三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）.doc

第1章 緒論1.1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和對(duì)測(cè)量方法的深入研究，在機(jī)電行業(yè)中人們對(duì)三維坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)的要求也越來(lái)越高。物體的三維輪廓以及形位測(cè)量已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航海、航空航天、反求工程等領(lǐng)域。目前物體三維輪廓測(cè)量的主要方法有導(dǎo)軌式三坐標(biāo)機(jī)的高精度接觸測(cè)量、激光點(diǎn)掃描和激光線掃描式三坐標(biāo)輪廓測(cè)量、激光散斑物體輪廓高精度顯微全場(chǎng)測(cè)量。在這些諸多的測(cè)量方法中，激光散斑物體輪廓測(cè)量法測(cè)量精度最高，屬非接觸和全場(chǎng)測(cè)量，測(cè)量速度高，但其測(cè)量范圍小。此外，三坐標(biāo)機(jī)的測(cè)量精度高，已被廣泛采用。但它只能進(jìn)行接觸測(cè)量，并且測(cè)量速度很慢。目前，三坐標(biāo)機(jī)主要有兩種:導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和無(wú)導(dǎo)軌式三坐標(biāo)儀，無(wú)導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類產(chǎn)品問(wèn)世。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的多功能測(cè)量臺(tái)是一種高精度測(cè)量臺(tái)?？赏瑫r(shí)裝夾兩只測(cè)量表或傳感器對(duì)工件進(jìn)行多參數(shù)測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)廣泛的應(yīng)用于機(jī)械零件加工，模具制造等個(gè)方面。CLY系列單臂三為測(cè)量?jī)x是一款具有較大測(cè)量范圍的高精度測(cè)量設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了使用者對(duì)沖壓件、儀表板件、塑料件、中型模具件的測(cè)量要求。由于采用開放式測(cè)量，從而保證了在現(xiàn)場(chǎng)、在模具制造和仿型、在部件檢測(cè)和設(shè)計(jì)室里都可以方便的使用。特點(diǎn)： 1、 X軸移動(dòng)方向的導(dǎo)軌采用天然花崗巖，并配備進(jìn)口雙直線導(dǎo)軌，三軸位移傳感器采用進(jìn)口金屬反射光柵和讀數(shù)頭，結(jié)合空間誤差修正技術(shù)，使用中處處體現(xiàn)高精度的3D測(cè)量。 2、 配件萬(wàn)向電子測(cè)頭，并通過(guò)各種測(cè)頭配件，既可以對(duì)遠(yuǎn)程和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零部件的測(cè)量 3、 本測(cè)量?jī)x具有方便的現(xiàn)場(chǎng)自校定功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。CLY系列單臂三為測(cè)量?jī)x是一款具有較大測(cè)量范圍的高精度測(cè)量設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了使用者對(duì)沖壓件、儀表板件、塑料件、中型模具件的測(cè)量要求。由于采用開放式測(cè)量，從而保證了在現(xiàn)場(chǎng)、在模具制造和仿型、在部件檢測(cè)和設(shè)計(jì)室里都可以方便的使用。特點(diǎn)： 1、X軸移動(dòng)方向的導(dǎo)軌采用天然花崗巖，并配備進(jìn)口雙直線導(dǎo)軌，三軸位移傳感器采用進(jìn)口金屬反射光柵和讀數(shù)頭，結(jié)合空間誤差修正技術(shù)，使用中處處體現(xiàn)高精度的3D測(cè)量。 2、配件萬(wàn)向電子測(cè)頭，并通過(guò)各種測(cè)頭配件，既可以對(duì)遠(yuǎn)程和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零部件的測(cè)量 3、本測(cè)量?jī)x具有方便的現(xiàn)場(chǎng)自校定功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。 4、采用智能數(shù)顯系統(tǒng)將原電器箱上各項(xiàng)功能都讓計(jì)算機(jī)來(lái)處理，摒棄了電器箱，只用一塊小的信號(hào)處理板對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行處理以保證長(zhǎng)線傳輸無(wú)誤。光柵和測(cè)頭信號(hào)由信號(hào)處理板處理后，經(jīng)通訊電纜傳輸至計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝的一塊三軸正交記數(shù)卡，通過(guò)編制軟件對(duì)其進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)原電器箱的功能。智能數(shù)顯系統(tǒng)的開發(fā)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，空間精度修正不僅使車間裝調(diào)人員工作量降低，也使測(cè)量?jī)x精度有了保障。采用高性能記數(shù)卡，減少硬件設(shè)備，降低了系統(tǒng)的故障發(fā)生率。該系統(tǒng)具有原電器箱幾乎所有功能，界面直觀，很多操作在面板上即可直接完成，菜單功能簡(jiǎn)潔明了，用戶極易上手。一些關(guān)鍵性操作都給出了提示和警告，可以防止用戶在不太清楚的情況下誤操作而導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。其選擇原則如下：1、合理的測(cè)量精度坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是檢測(cè)工件尺寸與形位誤差的儀器，首要的是精度指標(biāo)應(yīng)滿足用戶要求。選用時(shí)，一般可根據(jù)被測(cè)工件要求的檢測(cè)精度與測(cè)量機(jī)給定的測(cè)量不確定度相對(duì)比，看測(cè)量機(jī)精度是否符合要求。精度比對(duì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的比較過(guò)程。測(cè)量機(jī)的技術(shù)規(guī)范中一般只給出單軸測(cè)長(zhǎng)和空間測(cè)長(zhǎng)的兩個(gè)不確定度公式及重復(fù)精度值。但在具體測(cè)件時(shí)需要將被測(cè)參數(shù)的測(cè)量不確定度限制在一定范圍內(nèi)。一般測(cè)量時(shí)，要測(cè)量很多測(cè)點(diǎn)。在形位測(cè)量時(shí)，更有大量測(cè)點(diǎn)參與并帶來(lái)測(cè)量誤差，精確計(jì)算是很難的。因此從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，在一般測(cè)量中，測(cè)量不確定度應(yīng)為被測(cè)工件尺寸公差帶的1/51/3。例如某一被測(cè)箱體上二孔的孔距為500mm，公差帶為15um，則所選用的測(cè)量機(jī)在500mm長(zhǎng)度上的測(cè)量不確定度應(yīng)不大于3um5um。對(duì)于精密測(cè)量及復(fù)雜的形位測(cè)量要求還高，一般應(yīng)為被測(cè)尺寸公差帶的1/101/5。重要的是重復(fù)精度必須滿足要求，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差還可以通過(guò)一定方法補(bǔ)償，而重復(fù)精度應(yīng)由測(cè)量機(jī)本身保證?？傊?，用戶應(yīng)選用精度（包括重復(fù)精度）高一些的測(cè)量機(jī)。這不僅由于測(cè)量復(fù)雜件時(shí)，測(cè)點(diǎn)可能帶入的誤差比預(yù)想的要大（由于測(cè)頭測(cè)桿變化或加長(zhǎng)會(huì)引入更大的誤差），而且測(cè)量機(jī)的精度會(huì)隨使用次數(shù)增多而有所下降。