a5-161設(shè)計(jì)類(lèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

1、1緒論3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量原理6設(shè)計(jì)要求82三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)總體設(shè)計(jì)方案8設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容8總體設(shè)計(jì)方案擬訂8三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)92.2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)電路部分設(shè)計(jì)93三坐標(biāo)測(cè)量進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算163.1 進(jìn)給系統(tǒng)電的容量的選擇163.1.13.1.23.1.3電容量的選擇原則16步進(jìn)電步進(jìn)電的概述16的容量的計(jì)算173.2 軸概述173.2.13.2.23.2.3軸的用途17軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容17軸的材料173.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)183.3.13.3.23.3.33.3.43.3.53.3.63.3.73.3.8擬定軸上零件的裝配方案18軸上零件的定位18軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1

2、9初步設(shè)計(jì)軸的最小直徑20擬定軸上零件的裝配方案21根據(jù)軸向定位的要求確定軸的個(gè)段直徑和長(zhǎng)度21軸上零件的軸向定位22確定軸上圓角和倒角尺寸223.4 絲杠螺母副的選用計(jì)算223.4.13.4.23.4.33.4.4絲杠螺母的導(dǎo)程的確定22確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速22絲杠的等效負(fù)載上邊已經(jīng)闡明過(guò)了22確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷22臨界壓縮負(fù)荷3.4.5滾動(dòng)導(dǎo)軌副的預(yù)緊26滾動(dòng)導(dǎo)軌副潤(rùn)滑防護(hù)26橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（同以上方法）26縱向、橫向的移動(dòng)工作臺(tái)的裝配圖見(jiàn)（圖 3-1）26總結(jié)27致謝28參考文獻(xiàn)29附錄301 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

3、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(xiàn)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(lèi)產(chǎn)品問(wèn)世。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的多功能

4、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、件、中型模具件的測(cè)量要求。由于采用開(kāi)放式測(cè)量，從而保證了在現(xiàn)場(chǎng)、在模具制造和仿型、在檢測(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(xiàn)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)和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)

5、采點(diǎn)，也能完成中、小型零的測(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(hù)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、件、中型模具件的測(cè)量要求。由于采用開(kāi)放式測(cè)量，從而保證了在現(xiàn)場(chǎng)、在模具制造和仿型、在計(jì)室里都可以方便的使用。特點(diǎn)：檢測(cè)和設(shè)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(xiàn)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)和深孔進(jìn)行

6、數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零的測(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(hù)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(xiàn)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(kāi)發(fā)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)和處理，空間精度修正不僅使車(chē)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

7、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(hù)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(hù)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(mǎn)足用戶(hù)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

8、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(mǎn)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(hù)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

9、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，據(jù)工件大小選擇測(cè)量機(jī)。（2）、Z 軸與 Z間高度的關(guān)系。Z 軸行程是Z 軸的測(cè)量范圍，而Z間高度是工件能放得下的高度。（3）、接長(zhǎng)桿。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

10、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(lèi)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(lèi)。選用時(shí)，據(jù)檢測(cè)對(duì)象的批量大小、自動(dòng)化程度、操作技術(shù)水平及投入大小去權(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、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(mén)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)量對(duì)復(fù)雜的測(cè)量

11、對(duì)象進(jìn)量，測(cè)量機(jī)應(yīng)有豐富的測(cè)量支持，以完成測(cè)量任務(wù)。如缺少某些，可根據(jù)被測(cè)對(duì)象向生產(chǎn)廠(chǎng)家索取。如果廠(chǎng)方提供了編程方法（多數(shù)廠(chǎng)家不提供），也可自行開(kāi)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(xiàn)或柔性加工線(xiàn)上的測(cè)量機(jī)，檢測(cè)的時(shí)間必須滿(mǎn)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。7、滿(mǎn)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)

12、量段和環(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)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)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

13、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(chēng) 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、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(chē)、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(chē)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)成為一種比較成傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備

