經(jīng)濟(jì)型三座標(biāo)測量機(jī)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型三坐標(biāo)測量機(jī)的課題設(shè)計(jì)1 簡介測量機(jī)（CMM ）是1960年代發(fā)展起來的一種新型高效精密測量儀器。它的出現(xiàn)，一方面是由于自動化機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的高效加工，使越來越多的復(fù)雜形狀零件與快速可靠的測量設(shè)備相匹配；另一方面，由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)和精密加工技術(shù)的發(fā)展，為三坐標(biāo)測量機(jī)的生產(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。近40年來，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電子、汽車和航空航天等行業(yè)?？蓹z測零部件的尺寸、形狀及相互位置，如箱體、導(dǎo)軌、輪子、葉片、圓柱體、凸輪、齒輪、形狀等空間輪廓的測量。此外，還可用于劃線、定心孔、光刻集成電路等，并可掃描連續(xù)曲面，為數(shù)控機(jī)床編制加工程序。因其通用性強(qiáng)、測量范圍大、

2、精度高、性能好，以及與柔性制造系統(tǒng)連接的能力，已成為大型精密儀器，因此被稱為“測量中心”。三坐標(biāo)測量機(jī)作為一種現(xiàn)代大型精密測量儀器，日益顯示出其重要性和廣闊的發(fā)展前景?？奢p松測量空間的三維尺寸，可實(shí)現(xiàn)在線檢測和自動測量。其優(yōu)點(diǎn)是： = 1 * GB3通用性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)空間坐標(biāo)點(diǎn)的測量，輕松檢測各零件的三維輪廓尺寸和位置精度； = 2 * GB3測量準(zhǔn)確可靠； = 3 * GB3可方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和程序控制。到 1960 年代末，近 10 個國家的 30 多家公司在生產(chǎn)三坐標(biāo)測量機(jī)，但這一時期三坐標(biāo)測量機(jī)仍處于起步階段。進(jìn)入1980年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、Mitutoyo

3、、SIP、FERANTI、MOORE等為代表的多家公司不斷推出新產(chǎn)品，加速了CMM的發(fā)展。我國自1970年代引進(jìn)和發(fā)展CMM以來也取得了長足的進(jìn)步。我國主要生產(chǎn)廠家有中國航空精密機(jī)械研究所、千少英科發(fā)測量設(shè)備、機(jī)床廠、機(jī)床研究所等。1.1 CMM的要求和研究意義近年來，工業(yè)生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，特別是機(jī)床、機(jī)械、航空航天和電子工業(yè)興起后，各種復(fù)雜零件的開發(fā)和生產(chǎn)需要先進(jìn)的檢測技術(shù)和儀器，從而體現(xiàn)了三維測量技術(shù)的發(fā)展。三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)運(yùn)而生并迅速發(fā)展。這三個坐標(biāo)是根據(jù)以下客觀要求開發(fā)的：越來越多的零件需要3D測量，傳統(tǒng)的測量方法已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要。由于機(jī)械加工。隨著數(shù)控機(jī)床加工和自動化加工流水線

4、的發(fā)展，生產(chǎn)周期加快，加工一個零件只需幾十分鐘或幾分鐘，這就需要加快復(fù)雜工件的檢測速度。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和加工精度的不斷提高，除了需要在測量室進(jìn)行高精度三坐標(biāo)測量外，為了方便工件的直接檢測，還需要在生產(chǎn)線或加工車間。檢測次數(shù)增加，科學(xué)管理程度加強(qiáng)，需要各種精度的三坐標(biāo)測量機(jī)。實(shí)現(xiàn)逆向工程需求?？梢?，三坐標(biāo)測量機(jī)的出現(xiàn)標(biāo)志著測量儀器領(lǐng)域的一次重大變革，在檢測技術(shù)領(lǐng)域起到了里程碑式的作用。三坐標(biāo)測量機(jī)對測量技術(shù)的重要作用主要表現(xiàn)在：成功解決了箱體零件、葉片和齒輪、汽車和飛機(jī)等的孔徑和空位等外輪廓尺寸檢測問題。精度有所提高，部分坐標(biāo)測量機(jī)單軸精度可達(dá)0.001mm。由數(shù)控機(jī)床和加工中心組成的生

5、產(chǎn)線乃至柔性制造系統(tǒng)都離不開三坐標(biāo)測量機(jī)。這些不一定要一起使用才能有效提高效率。1.2 CMM的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及動態(tài)1.2.1三坐標(biāo)的分類三坐標(biāo)測量機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電子工業(yè)、汽車和航空航天工業(yè)。不僅可用于零部件尺寸、形狀及相互位置的檢測，如箱體、導(dǎo)軌、渦輪及葉片、氣缸體、凸輪、齒輪、型材等空間輪廓的測量.，但也與靈活的制造系統(tǒng)兼容。連接以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造和檢測的集成。由于通用性強(qiáng)、測量范圍大、精度高、效率高、性能好等特點(diǎn)，1956年英國FERANTI公司研制成功了世界上第一臺測量機(jī)。當(dāng)時的測量方法是探頭接觸工件后，使用腳踏板記錄當(dāng)前坐標(biāo)值，然后使用計(jì)算器計(jì)算元素之間的位置關(guān)系。自1959年

6、在英國制造出世界上第一臺三坐標(biāo)測量機(jī)以來，短短40多年的歷史就取得了飛速發(fā)展。它經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段，逐漸形成了以下幾類：手動數(shù)顯及打印式該型三坐標(biāo)測量機(jī)主要用于幾何尺寸測量，可以顯示和打印被測點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但要獲得所需的幾何尺寸和形位誤差，需要人工操作，其技術(shù)水平低，用電傳系統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)雖然解決了數(shù)據(jù)打印的問題，但記錄的數(shù)據(jù)還是需要人工計(jì)算。比如在測量機(jī)上測量孔距實(shí)際上是測量孔上各點(diǎn)的x和y坐標(biāo)，需要計(jì)算處理才能得到結(jié)果，人工計(jì)算工作量很大，所以這種測量機(jī)有目前已被淘汰。帶電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理帶小型電子計(jì)算機(jī)的測量機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)據(jù)輸入部分、數(shù)據(jù)處理部分和數(shù)據(jù)輸出部分。利用計(jì)算機(jī)對測

7、量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可完成工件安裝傾角的自動修正計(jì)算、坐標(biāo)變換、孔中心距計(jì)算、偏差值計(jì)算等數(shù)據(jù)處理工作。此外，可以預(yù)先存儲一定量的數(shù)據(jù)，通過計(jì)量軟件存儲所需測量件的數(shù)學(xué)模型，對曲面輪廓進(jìn)行掃描測量。這種類型的 CMM 可以是手動的或電動的。計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）是手動或機(jī)動。零件的測量）和一些對精度要求較高或?qū)y力有一定要求的零件（如非金屬材料或薄壁零件等） ，手工操作費(fèi)力，不能保證檢測精度，所以計(jì)算機(jī)數(shù)值開發(fā)了控制坐標(biāo)測量。機(jī)器。該測量機(jī)可以像數(shù)控機(jī)床一樣根據(jù)編程的程序自動測量。計(jì)算機(jī)讀取存儲在磁盤中的程序，經(jīng)過信息處理后，由數(shù)控伺服機(jī)構(gòu)控制測量機(jī)按程序進(jìn)行自動測量，并將測量結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)，按照規(guī)

8、定進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。測量要求，數(shù)據(jù)自動打印或以磁盤形式輸出。 .1.2.2三坐標(biāo)測量機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀30 年來才發(fā)展起來的。國外著名廠商有HEXAGON集團(tuán)（Leitz Company、 DEA Company、 Brown & Sharpe Company ） 、 Zeiss Company、Mitutoyo Company等。自 1980 年代以來，中國引進(jìn)和發(fā)展了坐標(biāo)測量機(jī)。除前哨郎浦公司外，航空精密機(jī)械研究所（ 303） 、機(jī)床研究所、機(jī)床廠、機(jī)床廠、新天光學(xué)儀器廠也相繼涉足。三坐標(biāo)場。他們基本上是進(jìn)口國外的生產(chǎn)許可證，但由于種種原因，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品在1980年代一直處于國際水平，市場份額逐年