2、合乎要求的測(cè)量范圍測(cè)量范圍的選擇時(shí)選擇測(cè)量機(jī)時(shí)的最基本參數(shù)。因?yàn)樵跍y(cè)量范圍內(nèi)才能獲得精確的測(cè)量值，超出了范圍，測(cè)量就難于進(jìn)行。選擇測(cè)量范圍時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。（1）、工件的所需測(cè)量的部分，不一定是整個(gè)工件。如要測(cè)的部分集中在工件的某個(gè)局部，除了測(cè)量機(jī)的測(cè)量范圍能覆蓋被測(cè)參數(shù)之外，還要考慮整個(gè)工件能在測(cè)量機(jī)上安置，要求工件重量對(duì)測(cè)量精度不帶來(lái)顯著影響。為了把工件放入測(cè)量機(jī)中，應(yīng)根據(jù)工件大小選擇測(cè)量機(jī)。（2）、Z軸與Z向空間高度的關(guān)系。Z軸行程是Z軸的測(cè)量范圍，而Z向空間高度是工件能放得下的高度。（3）、接長(zhǎng)桿的問(wèn)題。有的測(cè)頭上有星形探針，這些探針在測(cè)量時(shí)往往要求超出工件的被測(cè)部分。一般工件尺寸為l時(shí)，要求測(cè)量范圍L=l+2C，C為探針的長(zhǎng)度。因此測(cè)量范圍等于工件被測(cè)的最大尺寸再加上兩倍的探針長(zhǎng)度。3、合適的測(cè)量機(jī)類型測(cè)量機(jī)按自動(dòng)化程度分為手動(dòng)（或機(jī)動(dòng)）與CNC自控兩大類。選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的批量大小、自動(dòng)化程度、操作人員技術(shù)水平及資金投入大小去權(quán)衡。當(dāng)然CNC測(cè)量機(jī)水平高、測(cè)速快，但測(cè)量的準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、技術(shù)要求高、資金投入大。故應(yīng)從經(jīng)濟(jì)效益的角度進(jìn)行比較判定。一般說(shuō)，對(duì)于中等尺寸的工件，多采用移動(dòng)橋式；對(duì)于小型工件，多采用懸臂式、儀器臺(tái)式與移動(dòng)橋式等；對(duì)于大型工件，則多采用龍門式；對(duì)于需回轉(zhuǎn)測(cè)量的工件，可選用帶分度臺(tái)的測(cè)量機(jī)。4、豐富的測(cè)量軟件對(duì)復(fù)雜的測(cè)量對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量機(jī)應(yīng)有豐富的測(cè)量軟件支持，以完成測(cè)量任務(wù)。如缺少某些軟件，可根據(jù)被測(cè)對(duì)象向生產(chǎn)廠家索取。如果廠方提供了編程方法（多數(shù)廠家不提供），也可自行開發(fā)。5、符合要求的測(cè)量效率測(cè)量機(jī)運(yùn)行速度與采樣速度既是測(cè)量機(jī)效率高低的重要指標(biāo)，又與自動(dòng)化生產(chǎn)的要求密切相關(guān)。用于生產(chǎn)線或柔性加工線上的測(cè)量機(jī)，檢測(cè)的時(shí)間必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求。6、功能齊全的測(cè)量頭測(cè)量頭是測(cè)量機(jī)上重要的傳感器件。它不僅直接影響測(cè)量精度，而且是決定測(cè)量機(jī)功能和測(cè)量效率的重要因素。7、滿意的經(jīng)濟(jì)效益作為檢測(cè)儀器，測(cè)量機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益是投資購(gòu)買的一項(xiàng)重要指標(biāo)。雖然它不像生產(chǎn)機(jī)床那樣便于計(jì)算，也不如機(jī)床那樣可以較快地收回成本并創(chuàng)造效益，但作為保證生產(chǎn)質(zhì)量的手段和環(huán)節(jié)，檢測(cè)儀器有著特殊的重要性。測(cè)量機(jī)的使用費(fèi)用，主要取決于測(cè)量機(jī)的折舊費(fèi)K、檢測(cè)人員的工資G、測(cè)量所用的時(shí)間T及輔助材料和設(shè)備等雜費(fèi)Q，即測(cè)量總費(fèi)用。M=T（K+G）+Q測(cè)量機(jī)效益的關(guān)鍵在于使用時(shí)間T。因此在考慮測(cè)量機(jī)資金的投入時(shí)，關(guān)鍵在于了解它的使用效率。如果使用效率高，則經(jīng)濟(jì)效益亦高。如果使用效率不很高，而又易于在當(dāng)?shù)亟鉀Q測(cè)量問(wèn)題，則應(yīng)委托或協(xié)作檢測(cè)。只付檢測(cè)費(fèi)，比購(gòu)置一臺(tái)測(cè)量機(jī)更經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然有的場(chǎng)所，測(cè)量對(duì)象極為精密，不適宜搬動(dòng)，有的系軍工保密件等，此時(shí)配置一臺(tái)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有特殊性，也是必須的。1.2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量原理將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量空間，可獲得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算求出被測(cè)物體的幾何尺寸，形狀和位置。導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Coordinate Measuring Machine簡(jiǎn)稱CMM)是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，綜合光柵與激光干涉、計(jì)算機(jī)、應(yīng)用電子等先進(jìn)技術(shù)的測(cè)量設(shè)備，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。其主要特征是具有X, Y, Z三個(gè)坐標(biāo)方向的導(dǎo)軌。目前，導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)己被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、儀器制造、電子、汽車、計(jì)量中心、航空和航天等多個(gè)工業(yè)和研究行業(yè)，用來(lái)測(cè)量機(jī)械零件的幾何尺寸、相對(duì)位置和形位誤差，包括零件空間曲面、汽車白身、CAD/CAM等多項(xiàng)工作。導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)己經(jīng)成為一種比較成熟的傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，它經(jīng)歷了三代產(chǎn)品:第一代測(cè)量機(jī)由手動(dòng)(或機(jī)動(dòng))測(cè)量，測(cè)量結(jié)果由人工處理，效率極低。第二代測(cè)量機(jī)在第一代測(cè)量機(jī)的基礎(chǔ)上，由微機(jī)處理測(cè)量結(jié)果，形成了微機(jī)化測(cè)量機(jī)。第三代測(cè)量機(jī)在第二代的基礎(chǔ)上，配備上相應(yīng)的程序控制和數(shù)據(jù)圖形化軟件處理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)量。其中，第三代是目前的主要產(chǎn)品。特別是近二十年來(lái)，隨著微機(jī)和光電技術(shù)的迅猛發(fā)展，三坐標(biāo)機(jī)已成為多個(gè)高科技領(lǐng)域諸多技術(shù)的融合產(chǎn)品，包括了微機(jī)、精儀、光電傳感、數(shù)據(jù)分析和人工智能等多項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。