位，大板尺寸规格为550×350mm，计算零部件质量，设计大板厚度为25mm。大板表层进行发黑处理，使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈效果。由于被测工件在左右两侧均存在被测孔，且在竖直方向上存在一个被测孔，因此设定被测工件在设备工作台面中央，用于均衡大板单边吃力过度，平衡两端力臂，增强大板强度，提升使用寿命。图3.2工作台面左侧两槽与右侧一槽均为直线滑轨定位槽，用于安装直线导轨。导轨槽中心线与被测孔径轴线处于同一竖直面，且与端面呈垂直状态。使检测部件在工作时对导轨造成的载荷分布更加均匀。工作台面螺纹孔均采用沉孔方式，下沉高度根据螺钉而定。螺钉选用内六角圆柱头螺栓。根据标准螺钉圆柱头高度，沉孔高度分别为顶面M4沉2mm，M8沉6mm。由于铝型材结构设计巧妙，富余很大的安装固定空间，侧面与底面均不采用沉孔方式固定螺钉。如图3.2所示。3.3检测机构设计3.3.1检测探头设计本次设备设计零件四个被测点，分别是左侧两孔径：孔1直径φ14mm、深11.8mm；孔2直径φ5mm、深11.2mm；孔3直径φ14mm、深10.4mm；孔4直径φ57mm、深24.1mm。检测探头在气动量仪的配合下应用范围较广，如可用于测量内径、外径、圆度、直线度、垂直度、锥度等多种尺寸及形位公差的计算与检测。本次设计引用其内径检测功能。以1号检测探头为例，浮动探头整体采用GCr15加工而成，表面进行镀铬；热处理方式：淬火；硬度要求：58～62HRC。由于探头需要深入孔径内部检测，为此探头顶部进行倒角设计，尖角锐角进行倒圆处理，去除毛刺，防止在探头与被测孔同轴度偏差过大时造成探头与工件划伤，起安全保护作用。探头尾部呈阶梯状，便于探头装夹定位，末端阶梯轴外圆与轴套成过盈配合，内孔接近端面处进行M5的螺纹加工，用于安装气管接口。在端盖内孔直径小于轴套外径为前提，保证探头与轴套不发生沿轴线方向发生移动，限制其自由度。探头内部呈中空状，便于压缩空气在被测孔内注入与流通，如图3.3所示。图3.31号检测探头图在工作方面，φ14外圆是工作面，作为探头顶部，需深入被测孔，顶面与被测孔底面无贴合要求，但须保证4-φ1通气孔在检测过程中处于被测孔内部，避免气体无端流失，造成检测结果不稳定。探头1、2、3检测时轴心线处于水平状态，由推进缸完成动作引导。探头4检测时轴心线处于竖直状态。被测孔径偏大，检测组质量偏大。为此，设计其尾部有两个固定环对推进缸进行限位，增加一弹簧进行工作缓冲。3.3.2推进缸选型出于工作内容精度要求不是很高，且能正常使用，成本低等方面，本次设计工作元件主要选用XX公司的气动元件。本次气缸选型主要根据检测组被推动所需的力，量程来选型。根据各部件型材密度及体积，探头1、2、3在质量上相差较小，统一取探头检测组质量m1≈0.962kg。孔4直径偏大，探头设计过大，且处于竖直方向，对推进缸要求更大。4号探头检测组m行程选定：孔1底面至工件外侧端面距离L1=孔2底面至工件外侧端面距离L2=孔3底面至工件外侧端面距离L3=由3个被测孔径选择适当工作行程，18.3＜23.4＜36.4＜40，统一选用行程为40mm的气缸。孔4贯穿整个被测工件，高35mm，推进缸选用量程30mm。40mm属于小行程往复运动，选用超薄气缸ACQ系列。1至3号推进缸水平押侧发力，4号推进缸安装在检测组侧面，采用拉侧发力使检测组动作，产生不同程度的弯曲及扭转，为此选用双轴气缸TN系列。工作所需最低力：FF缸径计算公式：（1）工作方式为押侧工作的气缸缸径计算公式：(3.1)工作方式为拉侧工作的气缸缸径计算公式：(3.2)外部压缩空气输入压力P=0.5mpa。分别把F1带入式3.1，F2带入式D1=6.15,D查气缸理论输出表可得ACQ系列最小缸径为D=20，1至3号推进缸内径D1=12，活塞缸外径d1=6的超薄气缸。4号推进缸内径D2工作所需最低力：作为气动顺序里兼备输入输出动作的工作元件，可编程控制器需要实时监控气缸活塞杆位置变化，即需要感应元件对气缸进行监控，常用磁感极性对气缸的监控，为此需气缸活塞本身附有磁石，代号S。