9、下降?，F(xiàn)在大部分已經(jīng)退出三坐標(biāo)測量機(jī)市場。前哨公司走的是吸收學(xué)習(xí)、自主發(fā)展的道路。隨著QIC數(shù)控系統(tǒng)的引進(jìn)，我國數(shù)控測量技術(shù)的整體制造水平大大提高，公司產(chǎn)品在國際市場上的競爭力增強(qiáng)，我國在數(shù)控領(lǐng)域?qū)膺M(jìn)口的依賴測量發(fā)生了變化。我公司的產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)了中國三坐標(biāo)市場53%的份額，而其他國家公司的市場份額總和不到5% ，其余的市場被幾家國外公司瓜分。前哨特朗普現(xiàn)在遙遙領(lǐng)先于國內(nèi)同行，位居國際CMM集團(tuán)前列，取代進(jìn)口。(1) 國外概況國外的坐標(biāo)測量機(jī)廠家很多，系列多品種，而且大多具有劃線功能。國外著名廠商有德國蔡司、萊茲、意大利DEA、美國布朗夏普、日本三豐等。一般來說，國外機(jī)器有以下特點(diǎn)： a大部

10、分機(jī)器整體布局為懸臂式，空間開度好，便于大型零件或整車安裝。乙。采用“AutoCAD”和有限元法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)合理，造型美觀； C 。專用開發(fā)力量強(qiáng)，有很多專用軟件和配件，可以滿足更多用戶的特殊需求；高剛性、低慣性； e .配備21項(xiàng)誤差補(bǔ)償軟件，可廉價提高機(jī)床精度； f .配備32位DSP連續(xù)軌跡控制系統(tǒng)，是一種性能優(yōu)于CPU的數(shù)據(jù)信號處理器，是一種超大規(guī)模集成電路。除了其高級計(jì)算和控制功能外，它還存儲了許多高級語言程序供開發(fā)使用； G。絕大多數(shù)機(jī)器采用雷尼紹（英國）的電測頭，功能齊全，質(zhì)量可靠； h .配備功能齊全的控制測量軟件、專用和糾錯軟件；我。機(jī)器性能高度穩(wěn)定可靠，使用壽命長；

11、。三坐標(biāo)測量機(jī)與計(jì)算機(jī)工作站和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)； 。三坐標(biāo)測量機(jī)技術(shù)近十幾年來發(fā)展迅速，尤其是數(shù)控系統(tǒng)和測量軟件每兩三年更新一次；升。系列品種齊全，“三化”（即標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化）程度高。(2) 國家概況我國自1970年代引進(jìn)和發(fā)展CMM以來也取得了長足的進(jìn)步。從中國進(jìn)口最多的產(chǎn)品有：蔡司和萊茲、意大利DEA、美國布朗夏普、日本三豐等公司。全國的生產(chǎn)單位也有了很大的發(fā)展。主要生產(chǎn)廠家有中國航空精密機(jī)械研究所、千少英科發(fā)量具、機(jī)床廠、機(jī)床研究所、量具廠、機(jī)床廠和新天光儀表廠等?，F(xiàn)在，我國已具備生產(chǎn)數(shù)百臺的能力。每年都有各種類型的坐標(biāo)測量機(jī)。全國三坐標(biāo)測量機(jī)近十年發(fā)展迅速，但與國外相比仍有一定差距

12、，主要表現(xiàn)在：系列品種少，“三化”程度低；新產(chǎn)品開發(fā)周期長，主要是元器件與材料難以匹配；加工周期長等；產(chǎn)品穩(wěn)定性差，尤其是電控系統(tǒng)，可靠性差，故障率比較高，使用壽命比較低，軟件功能比較少，特別是專用軟件。與計(jì)算機(jī)工作站和數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)幾乎沒有問題。只有少數(shù)測量機(jī)剛剛啟動，大部分機(jī)器還沒有啟動這項(xiàng)工作，需要進(jìn)一步的開發(fā)和研究。1.2.3三坐標(biāo)測量機(jī)的發(fā)展趨勢目前，國外正在探索簡單、快速、簡便、高精度的測試方法，如采用綜合糾錯法來提高三坐標(biāo)測量機(jī)的精度。三坐標(biāo)測量機(jī)的測量精度和工作效率與測量頭密切相關(guān)。高精度測量頭的研制是三坐標(biāo)測量機(jī)研究的一個重要方面。先進(jìn)制造技術(shù)、各種工程項(xiàng)目和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要也不

13、斷對三坐標(biāo)測量機(jī)提出新的更高的要求。三坐標(biāo)測量頭的主要作用是實(shí)現(xiàn)三維瞄準(zhǔn)，部分三坐標(biāo)測量頭也可用于測微。三坐標(biāo)測量機(jī)的測頭精度要求高。一般高精度型測頭單向重復(fù)精度應(yīng)達(dá)到0.1微米，三向綜合精度應(yīng)達(dá)到0.2-0.5微米。在某些情況下，不僅要求三坐標(biāo)測量頭能夠瞄準(zhǔn)并發(fā)出信號，而且還要求能夠?qū)崿F(xiàn)測量。這種情況下，要求測量范圍大、線性好、精度高。從目前國外三坐標(biāo)的發(fā)展和科技生產(chǎn)對三坐標(biāo)的要求來看，發(fā)展趨勢可歸納如下：提高測量精度以及通用和高速測量。精密級三坐標(biāo)測量機(jī)可以測量空間中任意點(diǎn)的坐標(biāo)精度到微米級。然而，現(xiàn)代超精加工和科學(xué)研究往往提出納米級的精度要求。質(zhì)量和效率一直是衡量各種機(jī)器性能和生產(chǎn)過程優(yōu)

14、劣的兩個主要指標(biāo)。傳統(tǒng)觀念是保證測量精度，測量速度不宜過高。隨著生產(chǎn)節(jié)奏的不斷加快，用戶在要求測量機(jī)保證測量精度的同時，對三坐標(biāo)測量機(jī)的測量速度提出了越來越高的要求。提高測量效率?，F(xiàn)代生產(chǎn)節(jié)奏不斷加快，要求測量必須有更高的效率，同時保證必要的測量精度。鋁合金、陶瓷材料和各種合成材料在三坐標(biāo)測量機(jī)中的應(yīng)用越來越廣泛。由于新材料良好的導(dǎo)熱性，當(dāng)出現(xiàn)溫度分布不均時，能在極短的時間內(nèi)迅速達(dá)到熱穩(wěn)定性，將溫度變化引起的熱變形降至最低。為此，近年來，廠家掀起改造熱潮，新品種層出不窮。技術(shù)指標(biāo)的進(jìn)步體現(xiàn)在兩個方面：最大移動速度大于15m/s環(huán)境溫度要求可降低至 20 4 C開發(fā)新的探針技術(shù)。測頭除了三坐標(biāo)測

15、量機(jī)的機(jī)械本體外，測頭是測量機(jī)高精度的關(guān)鍵，也是三坐標(biāo)測量機(jī)的核心。與其他技術(shù)指標(biāo)相比，探頭的性能指標(biāo)是最難提高的。理想探針的主要性能指標(biāo)是探針接近零件的能力：在相同的精度指標(biāo)下，探針末端的探針本體直徑D與探針桿長度L的縱橫比為D /L。它的值越大，它的性能就越好。在使用非接觸式測頭的情況下，不僅可以在測量機(jī)連續(xù)運(yùn)動過程中“飛測”工件，還可以同時測量一個表面。高精度、大測量范圍、可用于掃描測量的模擬探頭，以及可伸入小孔、測量微小零件的特殊探頭也將開發(fā)。不同類型探頭的同時或交替使用也是一個重要的發(fā)展方向。使用新材料和使用新技術(shù)。近年來，鋁合金、陶瓷材料和各種復(fù)合材料在坐標(biāo)測量機(jī)中的應(yīng)用越來越廣泛