CLY系列單臂三維測(cè)量?jī)x產(chǎn)品信息產(chǎn)品說(shuō)明： CLY系列單臂三為測(cè)量?jī)x是一款具有較大測(cè)量范圍的高精度測(cè)量設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了使用者對(duì)沖壓件、儀表板件、塑料件、中型模具件的測(cè)量要求。由于采用開放式測(cè)量，從而保證了在現(xiàn)場(chǎng)、在模具制造和仿型、在部件檢測(cè)和設(shè)計(jì)室里都可以方便的使用。圖1-1CLY單臂三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在Y、Z方向，其整機(jī)測(cè)量范圍在1500mm x 2600mm以內(nèi)、X向測(cè)量范圍最小為2000mm、并以500mm為間距遞增的整體式測(cè)量機(jī)，采用整體式機(jī)械結(jié)構(gòu)，測(cè)量機(jī)的工作平面通過(guò)地腳螺銓固定在地基上，其工作臺(tái)表面略高于地表，或是安裝為與地表齊平，便于大型工件的裝卸。 這種類型的測(cè)量機(jī)的Y向測(cè)量范圍有兩種，1200mm 和 1500mm，其Z向測(cè)量范圍最小為1500mm，最大可以達(dá)到2600mm，X向測(cè)量范圍最小為2000mm，可以按用戶要求以500mm的長(zhǎng)度適量增大。 大中型整體式單臂三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)比較適宜對(duì)一般大型非對(duì)稱工件的測(cè)量檢測(cè)與劃線操作。 測(cè)量機(jī)可以根據(jù)使用要求，選配WINCOM測(cè)量軟件或XDmis測(cè)量軟件。如果被測(cè)工件為一般機(jī)加工件，測(cè)量要求為一般性的尺寸檢測(cè)，可以選用WINCOM測(cè)量軟件。如果檢測(cè)任務(wù)大部份需要與CAD數(shù)據(jù)協(xié)同比對(duì)檢測(cè)，建議選擇XDMIS測(cè)量軟件。1.2.1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成： 1， 主機(jī)機(jī)械系統(tǒng)（X、Y、Z三軸或其它）； 2， 測(cè)頭系統(tǒng)； 3， 電氣控制硬件系統(tǒng)； 4， 數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)（測(cè)量軟件）；1.2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1）采用花崗石為工作臺(tái)，其工作面平面度精度高，且穩(wěn)定性好，受環(huán)境溫度影響小。 2）立柱采用不銹鋼材料，可防銹，抗腐蝕。 3）采用精密微分頭作微調(diào)裝置，使測(cè)頭接觸工作的微調(diào)量0.01mm。 4）回轉(zhuǎn)支桿(附件另配)可提供裝夾第二只測(cè)量表（或測(cè)量傳感器），從而可擴(kuò)大本產(chǎn)品的使用功能。5）X軸移動(dòng)方向的導(dǎo)軌采用天然花崗巖，并配備進(jìn)口雙直線導(dǎo)軌，三軸位移傳感器采用進(jìn)口金屬反射光柵和讀數(shù)頭，結(jié)合空間誤差修正技術(shù)，使用中處處體現(xiàn)高精度的3D測(cè)量。 6）配件萬(wàn)向電子測(cè)頭，并通過(guò)各種測(cè)頭配件，既可以對(duì)遠(yuǎn)程和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零部件的測(cè)量7）本測(cè)量?jī)x具有方便的現(xiàn)場(chǎng)自校定功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。1.3 設(shè)計(jì)要求在繪制產(chǎn)品總裝圖和部件裝配圖時(shí)要注意設(shè)計(jì)的科學(xué)性和條理性。設(shè)計(jì)一個(gè)部件，其過(guò)程大致如下：首先，確定末端執(zhí)行件的概略形狀尺寸，然后，設(shè)計(jì)末端執(zhí)行件與其相臨的下一個(gè)功能部件的結(jié)合的形式與概率尺寸。若為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合部，則執(zhí)行件一測(cè)相當(dāng)于滑臺(tái)，相臨部件一測(cè)相當(dāng)于滑座，考慮導(dǎo)軌精度，選擇并確定導(dǎo)軌的類型及尺寸。根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計(jì)結(jié)果和該運(yùn)動(dòng)的行程，直到基礎(chǔ)支撐件。在設(shè)計(jì)中，處處從實(shí)際出發(fā)分析和處理問(wèn)題是至關(guān)重要的。從大處講，聯(lián)系實(shí)際是指對(duì)工藝可能性的分析，在參數(shù)擬訂和方案確定中，既要了解當(dāng)今的先進(jìn)生產(chǎn)水平和可能趨勢(shì)，更應(yīng)了解我國(guó)的實(shí)際生產(chǎn)水平，使設(shè)計(jì)的機(jī)器能發(fā)揮最佳的效果。從小處講，指對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械零部件的制造工藝、裝配和維修要進(jìn)行認(rèn)真的切實(shí)際的考慮和分析。學(xué)會(huì)使用設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)推薦的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和各類標(biāo)準(zhǔn)要結(jié)合實(shí)際情況取舍。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解和掌握結(jié)合實(shí)際、綜合思考的設(shè)計(jì)方法。第2章 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容設(shè)計(jì)任務(wù)定位三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中機(jī)械部分的設(shè)計(jì)工作臺(tái)包括縱向、橫向和Z軸的運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)承擔(dān)運(yùn)動(dòng)功能。其次是夾具體的設(shè)計(jì)，包括手柄、浮動(dòng)滑塊的設(shè)計(jì)， 夾具承擔(dān)的是定位夾緊的作用。2.2 總體設(shè)計(jì)方案擬訂 方案擬訂為測(cè)量機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)其中主要是測(cè)量機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)：工作臺(tái)的橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)，Z軸的進(jìn)給系統(tǒng)，工作臺(tái)上面疊加一個(gè)可拆卸的夾具體，可拆卸夾具具有兩大優(yōu)點(diǎn)：第一，使用時(shí)夾具可固定在工作臺(tái)上，不用時(shí)，即可拆下。 2.2.1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)可歸類于機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，可分為創(chuàng)新設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)、和組合設(shè)計(jì)三大類型，設(shè)計(jì)的過(guò)程隨設(shè)計(jì)類型而不同，其中創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程最典型，可分為產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)四個(gè)階段。產(chǎn)品規(guī)劃階段的任務(wù)是明確設(shè)計(jì)任務(wù)，通常應(yīng)在市場(chǎng)調(diào)查與預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上識(shí)別產(chǎn)品需求，進(jìn)行可行性分析，制定設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書。 