检测组相较于气缸活塞属于大型工作器具，设计活塞杆工作时尽可能增大检测组的受力面积，为促活塞缸牙型选用外牙型。综上，1至3号推进缸型号：ACQ12×40SB（表3.1）；4号推进缸型号TN10×30S（表3.2）。表3.11至3号推进缸代号注释表ACQ1240SB规格：超薄气缸（复动型）缸径为12mm行程为40mm磁石代号：附磁石活塞杆牙型：外牙型表3.24号推进缸代号注释表TN1030S规格：双轴气缸缸径为10mm行程为30mm磁石代号：附磁石3.3.3检测组零部件设计检测组主要由1检测探头、2挡圈、3轴套、4衬套、5端盖五部分组成，动作状态与滚子链相似，如图3.4所示。检测探头与轴套呈间隙配合，轴套与衬套呈间隙配合，挡圈通过螺钉连接固定在衬套顶面，内孔直径小于轴套外圆直径检测探头该处的直径，与底部端盖配合，限制轴套沿轴线方向移动，衬套被定位，达到浮动探头被定位的效果。底部由端盖进行检测组整体的定型，并采用长轴小平面的定位方式固定在检测组的支撑板件上,如图3.5所示。图3.4检测组零部件图3.5检测组件由于该检测方式是气动检测，为此，整个检测组呈中空状态，压缩空气通过检测探头内部孔洞和尾部的气管接头被输送至被测孔，进行通气检测。并在检测时探头能完成浮动动作，使检测过程更加流畅，检测结果精度更高。3.3.4气动量仪选型当前，很多行业，特别是机械制造、汽车制造等相关行业，在生产现场对工件的测量时，使用着很多高精度，能对工件各种几何量和形状位置偏差进行测量的气动量仪。气动测量方式测量精度高、容易实现，气动量仪结构简单、工人操作方便，适合用于对精度要求较高、批量较大的汽车零件制造等相关行业。气动量仪具有可以实现对被测工件非接触测量的特殊优点，在对被测工件的测量过程中能够有效的防止损伤工件表面和气动测量仪器。气动量仪在测量工作中气动测量头与工件被测表面存在间隙，没有直接接触，这样不但能够有效的降低测量力对测量结果的直接影响，而且能够避免气动量仪装置划伤被测工件表面。在工业现场的大批量生产中或生产线上，只要存在气源，就能够使用气动量仪，实现零部件的气动测量。气动测量装置能够用来直接测量被测工件的结构尺寸参数、几何形状偏差和位置尺寸偏差。[12]相比以浮标式气动量仪为代表的气动测量技术，选用较为先进的数字化气动测量技术，其采用微机技术,可以对气动测量的非线性进行线性修正。同样的精度条件下，量程增加3～5倍以上，量程可达0.6mm以上。精度一般为0.2％～1％FS，最高可达0.1μm。[13]由上述文本可知被测孔尺寸，且设备安装采用一孔一量仪安装，为此需对每个孔选定合适的气动量仪使用范围，得出表3.3。表3.3气动量仪选用范围内孔直径（mm）气动量仪选用范围（mm）孔114Φ5～25孔25Φ5～25孔314Φ5～25孔457Φ50～70本次设备监测终端选用X公司的气电测微仪，设备规格：DK57-Y-5321。该设备具有优点：（1）通道：5通道标准气电，可扩展；（2）检测参数：内径、外径、圆柱度等；（3）检测节拍：操作员字适应；（4）量程：±100μm等；（5）检测结果自动保存，硬盘可存储30万条检测数据；（6）在线SPC数据分析；（7）检测结果通过RS232输出、TCP/IP输出、继电器输出；（8）检测结果红、绿双色指示并报警；（9）检测结果小数位可设定；（10）AC22050/60HZ电源接入；（11）0.4-0.7Mpa纯净气源接入（φ8气管）；（12）与电气装置配套使用。五通道完全满足本次四个测量点的要求，相比传统的浮标式气动量仪，其电脑数显方式更为直观，并能同时观察四个被测点的孔径偏差，不但能设置工作所需偏差，又能输出所求结果的信号，为信号采集提供极大的便利。3.3.5直线滑轨选型本次设备采用HIWIN直线导轨，直线导轨系为一种滚动引导，借由钢珠在滑块与导轨之间作无限滚动循环，负载平台能沿着导轨轻易的以高精度作线性运动。