16、。德國蔡司公司的CARAT技術(shù)是用鋁合金制造高速坐標(biāo)測量機(jī)。軟件智能技術(shù)。隨著智能測量機(jī)的發(fā)展，現(xiàn)代測量機(jī)的軟件越來越豐富。它不僅包括坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、端面半徑補(bǔ)償、控制軟件、數(shù)據(jù)處理軟件，還包括誤差補(bǔ)償軟件、 CAD、CAM軟件和網(wǎng)絡(luò)通訊軟件。測量機(jī)的功能主要由軟件決定。三坐標(biāo)測量機(jī)的操作和使用的便利性也首先取決于軟件。測量機(jī)的每一項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展都必須有相應(yīng)的軟件技術(shù)跟上?？梢哉f，測量機(jī)軟件是三坐標(biāo)測量機(jī)中發(fā)展最快的技術(shù)。軟件的發(fā)展將使三坐標(biāo)測量機(jī)向智能化方向發(fā)展，至少包括自動編程、根據(jù)測量任務(wù)優(yōu)化測量機(jī)、自動故障診斷等內(nèi)容。開放系統(tǒng)。目前，大多數(shù)測量機(jī)都配備了制造商來制造自己的專用制造系統(tǒng)。這使

17、得開放、通用、靈活的三坐標(biāo)控制系統(tǒng)的發(fā)展緩慢。不僅可以改進(jìn)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)的性能，還可以進(jìn)行動態(tài)誤差補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)高速測量，保證高精度；采用非接觸式探頭測量方法。頭部的接觸速度不能太大，給測量速度帶來很大的限制。制造系統(tǒng)的不斷發(fā)展。進(jìn)入制造系統(tǒng)，成為制造系統(tǒng)不可分割的一部分。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，測量的目的越來越不局限于成品的驗(yàn)收，而是向整個制造系統(tǒng)提供制造過程的信息，提供控制依據(jù)。從這個要求出發(fā)，必須要求測量機(jī)具有開放的控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性。為此，有必要盡可能利用迅速發(fā)展的電子工業(yè)新技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)出新的高性能計(jì)算機(jī)。從發(fā)展趨勢來看，三坐標(biāo)測量機(jī)將越來越多地應(yīng)用于生產(chǎn)線。

18、加強(qiáng)對價值轉(zhuǎn)移、誤差和補(bǔ)償?shù)难芯俊Ｕ`差補(bǔ)償技術(shù)是一種先進(jìn)的技術(shù)，可以以較低的成本大幅度提高三坐標(biāo)測量機(jī)的測量精度。測量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)和材料的變化，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，提高了剛度，減少了運(yùn)動部件的質(zhì)量；使用輕質(zhì)材料來降低運(yùn)動慣性，即從常用的花崗巖等傳統(tǒng)材料轉(zhuǎn)向密度和模量的低比材料、薄壁空心結(jié)構(gòu)等。已使用鋁、瓷和合成材料越來越多的測量機(jī)；高速動態(tài)性能要求提高動態(tài)補(bǔ)償能力，動態(tài)誤差與測量機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動規(guī)律有關(guān)。三坐標(biāo)的組成三坐標(biāo)測量機(jī)種類繁多，性能各異，被測工件和環(huán)境條件也有很大差異，但總的來說，都是由具有一定功能的幾個部分組成的。三坐標(biāo)測量機(jī)作為一種測量儀器，主要將測量量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并將比較結(jié)

19、果用數(shù)值表示。三坐標(biāo)測量機(jī)需要3個方向的尺子，通過導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)沿x、y、z軸的運(yùn)動，還需要三維測頭對被測物體進(jìn)行檢測和瞄準(zhǔn)。此外，測量機(jī)還具有數(shù)據(jù)處理、自動檢測等功能，需要相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟硬件來實(shí)現(xiàn)。三坐標(biāo)測量機(jī)可分為主機(jī)、探頭和電氣系統(tǒng)三部分，如圖1.3所示。443615X2YZ圖 1.3 CMM 的組成Z1工作臺 2移動橋架3中心滑架4 Z軸 5探頭 6電子系統(tǒng)ZZ1.4 三坐標(biāo)測量機(jī)的選擇、經(jīng)濟(jì)效益及本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)1.4.1三坐標(biāo)的選擇目前，大多數(shù)測量機(jī)都配備了計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)不僅對測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而且根據(jù)程序控制測量機(jī)進(jìn)行自動測量，因此還必須配備驅(qū)動控制軟

20、件。計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備、驅(qū)動控制系統(tǒng)、位置測量系統(tǒng)、探頭信息系統(tǒng)等通過接口連接。軟件部分一般有邏輯控制的系統(tǒng)應(yīng)用軟件，具有廣泛的數(shù)據(jù)測量、計(jì)算和處理功能。功能；還有外部編程的“零件程序”。但是，從其用途來看，如何選擇合適的測量機(jī)來滿足測試要求，達(dá)到最佳的性價比，同時產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益，是廣大用戶關(guān)心的問題。因此，在選擇三坐標(biāo)測量機(jī)時，一般遵循以下原則：合理的測量精度合適的測量范圍正確類型的測量機(jī)豐富的測量軟件所需的測量效率功能齊全的測量頭1.4.2三坐標(biāo)測量機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益雖然目前市場上的三坐標(biāo)測量機(jī)功能齊全、精度高、測量范圍廣，但被測物體的形狀可能非常復(fù)雜。但是，三坐標(biāo)測量機(jī)在提高測量水平的同時也

21、存在一些不足。它的價格很貴，配件也很多，有的甚至是主機(jī)價格的兩倍多。用它來測量一些形狀不是很復(fù)雜的物體是很浪費(fèi)的，而且它的維護(hù)性也比較高，對工作環(huán)境的要求也很高。本次設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)型三坐標(biāo)測量機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，可以用來測量形狀不復(fù)雜的物體（尤其是對稱結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)體），比較經(jīng)濟(jì)。1.4.3 本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)三坐標(biāo)測量機(jī)的整體設(shè)計(jì)和機(jī)械零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)都需要人性化的設(shè)計(jì)，具有出色的可操作性。具體來說：車身設(shè)計(jì)的選擇探頭設(shè)計(jì)平衡裝置的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)選型計(jì)算同步帶和同步帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副的選型計(jì)算導(dǎo)軌副的選擇與計(jì)算三坐標(biāo)測量機(jī)總體方案的設(shè)計(jì)2主機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型三維三坐標(biāo)測量機(jī)是利用測頭附近的一系列點(diǎn)的坐標(biāo)值和已

22、加工產(chǎn)品上的工件輪廓，然后計(jì)算尺寸和形狀誤差值的測量設(shè)備。三坐標(biāo)測量機(jī)的種類很多，主要有以下幾種。按自動化程度排序按自動化程度分為數(shù)顯打印式、小型電腦測量機(jī)、電腦數(shù)控式。按結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動關(guān)系分類按結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動關(guān)系分為移動橋式、龍門式、懸臂式、水平臂式、坐標(biāo)鉆孔式、水平鉆孔式和儀表臺。按測量排序按測量范圍分為：小型、中型、大型三坐標(biāo)測量機(jī)。按測量精度分類按精度分為低精度、中精度和高精度測量機(jī)。三坐標(biāo)測量機(jī)作為一種測量儀器，主要將測量量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，并用數(shù)值表示。對于相應(yīng)方向的運(yùn)動，三坐標(biāo)測量儀需要三個方向的標(biāo)準(zhǔn)裝置（尺子），利用導(dǎo)軌和三維探頭對被測物體進(jìn)行檢測和瞄準(zhǔn)。此外，測量機(jī)還具有自動