初步設(shè)計(jì)方案具體化，技術(shù)設(shè)計(jì)階段是將方案設(shè)計(jì)階段擬訂的初步設(shè)計(jì)方案具體化，確定結(jié)構(gòu)原理方案；進(jìn)行總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。1）確定結(jié)構(gòu)原理放案根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，再充分理解原理的基礎(chǔ)上，確定結(jié)構(gòu)原理方案。其中包括決定尺寸的依據(jù)，如功率、流量和聯(lián)系尺寸等；決定布局的依據(jù)等，決定和限制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的空間條件，。在上述的依據(jù)約束下，對(duì)主要功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思，初步確定其材料和形狀，進(jìn)行粗略的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（2）總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)階段的任務(wù)是將結(jié)構(gòu)原理方案進(jìn)一步具體化。總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致包括主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、總體布局、系統(tǒng)原理圖、其它。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)原理方案結(jié)構(gòu)化，繪制產(chǎn)品總裝圖；提出初步的零件表及裝配說(shuō)明書。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，充分考慮人機(jī)工程、外觀造型、結(jié)構(gòu)可靠和耐用性、加工和裝配工藝性等。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)常見的是三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)（沿X、Y、Z）和夾具體的裝配設(shè)計(jì)。 2.2.2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)電路部分設(shè)計(jì) 三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的控制部分采用PLC控制。本書以S7-200系列PLC為目標(biāo)機(jī)型，介紹西門子PLC的特點(diǎn)，為今后更好地學(xué)習(xí)和掌握S7-300/400打下基礎(chǔ)。S7-200系列PLC作為西門子SIMATIC PLC家族中的最小成員，以其超小體積，靈活的配置，強(qiáng)大的內(nèi)置功能，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1.S7-200系列PLC的基本硬件組成S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等。（1）基本單元S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見表2-1：表2-1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型 號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU22164S7-200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU22414107個(gè)擴(kuò)展模塊168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU22624162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7-200CPU226XM24162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn) （2.）.擴(kuò)展單元S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒(méi)有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表2-2所示。表2-2 S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)類 型型 號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM2218無(wú)EM222無(wú)8EM2234/8/164/8/16模擬量擴(kuò)展模塊EM2313無(wú)EM232無(wú)2EM23531 （3）.編程器PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來(lái)進(jìn)行用戶程序的編制、存儲(chǔ)和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過(guò)程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡(jiǎn)易型和智能型。簡(jiǎn)易型編程器是袖珍型的，簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場(chǎng)編程及監(jiān)測(cè)工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。 （4）程序存儲(chǔ)卡為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過(guò)該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲(chǔ)卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。 （5）.寫入器寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過(guò)寫入器固化到程序存儲(chǔ)卡中，或?qū)LC中程序存儲(chǔ)卡中的程序通過(guò)寫入器傳送到RAM區(qū)。 （6） 文本顯示器文本顯示器TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)。過(guò)程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。TD200面板上的8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲(chǔ)器位，這些功能鍵在啟動(dòng)和測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。 2. S7-200系列PLC的主要技術(shù)性能下面以S7-200 CPU224為例說(shuō)明S7系列PLC的主要技術(shù)性能。 （1）一般性能S7-200 CPU224的一般性能如表2-3所示。表2-3 S7-200 CPU224一般性能電源電壓DC 24V，AC 100230V電源電壓波動(dòng)DC 20.4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz）環(huán)境溫度、濕度水平安裝0550C，垂直安裝0450C，595%大氣壓8601080hPa保護(hù)等級(jí)IP20到IEC529輸出給傳感器的電壓DC 24V （20.4-28.8V）輸出給傳感器的電流280mA，電子式短路保護(hù)（600mA）為擴(kuò)展模塊提供的輸出電流660mA程序存儲(chǔ)器8K字節(jié)/典型值為2.6K條指令數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.5K字存儲(chǔ)器子模塊1個(gè)可插入的存儲(chǔ)器子模塊數(shù)據(jù)后備整個(gè)BD1在EEPROM中無(wú)需維護(hù)在RAM中當(dāng)前的DB1標(biāo)志位、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等通過(guò)高能電容或電池維持，后備時(shí)間190h（400C時(shí)120h），插入電池后備200天編程語(yǔ)言LAD，F(xiàn)BD，STL程序結(jié)構(gòu)一個(gè)主程序塊（可以包括子程序）程序執(zhí)行自由循環(huán)。