由于该导轨摩擦方式为滚动摩擦，相较于传统的滑动引导直线导轨，滚动引导的摩擦系数可降低至原来的1/50。滑轨选型顺序：确定使用范围→选用精度等级→假定滑轨尺寸→计算滑块最大负荷→确认刚性→润滑剂选用→直线导轨选用完成。系列产品如表3.4所示，本次设计属于测量器械，选用HG系列滑轨。表3.4滑轨系列表HG系列磨床、车床、铣床、转床、放电机加工、综合机加工、镗床、线切割、精密量测仪器、土木机械、运输装置、搬运机械等。EG系列产业自动化机械、半导体机械、镭射雕刻机、包装机械等。MGN/MGW系列印表机、机械臂、电子仪器设备，半导体设备等。RG系列CNC加工机械、重切削加工机、CNC磨床、射出成型机、放电加工机械、线切割机、大型龙门机床等。滑块类型选择：滑块类型分为四方形与法兰型，四方形滑块形似一个长方体，安装孔是在滑块中间内侧，安装方法只能是上安装。法兰型的安装孔是在滑块外侧，可以实现上下安装两种方式。负载也相对较大，但是宽度也是比较宽的。根据设计，左侧两滑块轴线间距偏小，对滑块宽度有所要求，且滑块工作面只有顶面，法兰型滑块工作时滑块两侧均能受较大的载荷，过度超出本次要求范围。因此选择四方形滑块。精度选择：本次被测件内孔加工等级IT6，要求精度11μm，公差等级φ14P6，即mm，因此选型精度控制单位0.01mm查找表3.5，选用精度等级：高级（H），相对高度P与相对宽度N误差0.01mm，符合检测精度。表3.5滑轨精度等级型号HG-15，20精度等级普通级（C）高级（H）机密级（P）超精密级（SP）超高精密机（UP）高度H的容许尺寸誤差±0.1±0.030-0.030-0.0150-0.008宽度N的容许尺寸误差±0.1±0.030-0.030-0.0150-0.008成对高度H的相互误差0.020.010.0060.0040.003成对宽度N的相对误差0.020.010.0060.0040.003滑轨尺寸：滑块尺寸分为轨宽与轨长，其中，轨宽是决定滑轨负载大小的关键因素之一，四排滚珠的方轨产品尺寸一般分为15、20、25、30、35、45、55、65。本次设计滑轨主要用于导向作用，负载轻，选用轨宽尺寸15。轨长是轨的总长，全长=有效行程+滑块间距（两个滑块以上）+滑块数量×滑块长+两端的安全行程/（螺栓孔数-1）×螺栓孔间距+2×螺栓孔至端面距离。有效行程为推进缸伸出杆长度=40mm，单滑块，滑块长度L=61.4mm，安全行程标准距离为20mm，由上述工作台面设计得三条导轨螺栓孔都为3，查表3.6得螺栓间距P=60mm，但本次设计距离有限，行程短，分别设定一号导轨端距E1=7.5mm，二号导轨端距E2=12.5mm轨长计算：LLL即：导轨L1、L2、L3载荷计算公式：（3.3）（3.4）（3.5）：单个角落承受力：平均承受力由式3.3可得P1由式3.4可得P2由式3.5可得=2.36即平均载荷2.36。润滑方式：滑块后端安装油嘴用于打油，在端盖侧边预留侧油孔位置安装油嘴（一般为直油嘴），提供侧向打油，位置在非侧基准边。选型：HGH15CA1R135Z0C。表3.6轨道长度项目HG15HG20HG25HG30HG35HG45HHG55HG65标准长度L（n）160（3）220（4）220（4）280（4）280（4）570（6）780（7）1270（9）220（4）280（5）280（5）440（6）440（6）885（9）1020（9）1570（11）280（5）340（6）340（6）600（8）600（8）1200（12）1260（11）2020（14）340（6）460（8）460（8）760（10）760（10）1620（16）1500（13）2620（18）460（8）640（11）640（11）1000（13）1000（13）2040（20）1980（17）640（11）820（14）820（14）1640（21）1640（21）2460（24）2580（22）820（14）1000（17）1000（17）2040（26）