14、，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、

15、件、中型模具件的測(cè)量要求。由于采用開(kāi)放式測(cè)量，從而保證了在現(xiàn)場(chǎng)、測(cè)和設(shè)計(jì)室里都可以在模具制造和仿型、在方便的使用。檢圖 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?xún)?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，便于大型工件的裝卸。這種類(lèi)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

16、，可以按用戶(hù)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(chēng)工件的測(cè)量檢測(cè)與劃線(xiàn)操作。測(cè)量機(jī)可以根據(jù)使用要求，選配測(cè)量或 XDmis 測(cè)量。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)，可以選用測(cè)量。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)；3，4，電氣控制硬件系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（測(cè)量）；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，

17、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(xiàn)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)和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零的測(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(hù)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)品總裝圖和裝配圖時(shí)要注意設(shè)計(jì)的科

18、學(xué)性和條理性。設(shè)計(jì)一個(gè)，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(lèi)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)

19、，對(duì)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和各類(lèi)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。2 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

20、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(lèi)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(lèi)型，設(shè)計(jì)的過(guò)程隨設(shè)計(jì)類(lèi)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)品需求，進(jìn)行可行性分析，制定設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書(shū)。與的基礎(chǔ)上識(shí)別產(chǎn)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)，

21、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?？傮w設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致包括主參數(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(shū)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守有關(guān)，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(jiàn)的是三個(gè)直線(xiàn)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

22、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(shū)以 S7-200 系列 PLC 為目標(biāo)機(jī)型，介紹西門(mén)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(mén)子 SIMATIC PLC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)儲(chǔ)卡、寫(xiě)入器、文本顯示器等。包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存（1）基本單元S7-200 系列 PLC 中可提供 4 種不同的基本

23、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(jiàn)表 2-1：表 2-1S7-200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本單元（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 2-2S7-200 系列 PLC 擴(kuò)展單元型號(hào)及輸入輸出點(diǎn)數(shù)類(lèi) 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型 號(hào)輸 入點(diǎn)輸 出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU22164S7-200CPU

24、222862 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)（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(hù)程序的編制、和管理等，并將用戶(hù)程序送入 PLC 中，在調(diào)試過(guò)程中，進(jìn)行和故障檢測(cè)。S7-200 系列 PLC 可采用多種編程器，一般

25、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，將的編程裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7-200 系列 PLC 的專(zhuān)用編程為 STEP7-Micro/WIN。（4）程序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(xiě)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。程序卡 EEPROM 有 6ES 7291-8GC0

26、0-0XA0 和 6ES7291-8GD00-0XA0 兩種，程序容量分別為 8K 和 16K 程序步。（5）.寫(xiě)入器寫(xiě)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(xiě)入器傳送到 RAM 區(qū)。到程序卡中，或?qū)?PLC 中程序卡中的程序通過(guò)寫(xiě)入器（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

27、個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)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。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）一般性能模擬量擴(kuò)展模塊EM2313無(wú)EM232無(wú)2EM23531S7-200 CPU224 的一般性能如表 2-3 所示。表 2-3S7-200 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8601080

28、hPa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程序器8K 字節(jié)/典型值為 2.6K 條指令數(shù)據(jù)器2.5K 字器子模塊1 個(gè)可的器子模塊數(shù)據(jù)后備整個(gè) BD1 在 EEPROM 中無(wú)需在 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），電池后備 200 天編程語(yǔ)言L(fǎng)AD，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)行循環(huán)。中斷控制，定時(shí)控制（1255ms）子程序級(jí)8 級(jí)用戶(hù)

29、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300ms（可重啟動(dòng)）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，10ms5min（2）輸入特性S7-200 CPU224 的輸入特性如表 2-4 所示。表 2-4S7-200 CPU224 輸入特性（3）輸出特性S7-200 CPU224 輸出特性如表 2-5 所示。表 2-5S7-200 CPU224 的輸出特性類(lèi)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