中斷控制，定時(shí)控制（1255ms）子程序級(jí)8級(jí)用戶程序保護(hù)3級(jí)口令保護(hù)指令集邏輯運(yùn)算、應(yīng)用功能位操作執(zhí)行時(shí)間0.37s掃描時(shí)間監(jiān)控300ms（可重啟動(dòng)）內(nèi)部標(biāo)志位256，可保持：EEPROM中0112計(jì)數(shù)器0256，可保持：256，6個(gè)高速計(jì)數(shù)器定時(shí)器可保持：256，4個(gè)定時(shí)器，1ms30s16個(gè)定時(shí)器，10ms5min236個(gè)定時(shí)器，100ms54min接口一個(gè)RS485通信接口可連接的編程器/PCPG740PII，PG760PII，PC（AT）本機(jī)I/O數(shù)字量輸入：14，其中4個(gè)可用作硬件中斷，14個(gè)用于高速功能數(shù)字量輸出：10，其中2個(gè)可用作本機(jī)功能，模擬電位器：2個(gè)可連接的I/O數(shù)字量輸入/輸出：最多94/74模擬量輸入/輸出：最多28/7（或14）AS接口輸入/輸出：496最多可接擴(kuò)展模塊7個(gè) （2）輸入特性S7-200 CPU224的輸入特性如表2-4所示。表2-4 S7-200 CPU224輸入特性類型源型或匯型輸入電壓DC 24V，“1信號(hào)”：14-35A，“0信號(hào)”：0-5A，隔離光耦隔離，6點(diǎn)和8點(diǎn)輸入電流“1信號(hào)”：最大4mA輸入延遲（額定輸入電壓）所有標(biāo)準(zhǔn)輸入：全部0.2-12.8ms（可調(diào)節(jié)）中斷輸入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可調(diào)節(jié)）高速計(jì)數(shù)器：（I0.0-0.5）最大30kHz （3）輸出特性S7-200 CPU224輸出特性如表2-5所示。表2-5 S7-200 CPU224的輸出特性類型晶體管輸出型繼電器輸出型額定負(fù)載電壓DC 24V（20.4-28.8V）DC 24V（4-30V）AC24-230V（20-250V）輸出電壓“1信號(hào)”：最小DC 20VL+/L-隔離光耦隔離，5點(diǎn)繼電器隔離，3點(diǎn)和4點(diǎn)最大輸出電流“1信號(hào)”：0.75A“1信號(hào)”：2A最小輸出電流“0信號(hào)”：10sA“0信號(hào)”：0mA輸出開關(guān)容量阻性負(fù)載：0.75A燈負(fù)載：5W阻性負(fù)載：2A燈負(fù)載：DC30W，AC200WS7-200系列PLC是模塊式結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)配接各種擴(kuò)展模塊來(lái)達(dá)到擴(kuò)展功能、擴(kuò)大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大類擴(kuò)展模塊。（1）輸入/輸出擴(kuò)展模塊 S7-200 CPU上已經(jīng)集成了一定數(shù)量的數(shù)字量I/O點(diǎn)，但如用戶需要多于CPU單元I/O點(diǎn)時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)做必要的擴(kuò)展。CPU221無(wú)I/O擴(kuò)展能力，CPU 222最多可連接2個(gè)擴(kuò)展模塊（數(shù)字量或模擬量），而CPU224和CPU226最多可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊。S7-200 PLC系列目前總共提供共5大類擴(kuò)展模塊：數(shù)字量輸入擴(kuò)展板EM221（8路擴(kuò)展輸入）；數(shù)字量輸出擴(kuò)展板EM222（8路擴(kuò)展輸出）；數(shù)字量輸入和輸出混合擴(kuò)展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模擬量輸入擴(kuò)展板EM231，每個(gè)EM231可擴(kuò)展3路模擬量輸入通道，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，12位；模擬量輸入和輸出混合擴(kuò)展模板EM235，每個(gè)EM235可同時(shí)擴(kuò)展3路模擬輸入和1路模擬量輸出通道，其中A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間100s，位數(shù)均為12位。 基本單元通過(guò)其右側(cè)的擴(kuò)展接口用總線連接器（插件）與擴(kuò)展單元左側(cè)的擴(kuò)展接口相連接。擴(kuò)展單元正常工作需要+5VDC工作電源，此電源由基本單元通過(guò)總線連接器提供，擴(kuò)展單元的24VDC輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)電源，可由基本單元的24VDC電源供電，但要注意基本單元所提供的最大電流能力。（2）熱電偶/熱電阻擴(kuò)展模塊 熱電偶、熱電阻模塊（EM231）是為CPU222，CPU224，CPU226設(shè)計(jì)的，S7-200與多種熱電偶、熱電阻的連接備有隔離接口。用戶通過(guò)模塊上的DIP開關(guān)來(lái)選擇熱電偶或熱電阻的類型，接線方式，測(cè)量單位和開路故障的方向。（3）通訊擴(kuò)展模塊 除了CPU集成通訊口外，S7-200還可以通過(guò)通訊擴(kuò)展模塊連接成更大的網(wǎng)絡(luò)。S7-200系列目前有兩種通訊擴(kuò)展模塊：PROFIBUS-DP擴(kuò)展從站模塊（EM277）和AS-i接口擴(kuò)展模塊（CP243-2）。S7-200系列PLC輸入/輸出擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)性能如表2-6所示。表2-6 S7-200系列PLC輸入/輸出擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)性能類型數(shù)字量擴(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊型號(hào)EM221EM222EM223EM231EM232EM235輸入點(diǎn)8無(wú)4/8/163無(wú)3輸出點(diǎn)無(wú)84/8/16無(wú)21隔離組點(diǎn)數(shù)824無(wú)無(wú)無(wú)輸入電壓DC24VDC24V輸出電壓DC24V或AC24-230VDC24V或AC24-230VA/D轉(zhuǎn)換時(shí)間250s250s分辨率12bitA/D轉(zhuǎn)換電壓：12bit電流：11bit12bitA/D轉(zhuǎn)換2.3 主要參數(shù)的設(shè)定直線工作臺(tái)面尺寸 （長(zhǎng)寬高）：100080040；縱向工作行程為150mm，橫向工作行程為150mm，垂直方向的工作行程為150mm。光杠的最大距離根據(jù)夾具的尺寸確定。工作進(jìn)給速度為1-1500mm/min，快速進(jìn)給速度 12m/min進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的總阻力F傳動(dòng)精度初步為0.1mm-0.5mm測(cè)量工件的尺寸大小最大體積（120mm120mm120mm） 最小高度為20mm第3章 三坐標(biāo)測(cè)量進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 進(jìn)給系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的容量的選擇3.1.1電動(dòng)機(jī)容量的選擇原則在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中選擇一臺(tái)合適的電動(dòng)機(jī)是極為重要的。