2040（26）2985（29）2940（25）1240（21）1240（21）2520（32）2520（32）1600（27）3000（38）3000（38）间距（P）6060608080105120150标准端距（E）202020202022.53035标准端距最大长度1960（33）4000（67）4000（67）3960（50）3960（50）3930（38）3900（33）3970（27）最大长度20004000400040004000400040004000图3.6滑轨长度3.4设备工装设计3.4.1夹具设计由自由度分析可得，该工件属于完全定位，为此夹具设计分为两个步骤，分别代表底座夹具和夹紧夹具，工作流程为：底座夹具→放置工件→夹紧夹具，以此达到对工件的完全定位。（1）底座夹具底座夹具主要作用是限制工件三个自由度，其组成分别为一块底板，两枚定位销，三个定位块。基于被测工件表面非平坦面，为检测便捷，平放工件，配合工件形状尺寸，沿用工件四个定位孔，在夹具板上设计相对立的四个凸台，不仅能使工件重心稳定，且能初步对工件进行定位，如图3.7所示。定位块通过螺钉安装在夹具板上。在工件Y轴方向上安装两块定位块，限制工件Y轴自由度，由于工件表面不平整，在其侧面安装一块定位块，限制其X轴自由度。在凸台与定位块之间，各设计一定位销，用于精准定位工件，配合凸台形成短销大平面限位。限制5个自由度，底座夹具设计完成。图3.7底座夹具（2）夹紧夹具夹紧夹具主要与底板小平台相对应来限制工件的Z轴自由度，使工件达到完全定位。由于上料动作存在顺序，且尽量减少人工操作，最后一道工装动作由设备自主完成。因此，选用气缸来带完成夹紧。气缸为亚德客公司的旋转夹紧气缸ACKL25X90，在工件X轴至Y轴之间分别安装一个夹紧气缸，当工件被放置于底座夹具并且完成部分定位后，夹紧缸旋转夹紧，使旋转臂至于工件之上，旋转气缸又固定在夹具板上，以此完成对工件Z轴自由度的限制。3.4.2自由度分析针对盖体需要分析其在各方位所受的定位，定制工件自由度简图，如图3.8。以便观察工件在夹具上的自由度分析。为便于装夹装配，夹具设定在设备整体中心，由于工件在左侧存在两个被测孔，右侧一个被测孔，为此需限制其Y轴与X轴自由度，Z转自由度，工件底部存在一个被测孔，需要限制Z轴自由度，X转自由度，Y转自由度，整体限制了X轴、Y轴、Z轴、X转、Y转、Z转六个自由度，属于完全定位。图3.8工件自由度分析图3.4.3夹紧缸选型夹紧缸选型与上述推进缸稍有不同，由于其工作方式是在被测工件置入夹具后夹紧缸缩回夹紧，于回程方面稍作要求，且毋需精度要求，因此在夹紧缸制动方式上选用引入单动。 工作方式为旋转夹紧，该品牌具有ACK与QCK两种系列，而QCK被推荐适用于焊接环境使用，因此选用ACK系列，如表3.7所示。工作位置：在工件前后两侧，对中心工件进行夹紧，故选用单摆臂转角气缸。旋紧方式：出于安全顺序，采用摆臂左旋夹紧，代号L。缸径：工件检测时几乎无径向力，故选用最小缸径，D=25mm。转角：避免与动作顺序产生干涉，转角读数采用90°。产品代号：选前后两夹紧缸型号：ACKL25×90。表3.7夹紧缸代号注释表ACKL2590规格：旋转夹紧气缸（引入单动型）L:下压左旋气缸内径=25mm转角为90°3.5本章小结本章对论文设计的设备进行工作需求分析，对机械主体部分方案设计，进行零部件选定与设计，从设备造型，工作装置，夹紧机构以及防护装置层层分析，选定参数，最终组合成一步完整的机械设备。4内径检测机电气回路设计4.1可编程控制器程序设计本次设备选用三菱集团的可编程控制器，该集团在电气领域具有深厚的历史及实力。鉴于设备的运动与工作元件，可得出设备整体具有16个输入动作，14个输出动作，其中存在3个外部输入动作，8个磁感触发信号，2个状态指示灯，11个状态持续信号。可编程控制器型号选择FX3GA-60MR，具备36个输入点，26个输出点，完全满足设备输入，输出及预留的信号点。点位信号如图4.1，图4.2所示。