23、數(shù)據(jù)處理、自動監(jiān)控等功能，需要相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟硬件來實(shí)現(xiàn)。三坐標(biāo)測量機(jī)主要分為機(jī)械系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)兩部分。電腦系統(tǒng)三坐標(biāo)測量機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)主要包括：框架結(jié)構(gòu)、標(biāo)尺系統(tǒng)、導(dǎo)軌、驅(qū)動裝置、平衡件、轉(zhuǎn)盤及附件等。檢測系統(tǒng)三維探頭是一種三維測量傳感器，可以感應(yīng)瞄準(zhǔn)信號和三個方向的微小位移，實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)和測微兩種功能。主要有硬探頭、光學(xué)探頭等。有接觸式和非接觸式探頭。根據(jù)輸出信號，有用于發(fā)信號的觸發(fā)探頭、用于掃描的瞄準(zhǔn)探頭和測微探頭。2.1 三坐標(biāo)測量機(jī)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在三坐標(biāo)測量機(jī)的各種結(jié)構(gòu)形式中，移動橋式三坐標(biāo)測量機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的。本機(jī)也采用這種形式。主要由四部分組成：工作臺1（圖2.1-1）

24、固定，橋架2可沿工作臺1上的導(dǎo)軌沿X方向移動，小車4可沿導(dǎo)軌移動沿Y方向，主軸5可沿Z方向移動。待測工件放在工作臺1上，探頭裝在主軸5上。1 - 工作臺2 - 橋架3 - X 方向尺4 - 小車5 - 主軸ZZ圖 2.1 CMM 的結(jié)構(gòu)三坐標(biāo)測量機(jī)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 2.1 所示。這種形式的三坐標(biāo)測量機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛性好、空間相對開闊。工件直接放在工作臺上，可以承受較大質(zhì)量的工件，質(zhì)量對測量機(jī)的動態(tài)性能沒有影響。因此，這種形式多用于中小型測量機(jī)。但是這種結(jié)構(gòu)有一些缺點(diǎn)。表現(xiàn)為Y方向有阿貝臂，X軸方向容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，對測量精度的影響不可忽略。運(yùn)動部件不僅包括橋架的梁，還包括左右方向的柱子。

25、因此，對于大型測量機(jī)來說，立柱很高，跨度也很大。為了保證剛性，量具和立柱的橫截面大，導(dǎo)致運(yùn)動部件的質(zhì)量大，所以只用在小型量具上。2.2 三坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料選擇結(jié)構(gòu)材料對三坐標(biāo)測量機(jī)的精度和性能有很大影響。隨著各種新材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用，三坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料也在不斷增加，性能也越來越好。常用的結(jié)構(gòu)材料有鑄鐵、鋼、花崗巖、瓷、鋁合金等。鑄鐵應(yīng)用廣泛，具有耐磨性好、變形小、加工適宜、成本低、線膨脹系數(shù)接近等優(yōu)點(diǎn)與大多數(shù)試驗(yàn)零件相比，鑄鐵易受腐蝕，耐磨性比花崗巖低，強(qiáng)度不高的缺點(diǎn)越來越限制了它的使用。鋼具有良好的剛性和強(qiáng)度，而且易于焊接。與鑄鐵相比，它有很多優(yōu)點(diǎn)。焊接后可實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性和高柔韌性

26、。它可以焊接成帶有腔甚至多腔結(jié)構(gòu)的封閉殼體。成分。花崗巖比鋼輕，比鋁重，是一種比較常用的材料。其主要優(yōu)點(diǎn)是變形小，穩(wěn)定性好，不生銹，易于平面加工，容易達(dá)到比鑄鐵更高的平面度，適合制作高精度的平臺和導(dǎo)軌。瓷和鋁合金綜合性能好，但工藝復(fù)雜，成本高，常用于精度要求較高的場合。綜上所述，可以看出，在設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型三坐標(biāo)測量儀時，要保證其具有所要求的測量精度和一定的經(jīng)濟(jì)性。由于鑄鐵材料的線膨脹系數(shù)與鋼接近，整機(jī)結(jié)構(gòu)僅采用鐵金屬材料，避免了復(fù)雜的變形，鑄件可長期自然時效，有利于長期保持期限穩(wěn)定性。由于成本低，該機(jī)器以鑄鐵為基材?？紤]到精度要求，其工作臺、立柱、各軸導(dǎo)軌、X、Y、Z軸均采用花崗巖材質(zhì)。3 測量裝

27、置的設(shè)計(jì)3.1 三坐標(biāo)測量機(jī)的標(biāo)尺系統(tǒng)測量系統(tǒng)也成為標(biāo)尺系統(tǒng)，是三坐標(biāo)測量機(jī)的重要組成部分。在設(shè)計(jì)坐標(biāo)測量時，正確選擇測量系統(tǒng)對提高整機(jī)精度非常重要。原因是測量系統(tǒng)直接影響三坐標(biāo)測量機(jī)的精度、性能和成本。另外，不同的測量系統(tǒng)對三坐標(biāo)測量機(jī)的使用環(huán)境有不同的要求。國外三坐標(biāo)測量機(jī)上的實(shí)用測量系統(tǒng)有很多種。它們與各種機(jī)床和儀器上使用的測量系統(tǒng)基本相似。按性質(zhì)分為三類，即機(jī)械測量系統(tǒng)、光學(xué)測量系統(tǒng)、電氣測量系統(tǒng)。最常用的測量系統(tǒng)是光柵，其次是感應(yīng)同步器和光學(xué)編碼器。如果需要高精度測量，可以使用激光干涉儀。在設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型三坐標(biāo)測量儀時，考慮到對精度的要求和結(jié)構(gòu)的簡單性，可選擇光柵測量系統(tǒng)。由于光柵測量系

28、統(tǒng)具有光柵尺體積小、易于制造、安裝方便、測量精度高、所獲得的光電信號易于細(xì)分等優(yōu)點(diǎn)。因此，在X、Y、Z導(dǎo)軌上可以安裝3個光柵，但光柵不耐腐蝕和防塵，因此要求環(huán)境的清潔度。3.2 三坐標(biāo)測量機(jī)的探頭設(shè)計(jì)三坐標(biāo)測量機(jī)是一種精度高、測量范圍大、通用性強(qiáng)、效率高的測量儀器。它可以對復(fù)雜零件進(jìn)行精確的三維測量。測量機(jī)使用探頭拾取信號。三坐標(biāo)測量機(jī)的功能、工作效率和精度與探頭密切相關(guān)。沒有先進(jìn)的探頭，測量機(jī)就無法工作。三坐標(biāo)測量機(jī)的發(fā)展推動了新型側(cè)測頭的發(fā)展，新型測頭的出現(xiàn)使其功能更加完善。三坐標(biāo)測量頭其實(shí)可以看成是一種傳感器，但它的功能和結(jié)構(gòu)比普通傳感器要復(fù)雜一些。它具有兩個基本功能，即測微（偏差測量）

29、和觸發(fā)瞄準(zhǔn)和過零傳輸。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，探頭分為光電式、電氣式和機(jī)械式。機(jī)械式主要用于手動測量；光學(xué)式用于非接觸式測量；電氣式用于接觸式自動測量。根據(jù)測量方式的不同，測量頭分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式測頭易于拾取三向三維信號，品種豐富，應(yīng)用廣泛。在為 CMM 設(shè)計(jì)探頭時需要考慮以下幾個方面：由于被測工件的表面、深孔、曲線等要求，測頭需要能夠自行多方向移動，并且可以補(bǔ)償測頭端部的半徑。由于測量機(jī)要求測量速度快，自動化程度高，可測量各種工件和參數(shù)，結(jié)構(gòu)上常采用多探頭形式。測量機(jī)需要數(shù)顯與儀器中的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理相連接，因此測頭的旋轉(zhuǎn)和更換、測頭的鎖定和測力機(jī)構(gòu)一般采用電氣和光電系統(tǒng)。探頭需要達(dá)到較高