電動(dòng)機(jī)的選擇主要是容量的選擇，如果電動(dòng)機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過(guò)載下運(yùn)行，會(huì)使它過(guò)早損壞，同時(shí)還可能出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。 選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)根據(jù)以下三項(xiàng)基本原則進(jìn)行。（1）發(fā)熱：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最高工作溫度等于或略小于電機(jī)允許的最高工作溫度。（2）過(guò)載能力：電動(dòng)機(jī)再運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的過(guò)載能力。特別是在短期工作時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的熱慣性較大，電動(dòng)機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載說(shuō)仍可保證上面的原則，故此時(shí)，決定電動(dòng)機(jī)容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。既所選電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩或允許電流必須大于運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大負(fù)載電流即： （3） 啟動(dòng)能力：由于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般較小，所以，為使電動(dòng)機(jī)能可靠啟動(dòng)，必須保證 式中選擇電動(dòng)機(jī)容量的方法一般有計(jì)算法、統(tǒng)分析計(jì)法和類比法。3.1.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的概述本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的直線進(jìn)給的。步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖馬達(dá)，是一種把電脈沖信號(hào)變換成直線位移或角位移的控制電機(jī)。它的位移速度和輸入脈沖數(shù)成正比，因此可以在較寬的范圍內(nèi)，通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)速，并能實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)已作為重要的執(zhí)行元件應(yīng)用于數(shù)空機(jī)床、智能儀器和自動(dòng)控制中。3.1.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的容量的計(jì)算下面的計(jì)算結(jié)果所以選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，輸出功率0.2kw，同步轉(zhuǎn)速1500r/min電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如下表一所示：表3-1 電動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)：電動(dòng)機(jī)型號(hào)步距角最大靜轉(zhuǎn)矩（N.m）運(yùn)行頻 率最高空載啟動(dòng)頻率軸徑長(zhǎng)度55BF0030.75/1.50.686 18006mm70mm選取電動(dòng)機(jī)的輸出功率P=0.5KW 轉(zhuǎn)速為800r/min3.2 軸概述3.2.1 軸的用途軸也是組成機(jī)器的主要零件之一，一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此軸的主要功能是支撐和傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。3.2.2軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容軸的設(shè)計(jì)也和其它零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和震動(dòng)穩(wěn)定方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對(duì)剛度要求的軸和受到大力的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，防止工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行震動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算，防止發(fā)生共振而破壞。3.2.3 軸的材料軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。但軸的結(jié)構(gòu)形式都必須滿足軸和裝在軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。3.3.1 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序、和相互關(guān)系。例如圖一的裝配方案是：半聯(lián)軸器、軸承端蓋、圓螺母、套筒、成對(duì)角接觸球軸承、絲杠螺母副，依次從軸的右端向左端安裝，左端只裝軸承和端蓋。這樣就對(duì)個(gè)段軸的粗細(xì)順序作了初步安排。3.3.2 軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求 者外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，保證其準(zhǔn)確的工作位置。1零件的軸向定位軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來(lái)保證的。利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。滾動(dòng)軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊(cè)中軸承的安裝尺寸。套筒定位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。如兩零件的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速很高時(shí)，也不宜采用套筒定位。軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動(dòng)造成螺釘松脫，可加圓拄銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動(dòng)墊片防松。圓螺母定位可承受大的軸向力，當(dāng)軸上零件間距較大時(shí)常采用圓螺母。圖3-1 軸上零件的分布3.3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）主要參數(shù)確定直線工作臺(tái)面尺寸 （長(zhǎng)寬高）：100080040；縱向工作行程為150mm工作進(jìn)給速度為1-1500mm/min，快速進(jìn)給速度 12m/min進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的總阻力F工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)重量初估直線工作臺(tái)質(zhì)量 總之量 三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的縱向、橫向、垂直切削力（FX FY FZ=0）所以，設(shè)軸向壓力F=G（2）確定絲杠的等效負(fù)載工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選用導(dǎo)軌為滾動(dòng)導(dǎo)軌，而一般情況下，滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為0.0025-0.005，取摩擦系數(shù)f為0.005，則絲杠所受的最大牽引力為故其等效負(fù)載可按下式計(jì)算（估算 t1=t2 ;n2=2n1）由以上確定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的總阻力F=12N 3.3.4初步設(shè)計(jì)軸的最小直徑先按機(jī)械設(shè)計(jì)中15-2公式初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，并根據(jù)表15-3取A0=125，于是：輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑DI-II.為了使所選的軸的直徑DI-II聯(lián)軸器孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩則： 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱直徑的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB5843-86或手冊(cè)，選用TL1/YLD1凸緣聯(lián)軸器其技術(shù)指標(biāo)如下和圖二所示：表3-2聯(lián)軸器的參數(shù)型號(hào)公稱轉(zhuǎn)矩T（N.M）許用轉(zhuǎn)速（r/min）軸孔直徑D(H7)DD1螺栓直徑ML0YL1101300062217M235圖3-2 聯(lián)軸器的尺寸根據(jù)半聯(lián)軸器的孔徑D=6mm，故取DI-II=6mm。凸緣聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、傳遞扭矩大，用于振動(dòng)很大、低速和剛性不大的軸聯(lián)接。3.3.5擬定軸上零件的裝配方案本設(shè)計(jì)的裝配方案已在前面分析比較，現(xiàn)以用（圖3-1所）示的裝配方案。3.3.6 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的個(gè)段直徑和長(zhǎng)度 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，I-II段軸右端需制出一軸肩，故取II-III段的直徑DII-III=6.5mm；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑為11mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=17m，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上故取I-II段的長(zhǎng)度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取LI-II=14mm。 初步選擇滾動(dòng)軸承。各種類型的軸承選用應(yīng)叢允許的空間、軸承負(fù)荷的大小和方向、高速性能、旋轉(zhuǎn)精度、剛度、振動(dòng)與噪聲、軸向游動(dòng)、摩擦力矩、安裝與拆卸等方面綜合考慮，全面衡量，擇優(yōu)選擇滿足設(shè)計(jì)要求的軸承類型。因軸承受軸向力的作用，故選用角接觸球軸承。成對(duì)安裝角接觸球軸承：滾子相對(duì)外圈滾道軸向移動(dòng)。通過(guò)軸向預(yù)緊提高支撐剛度。參照工作要求并根據(jù)套筒和圓螺母在左端對(duì)軸承定位取DIII-IV=7mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取角接觸球軸承，其基本尺寸為dDB=8mm15mm4mm，故取DIV-V=8mm，右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得角接觸球軸承的定位軸肩高度h=0.5mm,因此取DV-VI=9mm。 軸承端蓋的總寬度為1.8mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外面與半聯(lián)軸器又端面的距離L=3.5mm，為了使套筒和圓螺母的裝拆方便，軸承端蓋與DII-III之間的距離為1.2mm，故取LII-III=6.5mm。去安裝圓螺母處的直徑DIII-IV=7mm；軸承右端采用套筒定位，套筒長(zhǎng)度為4.5mm，為了使套筒右端面更好的對(duì)軸承進(jìn)行軸向定位，并與軸緊密接觸，取套筒右端面與DIV-V左端面的距離為1.5mm，故取LIV-V=9.5mm，取LIII-IV=6.5mm。 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)縱向工作行程為150mm。同理得出，后邊各軸的直徑和長(zhǎng)度至此已經(jīng)初步確定了各段軸的直徑和長(zhǎng)度。3.3.7軸上零件的軸向定位半聯(lián)軸器與軸的軸向定位采用平鍵定位。由手冊(cè)查得平鍵截面bh=28mmX6mm（GB1096-79），3.3.8確定軸上圓角和倒角尺寸取軸的倒角為。各段軸肩處的圓角半徑見裝配圖。3.4 絲杠螺母副的選用計(jì)算3.4.1絲杠螺母的導(dǎo)程的確定再本設(shè)計(jì)中，電機(jī)與絲杠直接相連，傳動(dòng)比i=1，選擇電機(jī)Y系列異步電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為3.4.2. 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 最大進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 最慢進(jìn)給時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為 則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估計(jì)）為3.4.3. 絲杠的等效負(fù)載上邊已經(jīng)闡明過(guò)了3.4.4. 確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷 查表，取絲杠的工作壽命Th為15000h，同時(shí)取精度系數(shù)fa=1，負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)fw=105，溫度系數(shù)ft=0.95，硬度系數(shù)fh=1，可靠性系數(shù)fk=0.53；平均轉(zhuǎn)速為1000r/min。選用滑動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)，絲杠公稱直徑為，基本導(dǎo)程，絲杠螺母的接觸剛度為1692N/，螺旋升角絲杠的底徑26mm，螺母長(zhǎng)度為210mm，取絲杠的精度等級(jí)為1級(jí)。3.4.5. 臨界壓縮負(fù)荷確定絲杠螺紋部分的長(zhǎng)度LU。LU等于工作臺(tái)的最大行程（750mm）加上螺母長(zhǎng)度（60mm）加兩端余程（20mm）。LU為850mm。支撐跨度L1應(yīng)略大于LU，取為L(zhǎng)1=900mm。絲杠全長(zhǎng)為L(zhǎng)=1000mm。臨界壓縮負(fù)荷為式中E- 材料的彈性模量，；I 絲杠最小截面慣性矩L0最大受壓長(zhǎng)度，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取L0=1100mm；K1安全系數(shù)，一般取K1=1/3；最大軸向工作載荷， ；絲杠支撐方式系數(shù)，查表得，則可見遠(yuǎn)大于，滿足要求3.4.6. 臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算式中 A絲杠最小橫截面：LC臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度：?。话踩禂?shù)，一般為0.8；材料的密度： 絲杠支撐方式系數(shù)，查表，則可見遠(yuǎn)大于，滿足要求。考慮到本設(shè)計(jì)的絲杠較長(zhǎng)，故采用一端固定、另一端游動(dòng)的支撐方式，固定端選用成對(duì)絲杠軸承組合，額定動(dòng)載荷，預(yù)緊力為2000N3.4.7 .計(jì)算軸承動(dòng)載荷 壽命系數(shù)為： 式中 壽命系數(shù)： 可靠性為90%的額定壽命，取為10000h；轉(zhuǎn)速系數(shù)： ；計(jì)算轉(zhuǎn)速取最高轉(zhuǎn)速，??