30、（4-30V） AC24-230V（20-250V）輸出電壓“1 信號(hào)”：最小 DC 20VL+/L-光耦，5 點(diǎn)繼電器，3 點(diǎn)和 4類(lèi)型源型或匯型輸入電壓DC 24V，“1 信號(hào)”：14-35A，“0 信號(hào)”：0-5A，光耦，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 30kHz236 個(gè)定時(shí)器，100ms54min接口一個(gè) RS485 通口可連接的編程器/PCPG740PII，PG760PII，PC（AT）本機(jī) I

31、/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)S7-200 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(lèi)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(hù)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/

32、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(lèi)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

33、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?；締卧ㄟ^(guò)其右側(cè)的擴(kuò)展接口用總線(xiàn)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(xiàn)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、熱電阻的連接備有接口。用戶(hù)通過(guò)模塊上的 DIP 開(kāi)關(guān)來(lái)選擇熱電偶或熱電阻的類(lèi)型，接線(xiàn)方式，測(cè)量和開(kāi)路故障

34、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。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(kāi)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，AC200W表 2-6S7-200 系列 PLC 輸入/輸出擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)性能2.3

35、 主要參數(shù)的設(shè)定直線(xiàn)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類(lèi)型數(shù)字量擴(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊型號(hào)M22 1EM22 2EM223EM231EM232EM235輸入點(diǎn)無(wú)4/8/163無(wú)3輸出點(diǎn)84/8/16無(wú)21組點(diǎn)數(shù)24無(wú)無(wú)無(wú)輸入電壓C24 VDC24V輸出電壓DC

36、24V 或 AC24-230 VDC24V或AC24-230VA/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間250s250s分辨率12bit A/D轉(zhuǎn)換電壓：12bit電流：11bit12bit A/D轉(zhuǎn)換3.三坐標(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)電的容量的選擇3.1.1 電容量的選擇原則在機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中選擇一臺(tái)合適的電是極為重要的。電的選擇主要是容量的選擇，如果電的容量選小了，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)、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。選擇電據(jù)以下三項(xiàng)基本原則進(jìn)行。（1）發(fā)熱：電在運(yùn)行時(shí)，必須保證電的實(shí)際最高工作溫度等于或略小于電機(jī)允許的

37、最高工作溫度。（2）過(guò)載能力：電再運(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)，由于電的熱慣性較大，電在短期內(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)，決定電容量的主要不是發(fā)熱而是電的過(guò)載能力。既所選電的最大轉(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：3.3 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：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝零件的類(lèi)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

38、結(jié)構(gòu)形式。但軸的結(jié)構(gòu)形式都必須滿(mǎn)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1零件的軸

39、向定位定位，保證其準(zhǔn)確的工作位置。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(kāi)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

40、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(xiāo)鎖定軸端擋圈，也可采螺釘加止動(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。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(mǎn)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

41、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(lèi)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的軸承類(lèi)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

42、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

43、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 b h=28mmX6mm（GB1096-79），3.3.8 確定軸上圓角和倒角尺寸取軸的倒角為I 絲杠最小截面慣性矩式中總結(jié)隨著現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，零件的加工趨于縮小化，這就對(duì)其加工精度提出了很高的要求，本設(shè)計(jì)三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)就適應(yīng)了現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展，將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量空間，可獲

44、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。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)檢測(cè)技術(shù)發(fā)生著極其深刻的和巨大的變化，尤其對(duì)測(cè)量精度的高要求，它依托的理論基礎(chǔ)和技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)不限于測(cè)量學(xué)，還包括傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制等等。該設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)在總結(jié)了前人的工作基礎(chǔ)上，詳細(xì)的對(duì)測(cè)頭和進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)用化、智能化的改進(jìn)。 主要表現(xiàn)在現(xiàn)代傳統(tǒng)的波動(dòng)檢測(cè)沒(méi)有被采用，而采用了機(jī)械測(cè)量，看上去是比較古老，而結(jié)合當(dāng)代電子技術(shù)和控制就與眾不同了。單片機(jī)技術(shù)測(cè)量比較穩(wěn)定，LED 顯示也是比較準(zhǔn)確精確，比傳統(tǒng)的機(jī)械測(cè)量方法自動(dòng)技術(shù)提高了，