30、的精度。探頭需要有很大的范圍。綜合考慮以上條件，結(jié)合市場上使用的產(chǎn)品，最終選擇電測頭中的電接觸式作為經(jīng)濟(jì)型三維坐標(biāo)測量機(jī)的測量頭。它結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，信令精度高。是各種三維探頭中使用最廣泛的探頭。這種電接觸開關(guān)探頭也稱為觸發(fā)探頭。以電觸點(diǎn)的開閉為目標(biāo)，主要用于“飛行”測量。所謂“飛躍”測量，是指在檢測零件時，探頭緩慢地向前移動。當(dāng)越過“零點(diǎn)”時，探頭自動發(fā)出信號，在探頭停止移動或后退前完成“瞄準(zhǔn)”。其結(jié)構(gòu)如圖 3.2-1 所示。探頭本體由主體3和下座10通過三個防轉(zhuǎn)桿2連接組成，防轉(zhuǎn)桿2由三個螺釘1連接。測量桿11安裝在探頭座7上，有三個氣缸8 （共三個）120均勻分布在探頭座7的地面上。圓

31、柱體8與安裝在下座上的六個鋼球9相配合，形成三對鋼球接觸對。探頭座7為半球形，頂部有壓簧6向下壓，使三對接觸對接觸。彈簧的力可以通過螺釘5調(diào)節(jié)。為了防止橫向頭座在運(yùn)動過程中繞軸向分度，設(shè)置2。探頭座7上的防轉(zhuǎn)槽與防轉(zhuǎn)桿之間有較大的間隙，只要能防止較大的扭錯位即可。電路線從插座4引出。電動測頭的工作原理相當(dāng)于零位信號開關(guān)。當(dāng)三組觸點(diǎn)對接觸時，它們將連接底座10上的印刷電路，然后指示燈熄滅。當(dāng)測量端12與被測件接觸時，測量頭7會在外力的作用下發(fā)生位移或偏移。這時，三對鋼球觸頭對中至少有一對會脫開，從而發(fā)出過零信號，表示原來的通路變?yōu)槎搪?，指示燈亮。?dāng)測量端12與試件分離時，外力消失，彈簧6的作用力

32、使測量頭座7回到原來的位置。圖 3.2-1 探頭結(jié)構(gòu)3.3 CMM的平衡部分在三坐標(biāo)測量機(jī)中，由于Y軸為垂直方向，因此需要在軸上加一個與運(yùn)動部件重量相同的平衡力，以防止主軸下落。自行破壞探頭，同時使零件沿導(dǎo)軌上下移動。穩(wěn)，可以稱為穩(wěn)停。因此，平衡機(jī)構(gòu)必須滿足無論運(yùn)動部件的工作位置如何，平衡力的大小和方向始終保持不變。在平衡機(jī)構(gòu)中，常有重錘平衡機(jī)構(gòu)、彈簧平衡機(jī)構(gòu)、氣壓平衡機(jī)構(gòu)以及利用傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)平衡。重錘機(jī)構(gòu)雖然簡單，但增加了儀器的質(zhì)量和體積，同時增加了運(yùn)動部件的慣性。綜合以上幾點(diǎn)，最終選擇了彈簧平衡機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗嫉孛娣e小，結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。平衡力雖然不是完全恒定的，但用于小行程三坐標(biāo)測量機(jī)

33、，完全滿足要求。彈簧式平衡機(jī)構(gòu)如圖3.3-1所示。圖 3.3-1 彈簧平衡機(jī)構(gòu)4 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的選擇與計(jì)算三坐標(biāo)測量機(jī)中的驅(qū)動系統(tǒng)是指沿三個方向（X、Y、Z）D的驅(qū)動系統(tǒng)。對驅(qū)動系統(tǒng)的基本要求是傳動平穩(wěn)、剛性高、爬行小、無較大振動和噪聲。主要包括絲杠傳動、鋼帶傳動、齒形帶傳動、齒條齒輪傳動、摩擦輪傳動、氣動傳動、直線電機(jī)傳動。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的驅(qū)動方式來匹配電機(jī)。絲桿傳動的選型計(jì)算4.1.1絲杠的選擇和概述在精密傳動機(jī)械中，絲杠傳動（螺紋傳動）是比較常用的一種形式。其主要功能是將螺旋運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動。在三坐標(biāo)測量機(jī)中，位移的傳遞是主要的要求。在計(jì)算機(jī)的指令下，驅(qū)動機(jī)構(gòu)將運(yùn)動部件精確地

34、送到所需位置。原則上，三坐標(biāo)測量機(jī)根據(jù)標(biāo)尺系統(tǒng)的反饋信息確定運(yùn)動部件是否到達(dá)所需位置。一般情況下，機(jī)構(gòu)的傳動誤差不會直接引起定位誤差。但精度不高，存在空行程、爬行等現(xiàn)象的驅(qū)動機(jī)構(gòu)會唱時找到準(zhǔn)確位置，甚至造成往復(fù)搜索導(dǎo)致無法定位。當(dāng)絲杠的精度和分辨率較高時，對于實(shí)現(xiàn)精確定位是非常有利的，而且絲杠傳動還具有自鎖性能。只要絲杠停止運(yùn)動，運(yùn)動部件就不會受到慣性力或重力的作用。繼續(xù)移動。這對z軸來說非常重要，即使Z軸平衡不好，也不會在自重下自行下垂。當(dāng)絲桿傳動比較大時，有利于提高分辨率實(shí)現(xiàn)精確定位，但對快速傳動影響很大。在傳動中，大量滾珠交替參與嚙合，這些滾珠不可避免地存在一些尺寸差異和形狀誤差。這是因

35、為螺母會有一些輕微的振動，會影響直線運(yùn)動的精度，有的可能會造成運(yùn)動干擾。采用浮動機(jī)構(gòu)時，可有效避免徑向振動對滑板的影響因此傳動裝置可選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，帶動上工作臺（裝有測頭）在滾動直線導(dǎo)軌上做直線運(yùn)動，并安裝在X的三個方向上。軸、Y 軸和 Z 軸。一套，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的三向三坐標(biāo)測量。如圖 4.1-1 所示。同時在探頭上設(shè)置旋轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，方便測量。圖 4.1 傳輸系統(tǒng)示意圖三坐標(biāo)測量機(jī)在X、Y、Z三個方向的運(yùn)動為直線運(yùn)動。絲杠螺母機(jī)構(gòu)是機(jī)床上最常見的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)。普通精密絲杠螺母機(jī)構(gòu)廣泛用于各種機(jī)床和測量儀器的進(jìn)給傳動；高精度絲杠螺母機(jī)構(gòu)用于高精度絲杠車床、螺紋磨床等精密機(jī)床；

36、滾動絲杠螺母機(jī)構(gòu)和靜壓螺母機(jī)構(gòu)主要用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和測量儀器上等。常見的絲杠螺母傳動方式為滑動摩擦，因此存在摩擦大、傳動效率低、磨損大等一系列缺點(diǎn)。如果用于三坐標(biāo)測量機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，雖然可以滿足三坐標(biāo)測量機(jī)三個坐標(biāo)方向的運(yùn)動精確配合，滿足無間隙或小間隙的要求，但動作靈敏度為差，無法獲得準(zhǔn)確度。保證摩擦力增大，動作不靈敏，達(dá)不到要求。因此，應(yīng)選擇滾珠絲杠副。4.1.與滑動絲杠相比，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：傳動效率高。由于滾動摩擦的摩擦力小，其傳動效率較高，一般可達(dá)90%以上，約為普通滑動絲杠副效率的3倍?？梢杂煤苄〉呐ぞ孬@得很大的軸向推力。但是，由于其摩擦力較小，該機(jī)構(gòu)不能自鎖。這種機(jī)構(gòu)不