； 故能滿足要求。3.4.8.絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率驗(yàn)算已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度當(dāng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。螺母座剛度。軸向拉壓總剛度為：絲杠拉壓振動(dòng)的固有頻率由計(jì)算可知，絲杠拉壓振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1500r/min，所以能滿足要求。3.5 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 絲杠扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率為： 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1500r/min，所以，能滿足要求。3. 6傳動(dòng)精度計(jì)算絲杠的拉壓剛度 由以上的各條件可知 最小機(jī)械傳動(dòng)剛度為 最大機(jī)械傳動(dòng)剛度 因此得到由于機(jī)械傳動(dòng)裝置所引起的定位誤差為其中，F(xiàn)0為空載時(shí)導(dǎo)軌的靜摩擦力。3.7 導(dǎo)軌的選型及計(jì)算導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。例如車床的床身導(dǎo)軌屬于進(jìn)給導(dǎo)軌，本設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的導(dǎo)軌也屬于進(jìn)給導(dǎo)軌，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌與支撐的靜導(dǎo)軌之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低。滾動(dòng)導(dǎo)軌在兩導(dǎo)軌面間裝有球、滾子或滾針等滾動(dòng)元件，具有滾動(dòng)摩擦性質(zhì)，廣泛的用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌領(lǐng)域。貼塑導(dǎo)軌也具有良好的減摩性。3.7.1滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)及配置直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)支撐中，滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌叫做直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副組件，（見下圖）。圖3-7 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的形狀直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副包括軌條和滑快兩部分。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支撐件上，見上圖。每根導(dǎo)軌條上有兩個(gè)滑塊，固定在移動(dòng)件上。如移動(dòng)件較長(zhǎng)，也可以在一根導(dǎo)軌條上裝3個(gè)或3個(gè)以上滑塊。如移動(dòng)件較重，也可以用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。如果移動(dòng)件的剛度較高，則少裝為好。3.7.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的預(yù)緊直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副分為整體型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副和分離型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。整體型的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副由制造廠用選配不同直線鋼球的辦法來(lái)決定間隙或預(yù)緊?？筛鶕?jù)要求的預(yù)緊定貨，不需自己調(diào)整。分離型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，應(yīng)由用戶根據(jù)需要。3.7.3滾動(dòng)導(dǎo)軌副潤(rùn)滑防護(hù)滾動(dòng)導(dǎo)軌多采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。常用的牌號(hào)為ZL-2鋰基潤(rùn)滑脂（GB7324-87，2號(hào)）它的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)泄露，不需經(jīng)常加油。缺點(diǎn)是塵屑進(jìn)入后易磨損搗鬼，因此對(duì)防護(hù)要求較高。易被污染又難以防護(hù)的地方，可用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。3.8 橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（同以上方法） 3.9 縱向、橫向的移動(dòng)工作臺(tái)的裝配圖見（圖3-1）第4章 夾具的初步設(shè)計(jì)4.1載要機(jī)床夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。為保證工件某個(gè)工序的加工精度要求，必須使工件在機(jī)床相對(duì)測(cè)頭的測(cè)量運(yùn)動(dòng)處于準(zhǔn)確的相對(duì)位置。當(dāng)用夾具裝夾測(cè)量某工件件時(shí)，是通過(guò)夾具來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求的。而要實(shí)現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個(gè)條件：1.工件在夾具中占有正確的測(cè)量位置；2.夾具裝夾在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置；3.測(cè)頭相對(duì)夾具的準(zhǔn)確位置。這里涉及了三層關(guān)系，：零件相對(duì)夾具、夾具相對(duì)機(jī)床、零件相對(duì)機(jī)床。工件的最終精度是由零件相對(duì)機(jī)床獲得的。所以“定位：也涉三層關(guān)系：工件在夾具上的定位、夾具相對(duì)機(jī)床的定位，而工件相對(duì)于機(jī)床的定位是間接通過(guò)夾具來(lái)保證的。工件定位以后必須通過(guò)一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件保持在準(zhǔn)確定位的位置上，否則，在加工過(guò)程中因受外界的影響而發(fā)生位置變化或引起震動(dòng)，破壞原來(lái)的準(zhǔn)確定位，無(wú)法保證測(cè)量要求。這種夾緊力的裝置變是夾緊裝置。夾緊裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算是本章的主要內(nèi)容。4.2機(jī)床夾具的基本要求1穩(wěn)定地保證工件的測(cè)量精度2提高機(jī)械加工的勞動(dòng)強(qiáng)度3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝和勞動(dòng)條件4應(yīng)能降低工件的測(cè)量成本簡(jiǎn)而言之，設(shè)計(jì)夾具時(shí)必須使測(cè)量精度、生產(chǎn)率，勞動(dòng)條件和經(jīng)濟(jì)性等幾方面達(dá)到辨證統(tǒng)一。其中保證測(cè)量精度是基本的要求。為了提高生產(chǎn)率采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)裝置，往往會(huì)