45、顯示也相對(duì)精確了，而不在因?yàn)椴牧系牟煌绊憸y(cè)量精度了，只要是在測(cè)量范圍內(nèi)的各種可以測(cè)量，大大擴(kuò)大了測(cè)量的范圍，同時(shí)也提高了工作生產(chǎn)效率。由于造價(jià)不高，也能發(fā)展中小企業(yè)，它會(huì)成為壁厚檢測(cè)的一種主流方式。致謝的畢業(yè)設(shè)計(jì)也已經(jīng)到了尾聲階段，半學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，的完成標(biāo)志著四年的大學(xué)學(xué)習(xí)即將結(jié)束，也意味著，新的生活即將開(kāi)始。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的半年里，我學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)也得到了很多經(jīng)驗(yàn)，給我即將結(jié)束的大學(xué)生活留下了很多值得回憶的經(jīng)歷，也給了我許多日后可以借鑒的豐富經(jīng)驗(yàn)。這篇的題目涉及到的領(lǐng)域是現(xiàn)今最流行的技術(shù)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)技術(shù)，這是我今后的發(fā)展方向，我對(duì)在畢業(yè)之前就能接觸并深入了解這一科目而感

46、到其慶幸，因此我在這里要特別感謝指導(dǎo)教師老師。衷心感謝老師在這近半年的時(shí)間來(lái)對(duì)指導(dǎo)和教誨。您開(kāi)闊的思維、敏銳的洞察力一直給我很大的啟發(fā)。唯一的遺憾是自己不夠主動(dòng)，錯(cuò)過(guò)了許多與您交流的機(jī)會(huì)。同時(shí)還要對(duì)班級(jí)同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予無(wú)私幫助，再次一并表示感謝。畢業(yè)設(shè)計(jì)將給我四年的大學(xué)生活畫(huà)上的，這是我人生一個(gè)最重要的階段，也是我最重要的人生經(jīng)歷。它預(yù)示我新生活的開(kāi)始，我將會(huì)更珍惜以后的每一個(gè)人生階段，因?yàn)槊恳欢稳松?jīng)歷都將影響著生活，導(dǎo)致我或成功或失敗，因此我將認(rèn)真過(guò)好每一天。參考文獻(xiàn)呂 明.2001.6姜玉田3.4.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ). 第一版.理工大學(xué).年:畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖.黑龍江科技學(xué)院技術(shù)數(shù)控

47、機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 同濟(jì)大學(xué)2002620046機(jī)械設(shè)計(jì)編著高等教育第七版2001化學(xué)65.6.人Sensors in Manufacturing20056現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì)2004 319781991。19787.龔定安8.9.10.11.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理機(jī)械加工工藝手冊(cè)機(jī)械加工工藝詞典。西安 。陜西科學(xué)：機(jī)械工業(yè)：科學(xué)技術(shù)夾具工程師手冊(cè)。哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)，19871997機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 。：化學(xué)工業(yè)。12.東北重型機(jī)械學(xué)院等，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)。：科學(xué)技術(shù)，1998，199413.14.15.116.17.18.19.機(jī)械制造工藝學(xué)。第三版 ，黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造工程學(xué)

48、。：工業(yè)廣播電視大學(xué)，1997，1994，1999機(jī)械制造學(xué)：時(shí)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) ，機(jī)械制造工程基礎(chǔ) ，：華中理工大學(xué)：輕工業(yè)：機(jī)械工業(yè)，1988，1999，1999機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械制造技術(shù)，機(jī)械制造工程學(xué)，：機(jī)械工業(yè)20.郭熾盛等，廣州：華南理工大學(xué)，1997附錄三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭的誤差校準(zhǔn)內(nèi)容摘要:經(jīng)過(guò)幾十年的快速發(fā)展，坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)已臻成熟，測(cè)量精度得到極大提高，測(cè)量功能更加強(qiáng)大，操作界面也日益完善，生產(chǎn)廠(chǎng)家遍布全球，開(kāi)發(fā)出了適于不同用途的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)型。幾十年的發(fā)展充分證明，現(xiàn)代三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，具有通用、靈活、高效等特點(diǎn)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制完成各種復(fù)雜零件的測(cè)量，符