37、僅將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，而且將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而且這種運(yùn)動的可逆性是滾珠絲杠副所獨(dú)有的。動作迅速。滾動摩擦的摩擦阻力很小，所以滾珠絲杠副的動作很靈敏，可以用很小的扭矩啟動，在低速的情況下，人們可以獲得勻速，有利于克服蠕變現(xiàn)象，因此，特別適用于排量很小的傳動，無齒隙傳動。在絲杠上使用兩個滾珠螺母可以進(jìn)行調(diào)整，完全消除軸向游隙，也可以增加一定的預(yù)緊力來提高軸向剛度。在無間隙和干涉的情況下，適用于精密的位移傳遞。低磨損和良好的精度保持性。滾動摩擦遠(yuǎn)小于滑動摩擦和磨損，滾珠、絲杠和螺母的螺旋槽表面經(jīng)過硬化處理，在長期運(yùn)行中仍能保持良好的精度。4.1.1.確定領(lǐng)先電機(jī)通過傳動帶與絲杠相連，其

38、傳動比為i=1采取( 4.1 -3a)2、計(jì)算各級螺桿的轉(zhuǎn)速和螺桿的軸向載荷已知數(shù)據(jù)，( 4.1-3b )替換數(shù)據(jù)，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷和當(dāng)量轉(zhuǎn)速。滾珠絲杠副在轉(zhuǎn)速, , ., 條件下的工作時間分別為, ,., , 承受載荷為, ,., 。等效負(fù)載（ 4.1-3c ）等效速度（ 4.1-3d ）4、計(jì)算額定負(fù)載下限軸向基本額定壽命：是一組參數(shù)相同的滾珠絲杠。在相同條件下，在運(yùn)行時，90%的滾珠絲杠螺紋滾道面或鋼球表面沒有疲勞點(diǎn)蝕?？梢灾С值淖畲筘?fù)載。最大軸向載荷是滾珠絲杠副在等效載荷和等效轉(zhuǎn)速條件下運(yùn)行并達(dá)到預(yù)期壽命時所能承受的最大軸向載荷。滾珠絲杠設(shè)計(jì)選型時，根據(jù)機(jī)床定位要求，預(yù)選精度等級為2

39、級。查表4.1-2和表4.1-4，取載荷系數(shù)=1.1， =1表 4.1-2 精度等級系數(shù)精度等級1、2、3、4、57101.00.90.7表 4.1-3 負(fù)載特性系數(shù)負(fù)載性質(zhì)光滑的影響振動11.21.21.51.52額定負(fù)載下限：( 4.1-3e )式中預(yù)期運(yùn)行時間（h），取值見表4.1-4表 4.1-4 工作時間機(jī)床20000 小時生產(chǎn)機(jī)械10000 小時自動化設(shè)備15000 小時測試儀器15000 小時5.估算絲杠的最小底徑表 4.1-5 各符號含義象征意義和用處b1螺紋左端到左軸承的距離b2螺紋右端到右軸承的距離樂剩下的路拉安全行程La=(12)PhLX機(jī)械最大行程 Lx螺母長度L1螺紋

40、長度L1=2Le+2La+Lx+Ln魯有效行程Lu=L1-2Le左右端軸承間距=L1+b1+b2L2長度L2=b1+Le+La+Ln/2 13種情況下計(jì)算L313例計(jì)算使用長度L3=L2+Lx for PcL4長度L4=Lz-L2 13種情況下計(jì)算L5第四種情況計(jì)算K，Pc，使用長度L5=b+Le+La+Lx+Ln/2絲杠采用支撐-支撐安裝方式，兩個軸承之間的距離由表4.1-5可知估計(jì)滾珠絲杠的最大內(nèi)容彈性模量，以動量損失計(jì)算( 4.1 -3f)-失去動力，采取0.003mm。根據(jù)螺絲的安裝方法估算螺絲的最小底徑( 4.1 -3g)式中， -動量損失（ ）； -固定支架兩端的距離（mm）； -

41、空轉(zhuǎn)時檢測位置精度時作用在滾珠絲杠副上的軸向載荷（N）； - - 最大機(jī)械行程。6、選擇滾珠絲杠的型號和規(guī)格根據(jù)上述程序中已計(jì)算出的數(shù)值，選擇滾珠絲杠副的型號和規(guī)格。樣品中選用的滾珠絲杠副的下限不宜過大，否則滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)動慣量增大，驅(qū)動力矩增大，結(jié)構(gòu)尺寸過大，導(dǎo)致增大制造成本。根據(jù), ,選擇循環(huán)變頻器雙螺母墊圈預(yù)緊滾珠絲杠, 型號為 GD3205-3-P2, , , =5609.2 滿足設(shè)計(jì)要求。7.計(jì)算滾珠絲杠的數(shù)值( 4.1-3h )符合要求。8.確定預(yù)緊力預(yù)緊滾珠絲杠副的軸向接觸剛度隨著預(yù)緊力的增大而增大。承受最大軸向載荷3的滾珠絲杠副的周長為常數(shù)，但預(yù)緊力過大。會導(dǎo)致發(fā)熱增加，壽命縮

42、短。因此，預(yù)緊力按以下要求選擇( 4.1-3i )9、確定行程補(bǔ)償量C和預(yù)拉伸力摘 要( 4.1-3j )式中， -最大機(jī)械行程； -螺母的長度； -熱膨脹系數(shù)（ ）； -溫升； -安全行程。自負(fù)( 4.1-3k )式中， E-彈性模量（ ） ； - 螺桿底徑（mm）10、計(jì)算軸承載荷，確定軸承型號和規(guī)格(1) 選擇軸承型號因?yàn)闈L珠絲杠的安裝方式是：固定-固定，選擇背靠背角接觸軸承(2)確定軸承直徑，確定軸承型號和規(guī)格直徑應(yīng)略小于絲杠的外徑，以型號規(guī)格為準(zhǔn)7002C11、滾珠絲杠主要參數(shù)最大行程：Lx=800剩余距離：Le=20安全行程：La=Ph=800螺母長度： =85mm其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：

43、b1= 55mmb2=20mm螺紋長度：L1=1110兩個支撐軸承之間的距離： =1250mm4.1.4三坐標(biāo)測量機(jī)系統(tǒng)取決于構(gòu)成進(jìn)給系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的精度，它由以下誤差組成：滾珠絲杠副的制造誤差和絲杠、螺母、軸承、伺服系統(tǒng)的誤差。滾珠絲杠副的制造誤差由所選絲杠副的精度決定。1 、螺桿軸向變形( 1 )絲杠的拉伸或壓縮變形在軸向載荷的作用下，絲杠在軸向上被拉伸或壓縮，變形量與支撐方式和螺母的工作位置有關(guān)選用的滾珠絲杠兩端固定根據(jù)材料力學(xué)靜不定計(jì)算公式，可得最大變形為=FL/4EA ( 4.1 -4a)式中， F-軸向工作載荷（N）； E-彈性模量，取2.1 ； A-螺桿的橫截面積（以直徑計(jì)算），

44、mm ； L-螺釘是由受力長度制成的。將 F=262N, A=3.14 = 2497 mm, L=代712mm入：=262 2497=8.8( 2 )絲杠扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向變形絲杠的導(dǎo)程因扭矩而變化，一個導(dǎo)程的變化量為：( 4.1-4b )式中， Ph絲杠的導(dǎo)程（mm）； -在扭矩作用下，螺桿各導(dǎo)程兩段上的相對扭轉(zhuǎn)角（rad），按材料力學(xué)計(jì)算，即扭轉(zhuǎn)角； M絲杠的驅(qū)動扭矩（N.mm）； G彈性剪切模量，取G=0.824 ； J螺桿截面的極慣性矩（mm ）。絲杠的驅(qū)動扭矩：M= ( 4.1 -4c)式中-傳輸效率取0.95那么M= =220N.mm每個引線長度的兩個部分的相對扭轉(zhuǎn)角：=0.2那么