49、合機(jī)械制造業(yè)中柔性自動(dòng)化發(fā)展的需要，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)產(chǎn)對(duì)測(cè)量技術(shù)高精度、高效率要求。除用于空間尺寸及形位誤差的測(cè)量外，應(yīng)用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)未知數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜曲面進(jìn)量，提取復(fù)雜曲面的原始形狀信息，重構(gòu)被測(cè)曲面，實(shí)現(xiàn)被測(cè)曲面的數(shù)字化，不僅是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，也是反求工程中的之一，近年來(lái)也得到快速發(fā)展。：補(bǔ)償誤差探針找正校準(zhǔn)三維特性觸發(fā)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及其特點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種具有很強(qiáng)柔性的尺寸測(cè)量設(shè)備，CMM 在工業(yè)界的應(yīng)用開(kāi)始于對(duì)棱柱零件的快速、精確測(cè)量。但隨著 CMM 各方面技術(shù)的發(fā)展（如回轉(zhuǎn)工作觸發(fā)式測(cè)頭的產(chǎn)生），特別是計(jì)算機(jī)的 CMM 的出現(xiàn)，目前，CMM 已廣泛應(yīng)用于對(duì)各類(lèi)零件的自動(dòng)檢測(cè)。與投

50、影儀、輪廓測(cè)量?jī)x、圓度測(cè)量?jī)x、激光測(cè)量?jī)x等比較， CMM 具有適應(yīng)性強(qiáng)，功能完善等特點(diǎn)。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的出現(xiàn)，不僅提高了檢測(cè)設(shè)備的水平，而且在自動(dòng)化檢測(cè)中也是一個(gè)生重要的突破。CMM 在自動(dòng)化程度方面有很大的差別。計(jì)算機(jī)控制的 CMM 具有自動(dòng)執(zhí)行檢測(cè)、分析檢測(cè)數(shù)據(jù)和輸出檢測(cè)結(jié)果的功能，而一般的 CMM 僅有手動(dòng)控制功能或手動(dòng)控制加示教功能。目前，隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高和價(jià)格降低，絕大部分CMM 均配有計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)可對(duì)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以判別被控件是否合格。同時(shí)也可以使用統(tǒng)計(jì)技術(shù)來(lái)確定工藝能力是否滿(mǎn)足，分析誤差等來(lái)源。除了再質(zhì)量檢測(cè)方面使用 CMM 外，CMM 還可以用于對(duì)實(shí)物的仿物

51、的信制加工中，即所謂逆向工程。在這種情況下，由 CMM 測(cè)量實(shí)際工件，并將測(cè)量所得的數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)中，由 CAD/CAM 系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，建立 CAD 模型，并進(jìn)一步生成加工指令來(lái)指導(dǎo)加工。CMM 測(cè)頭測(cè)頭是 CMM 非常重要的，可以這樣說(shuō)，測(cè)頭的發(fā)展先進(jìn)程度就標(biāo)志著CMM 的發(fā)展先進(jìn)程度。CMM 可以配置不同類(lèi)型的測(cè)頭傳感器。接觸類(lèi)的測(cè)頭主要包括觸發(fā)式、模擬式兩種。非接觸式包括激光三角測(cè)量、激光成像、機(jī)器視覺(jué)等。最初人們使用 CMM 時(shí)，由操作移動(dòng)坐標(biāo)軸，所用的測(cè)頭是剛性的，當(dāng)剛性測(cè)頭以一定的接觸力接觸到被測(cè)表面時(shí)，人為下各坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值。這種初期的 CMM 不可能具有自動(dòng)檢測(cè)的能