45、= =0.23( 3 )絲杠自重彎曲引起的軸向變形絲杠雖然采用端部固定預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)，但由于絲杠的自重，軸發(fā)生彎曲變形，即簡支端從B點(diǎn)水平移動到c點(diǎn)，它的位移等于絲杠的位移。初始軸承長度 L 與彎曲后絲杠的 Ac 之差。根據(jù)對材料力學(xué)靜不定結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，可以得到絲杠自重彎曲變形引起的軸向變形：= ( 4.1-4d )式中， 中心撓度（mm）由于絲杠過長，通過固定兩端的預(yù)緊不能完全消除絲杠的下垂，必須考慮絲杠自重的影響，取=0.5mm= =0.96然后螺桿由于自重和載荷的變化而發(fā)生軸向變形= + + =9.99 ( 4.1-4e )(4)球與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形螺母本體的變形包括螺母

46、與螺母座的變形、螺母與滾珠的固定螺栓引起的軸向變形、與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形。好的，所以它的變形很小。使用預(yù)緊螺母時，固定螺栓的變形可以忽略不計(jì)。因此，螺母體的變形只需要考慮球與滾道面之間的彈性接觸變形即可。根據(jù)彈性接觸理論，變形量與螺母是否預(yù)緊有關(guān)。帶預(yù)載= ( 4.1 -4f)-球直徑（mm）； -接觸角，45度； z-工作球數(shù)，z=.轉(zhuǎn)數(shù).循環(huán)中的行數(shù)； -滾珠絲杠副的公稱直徑； - 預(yù)緊力 (N); -精度系數(shù)， =1.31.5。Z= 32=172螺母預(yù)緊力 = 87.3N= =6.7(5)支撐滾珠絲杠軸承的軸向變形不同的軸承類型，其軸向接觸變形量不同，這與絲杠有無預(yù)緊有關(guān)。

47、預(yù)緊力和角接觸軸承的計(jì)算公式如下：= ( 4.1 -4g)式中， -預(yù)緊力（N） ； F軸向工作載荷（N）； z軸承的滾動體個數(shù)； -軸承的接觸角； 25選用的軸承為7002C，滾動體直徑9.25mm為18個，滾動體個數(shù)為然后= =1.9mm傳動系統(tǒng)的總偏轉(zhuǎn)：= + + = 9.599mm ( 4.1-4h )滿足定位要求。4.2電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移的頻率位移轉(zhuǎn)換器。其運(yùn)動速度隨控制脈沖的頻率而變化，調(diào)速范圍寬，具有自調(diào)節(jié)能力。只要控制繞組中的電流相位保持恒定，運(yùn)動部件就可以保持在固定位置，從而無需制動裝置。步進(jìn)電機(jī)在調(diào)速、機(jī)械特性、調(diào)節(jié)特性的線性、響應(yīng)快

48、等方面均具有優(yōu)勢，當(dāng)控制電壓變?yōu)榱銜r，可立即停止轉(zhuǎn)動；普通電機(jī)不行。在結(jié)構(gòu)上，兩者的區(qū)別在于電樞鐵芯的長徑比。步進(jìn)電機(jī)更大，氣隙更小。運(yùn)動速度和方向控制方便，傳動部件剛性高，運(yùn)動部件慣性小。步進(jìn)電機(jī)可以提供很大的驅(qū)動力，在發(fā)生碰撞時也可以“打滑”，可以避免發(fā)生重大事故。因此，在精確定位和寬調(diào)速的應(yīng)用中，一般都選擇步進(jìn)電機(jī)。4.2.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理及分類步進(jìn)電機(jī)可以將數(shù)字形式表示的位移指令直接轉(zhuǎn)換成電機(jī)的轉(zhuǎn)角或直線位移，這些量隨信號的頻率和順序而變化。這使得控制電路簡單方便。當(dāng)系統(tǒng)向步進(jìn)電機(jī)的定子繞組施加電脈沖信號時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一步。當(dāng)電脈沖按一定的相序施加到電機(jī)上時，轉(zhuǎn)子就按一定的方向旋轉(zhuǎn)。

49、步數(shù)等于電脈沖數(shù)。因此，改變輸入脈沖數(shù)可以控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大小；改變輸入脈沖的通電相序可以控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置控制。當(dāng)以一定的相序連續(xù)向步進(jìn)電機(jī)施加電脈沖時，轉(zhuǎn)子以與電脈沖頻率成正比的速度沿一定方向旋轉(zhuǎn)。因此，通過改變電脈沖的頻率和通電相序，可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)大范圍轉(zhuǎn)速的無級平滑控制。步進(jìn)電機(jī)的這種控制功能是其他電機(jī)無法替代的。步進(jìn)電機(jī)的種類很多，按產(chǎn)生力或轉(zhuǎn)矩的原理可分為勵磁式、反作用式和永磁反作用式；按輸出扭矩的大小可分為動力型和伺服型；按步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相。增加相數(shù)可以提高步進(jìn)電機(jī)的性能，但是電機(jī)的結(jié)

50、構(gòu)和驅(qū)動功率會比較復(fù)雜，成本也會增加，所以要根據(jù)需要合理選擇。4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)具有以下特點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)作為一種控制專用電機(jī)，其旋轉(zhuǎn)以固定的角度（稱為“步距角”）單步運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是無累積誤差，準(zhǔn)確率可達(dá)100%，因此廣泛應(yīng)用于各種環(huán)控環(huán)節(jié)。脈沖信號的頻率與步進(jìn)電機(jī)的速度成正比。步進(jìn)值不會因電氣、負(fù)載和環(huán)境條件的變化而改變，可以使用開環(huán)控制（或半閉環(huán)控制）進(jìn)行良好的定位控制。動態(tài)及相應(yīng)的快速啟動制動、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。價格相對便宜，可靠性高。步進(jìn)電機(jī)的主要缺點(diǎn)是運(yùn)動不夠平穩(wěn)，加速度大，容易引起振動。效率低，需要配備合適的驅(qū)動電源。調(diào)速范圍廣，低速時可保持大扭矩，有時可省去減速機(jī)

51、，直接驅(qū)動負(fù)傳動。與交流和直流電機(jī)相比，步進(jìn)電機(jī)只有在連接電源時才會運(yùn)行。為了驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，必須有一個脈沖發(fā)生器來確定電機(jī)的速度和旋轉(zhuǎn)角度，一個脈沖分配器來確定電機(jī)繞組電流按指定順序的通斷，一個功率放大器來確保電機(jī)正常運(yùn)行，以兼容由電源等組成的直流A驅(qū)動系統(tǒng)，如圖4.2-1所示。圖 4.2-1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成4.2.3 步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算設(shè)計(jì)時，請遵循步進(jìn)電機(jī)選擇的一般步驟。步進(jìn)電機(jī)的選擇主要考慮步距角、靜轉(zhuǎn)矩和保持轉(zhuǎn)矩。1、步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求。將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)行駛多少角度（包括減速度）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于該角

52、度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、 0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、 1.5度/ 3度。本設(shè)計(jì)選用步距角為0.36度/0.72度的五相步進(jìn)電機(jī)。2.靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩很難一下子確定，我們往往先確定電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。靜轉(zhuǎn)矩的選擇是根據(jù)電機(jī)的負(fù)載來確定的，負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種。不存在單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載。直接啟動時（一般為低速），兩種負(fù)載都要考慮。加速啟動時主要考慮慣性負(fù)載，勻速運(yùn)行時只考慮摩擦負(fù)載。一般來說，靜扭矩應(yīng)為摩擦載荷的2-3倍。一旦選擇了靜態(tài)扭矩，就可以確定電機(jī)的框架和長度（幾何尺寸）。3、保持力矩是指步進(jìn)電機(jī)通