52、力，使用范圍受到了極大的限制。但是由于它具有了三坐標(biāo)的雛形，在使用測(cè)頭鉆孔的位置時(shí)也相當(dāng)有效。CMM 能被廣泛地應(yīng)用，其主要的一個(gè)原因是發(fā)明了觸發(fā)式測(cè)頭，觸發(fā)式測(cè)頭的最大功能是它的觸發(fā)功能，即當(dāng)探針接觸被測(cè)表面并有一定的微笑位移時(shí)，測(cè)頭就發(fā)出一電信號(hào)，利用此信號(hào)可以立即鎖定當(dāng)前坐標(biāo)軸的位置，從而自動(dòng)坐標(biāo)值。觸發(fā)式測(cè)頭是由公司發(fā)明的，現(xiàn)在該公司生產(chǎn)一系列的觸發(fā)式測(cè)頭，可用于 CNC 加工中心公司的生產(chǎn)的 CMM 測(cè)頭現(xiàn)已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配置，廣泛地用于各大生產(chǎn)廠(chǎng)家的 CMM 上。常見(jiàn)的測(cè)頭再運(yùn)動(dòng)學(xué)上，探針處于由三個(gè)圓柱棒 6 個(gè)球組成的 6 個(gè)觸點(diǎn)唯一確定的位置上，用一個(gè)輕型的有參緊力的彈簧維持這一

53、位置。6 個(gè) 觸點(diǎn)圖中的方式依次連接，并接一個(gè)恒定電流電源。當(dāng)探針接觸被測(cè)表面，并產(chǎn)生微小位移時(shí)，6 個(gè)觸點(diǎn)中將有一個(gè)或一個(gè)以上的觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而使回路中的電阻迅速增大。當(dāng)回路中的電阻增大到一定數(shù)值時(shí)，兩端超過(guò)一定數(shù)值的電壓將將起到開(kāi)關(guān)電路發(fā)出信號(hào)。利用此信號(hào)就可以當(dāng)前的測(cè)量位置數(shù)據(jù)。這種測(cè)頭的特點(diǎn)是具有三維特性，即 X,Y,Z 三個(gè)方向的移動(dòng)接觸均能引起觸發(fā)。因此，可以從不同的方向接觸被測(cè)表面，而不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。在觸發(fā)式測(cè)頭進(jìn)量的過(guò)程中，探針必須偏移一個(gè)固定的數(shù)量才會(huì)觸發(fā)開(kāi)關(guān)，因此，測(cè)量結(jié)果中要對(duì)這段偏移進(jìn)行補(bǔ)償。探針接觸被測(cè)表面后，為了避免移動(dòng)過(guò)量而折段，探針需要反方向退出一定距離。因此測(cè)

54、量速度比硬探頭掃描測(cè)量速度低。CMM 是用探針端部球的中心坐標(biāo)值作為點(diǎn)的輸入數(shù)據(jù)。因此，在測(cè)量時(shí)必須用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄍ茢鄿y(cè)頭端部球與被測(cè)零件的觸點(diǎn)位置。在非 CAD 指導(dǎo)的檢測(cè)系統(tǒng)中，通常在觸點(diǎn)附近作三點(diǎn)測(cè)量，從而近似地找出通過(guò)該三點(diǎn)的平面法線(xiàn)，這不僅要耗費(fèi)很多時(shí)間，從而測(cè)量精度也比較低。在 CAD 指導(dǎo)的檢測(cè)系統(tǒng)中可以根據(jù)被測(cè)工件的 CAD 模型直接計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)法向，讓測(cè)頭從法向接觸被測(cè)點(diǎn)，這樣就比較容易判斷觸點(diǎn)的位置。如圖所為觸點(diǎn)坐標(biāo)，為測(cè)頭端部球心坐標(biāo)，8，a 分別為測(cè)點(diǎn)法向與 z 軸夾角及法向在 xy 平面內(nèi)投影與 y 軸夾角，則接觸點(diǎn)的坐標(biāo)可表示為：x=x-RsinB.sinay=x-R

55、z=X-Rsinb.sinasinb.sina圖所示為探針的形狀。它的作用是為紅寶石球提供一個(gè)固定的支撐，當(dāng)探針接觸被測(cè)表面時(shí)，探針的微笑移動(dòng)可觸發(fā)開(kāi)關(guān)，從而發(fā)出信號(hào)。探針有不同的類(lèi)型。，根據(jù)不同的需要可以選擇不同的類(lèi)型的探針。為了獲得較高的測(cè)量精度，建議在實(shí)際測(cè)量時(shí)遵循以下兩條原則：1、盡量使用長(zhǎng)度短的和剛性好的探針。測(cè)量時(shí)探針的彎曲越大，偏移越大，測(cè)量的重復(fù)精度就越低。2、盡量選用直徑大的紅寶石探針。選用直徑大的紅寶石探針，一方面可以減小加工表面缺陷時(shí)測(cè)量精度的影響，另一方面可以增大探針的有效工作長(zhǎng)度。如圖 7-8所示。1 測(cè)頭的分類(lèi)測(cè)量頭作為測(cè)量傳感器，是坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)中非常重要的。三坐標(biāo)

56、測(cè)量機(jī)的工作效率、精度與測(cè)量頭密切相關(guān)，沒(méi)有先進(jìn)的測(cè)量頭，就無(wú)法發(fā)揮測(cè)量機(jī)的卓越功能。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了新型測(cè)頭的研制，新型測(cè)頭的開(kāi)發(fā)又進(jìn)一步擴(kuò)大了測(cè)量機(jī)的應(yīng)用范圍。按測(cè)量方法，可將測(cè)頭分為接觸式（觸發(fā)式）和非接觸式兩大類(lèi)。觸發(fā)式測(cè)量頭又分為機(jī)械接觸式測(cè)頭和電氣接觸式測(cè)頭；非接觸式測(cè)頭則包括光學(xué)顯微鏡、電視掃描頭及激光掃描頭等。本文的重點(diǎn)為觸發(fā)式測(cè)頭。(1)機(jī)械接觸式測(cè)頭接觸式測(cè)頭又稱(chēng)為“剛性測(cè)頭”、“硬測(cè)頭”，一般用于“靜態(tài)”測(cè)量，大多作為接觸元件使用。這種測(cè)頭沒(méi)有傳感系統(tǒng)，無(wú)量程、不發(fā)訊，只是一個(gè)純機(jī)械式接觸頭。機(jī)械接觸式測(cè)頭主要用于手動(dòng)測(cè)量。由于人工直接操作，故測(cè)頭的測(cè)量力不易控制，

57、只適于作一般精度的測(cè)量。由于其明顯的缺點(diǎn)，目前這種測(cè)頭已很少使用。(2)電氣接觸式測(cè)頭電氣接觸式測(cè)頭又稱(chēng)為“軟測(cè)頭”，適于動(dòng)態(tài)測(cè)量。這種測(cè)頭作為測(cè)量傳感器，是唯一與工件接觸的，每測(cè)量一個(gè)點(diǎn)時(shí)，測(cè)頭傳感部分總有一個(gè)“接觸偏轉(zhuǎn)發(fā)訊回復(fù)”的過(guò)程，測(cè)頭的測(cè)端與被測(cè)件接觸后可作偏移，傳感器輸出模擬位移量的信號(hào)。這種測(cè)頭不但可用于瞄準(zhǔn)(即過(guò)零發(fā)訊)，還可用于測(cè)微(即測(cè)出給定坐標(biāo)值的偏差值)。因此按其功能，電氣接觸式測(cè)頭又可分為作瞄準(zhǔn)用的開(kāi)關(guān)測(cè)頭和具有測(cè)微功能的三向測(cè)頭。電氣接觸式測(cè)頭是目前使用最多的測(cè)頭。2 測(cè)球半徑補(bǔ)償誤差測(cè)針的選擇正確選擇和使用測(cè)頭是影響坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度的重要。測(cè)針安裝在測(cè)頭上，是測(cè)量系統(tǒng)中直接接觸工件的部分，它與測(cè)頭的通訊式連接稱(chēng)作觸發(fā)信號(hào)。如何選用合適的測(cè)針類(lèi)型和規(guī)格取決于被測(cè)工件的特征，但是在任何情況下，測(cè)針的剛性和測(cè)球的球度都是不可