53、電但不轉(zhuǎn)動時定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的轉(zhuǎn)矩接近于保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小，而輸出功率也隨著轉(zhuǎn)速的增加而變化，因此保持轉(zhuǎn)矩就成為衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。例如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)時，除非另有說明，否則他們指的是保持扭矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。假設(shè)減速比為 1:1，計(jì)算電機(jī)輸出軸上的扭矩。速度0.1m/s，表示電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈沿直線方向運(yùn)動100mm。即對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為r/s，即角速度。在實(shí)際應(yīng)用中，減速比為2:1 ，則對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為r/s，即角速度w=40rad/s。對于軸，可以利用功率守恒原理來獲得主動軸扭矩。機(jī)構(gòu)輸

54、出功率=3.75( w) (4.2-3a)式中： P輸出功率； F主拉力（N）； V牽引速度（m/s）考慮損耗的驅(qū)動軸上的輸出功率( 4.2-3b)中： 電機(jī)軸上的輸出功率； T輸出軸上的扭矩（Nm）； W電機(jī)軸上的角速度（rad/s）； 效率?？紤]效率= 50 % 20 % ，可以推導(dǎo)出(4.2 -3c)因此，驅(qū)動軸所需的輸出扭矩計(jì)算為( 4.2-3d)通常步進(jìn)電機(jī)低速時的轉(zhuǎn)矩接近保持轉(zhuǎn)矩，主軸轉(zhuǎn)速為V=400r/min=6.67r/s，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為1，則頻率 f= 1000Hz=2548Hz4、電機(jī)的選擇轉(zhuǎn)速應(yīng)選擇為1r/s，即角速度。 ，通過功率守恒原理可以得到正常工作時主動軸的扭矩。機(jī)

55、構(gòu)輸出功率式中： P輸出功率； F主拉力（N）； V牽引速度（m/s）考慮損耗的驅(qū)動軸上的輸出功率( 4.2-3e)式中： 電機(jī)軸的輸出功率； T輸出軸上的扭矩（ ）； W電機(jī)軸上的角速度（ ）； - 效率考慮到效率，可以引入=2.5w ( 4.2 -3f)從而計(jì)算出驅(qū)動軸的所需輸出扭矩。T=0.0480.12Nm通常步進(jìn)電機(jī)低速時的轉(zhuǎn)矩接近保持轉(zhuǎn)矩，主軸轉(zhuǎn)速為V=60r/min=1r/s，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為1，則頻率為f=400HZ?？蛇x步進(jìn)電機(jī)型號為：90BF006。表4.2-290BF006技術(shù)參數(shù)相電流（A）3步距角(0)0.36/0.72保持扭矩(Nm)2.2轉(zhuǎn)子慣量( Kg*Cm 2 )

56、0.5空載啟動頻率（Kpps）4.8負(fù)載運(yùn)動頻率(Kpps) 100電機(jī)重量(Kg)2.2驅(qū)動電源輸入DC2440V2A4.3 同步帶和同步帶輪的設(shè)計(jì)同步帶傳動是一種較新的機(jī)械傳動方式。同步帶又稱齒形帶、同步帶，由UNIROYAL公司于1946年研制成功。當(dāng)時，加工生產(chǎn)行業(yè)需要一種滿足以下要求的新型皮帶傳動：具有精確的同步傳動特性，并能承受高速機(jī)械傳動產(chǎn)生的沖擊載荷。正是在這樣的背景下， UNIROYAL創(chuàng)造性地將嚙合傳動和皮帶傳動相結(jié)合，開發(fā)出同步帶。這一時期同步帶的齒形為梯形，齒形側(cè)面為直。梯形齒形同步帶傳動較好地滿足了當(dāng)時的生產(chǎn)要求，具有嚙合傳動、皮帶傳動和鏈傳動的特點(diǎn)。由于屬于無柱嚙合

57、傳動，皮帶與帶輪之間沒有相對滑動，使主動帶輪與從動帶輪之間的傳動同步。由于具有皮帶傳動的特點(diǎn)，克服了齒輪傳動在大中心距情況下需要多級傳動的缺點(diǎn)，適用于大中心距傳動。同步帶傳動由外周面等距齒的封閉環(huán)形帶和相應(yīng)齒的帶輪組成。同步帶傳動結(jié)合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的傳動方式。4.3.1同步帶的特點(diǎn)同步帶的基本特點(diǎn)是傳動帶的工作面為齒側(cè)，運(yùn)行時帶的凸齒與帶輪的齒槽嚙合。由于是嚙合傳動，傳動中皮帶與車輪之間沒有相對打滑。與摩擦帶傳動和鏈條傳動相比，同步帶傳動具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、傳動比準(zhǔn)確，同步帶為嚙合傳動，運(yùn)行時無滑動。2、傳動效率高，效率可達(dá)98%，比V帶節(jié)能10%以上。3、傳動平穩(wěn)

58、，能吸收振動，噪音低。4、使用范圍廣，傳動比可達(dá)10，皮帶輪直徑比V帶小很多，不需要很大的張緊力。結(jié)構(gòu)緊湊，高速可達(dá)50m/s，傳輸功率可達(dá)300KW。5、維護(hù)方便，無需潤滑即可在高溫、灰塵、水和腐蝕性介質(zhì)的惡劣環(huán)境中工作。同步帶傳動的主要缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，制造要求高，制造成本高，裝配要求高，中心距要求嚴(yán)格。這些缺點(diǎn)使同步帶的初始制造成本較高，但同步帶傳動在運(yùn)行、維護(hù)和節(jié)能方面所獲得的好處已經(jīng)大大超過了同步帶傳動的初始制造成本。一般來說，同步帶傳動的經(jīng)濟(jì)性較好。同步帶傳動具有皮帶傳動、鏈傳動和齒傳動的優(yōu)點(diǎn)。由上可知，同步帶傳動可以保證精確的傳動比，因?yàn)槠Ш推л喭ㄟ^嚙合傳遞運(yùn)動和動力，皮帶

59、和皮帶輪之間沒有相位滑動。4.3.2同步帶的分類及材質(zhì)目前同步帶的基材是HNBR ，經(jīng)過HNBR化學(xué)處理后，其粘合性也有了很大的提高。其耐油性、耐磨性、耐低溫性和動態(tài)性能均優(yōu)于普通材料同步帶。在汽車、油田等工業(yè)領(lǐng)域。傳動時線速度可達(dá)50m/s ，傳動比可達(dá)10 ，效率可達(dá)98%。傳動噪音比皮帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小，耐磨性好，無油潤滑，比摩擦帶壽命長。主要缺點(diǎn)是制造和安裝精度要求比較高，中心距要求比較嚴(yán)格。因此，同步帶廣泛應(yīng)用于要求精確傳動比的中、小功率傳動，如家用電器、計(jì)算機(jī)、儀器儀表和機(jī)床、化工、石油等機(jī)械。4.3.3同步帶和同步帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算確定同步帶的設(shè)計(jì)功率同步帶傳遞的實(shí)際設(shè)計(jì)功率

60、隨負(fù)載的性質(zhì)、運(yùn)行時間、速度的增減和張緊器的配置而變化。( 4.3a)式中考慮負(fù)載性質(zhì)和運(yùn)行時間的工況修正系數(shù)； -速度增加的修正系數(shù)； - 緊輪配置的修正系數(shù)； -傳輸?shù)臉?biāo)稱功率。數(shù)據(jù)中， =86.4W=0.086KW選擇波段類型和音高選擇皮帶類型為L型， =9.525mm帶輪齒數(shù) Z 和節(jié)圓直徑 d, 取 Z=18(4.3b)引入數(shù)據(jù)，初步確定直徑后，檢查皮帶速度。如果不合適，必須重新選擇。同步帶傳動速度v(m/s)( 4.3c)同步帶限速： MXLL型， 40 50mm/s； H型， 35 40mm/s； XH、XXH型， 25 30mm/s。帶入數(shù)據(jù)，v= 1.0m/s40 50m/s