【多方位氣動內(nèi)徑檢測機設(shè)計12000字（論文）】

多方位氣動內(nèi)徑檢測機設(shè)計摘要：由于氣動技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、傳動迅速、平穩(wěn)可靠、防磁防爆、節(jié)能環(huán)保等一系列優(yōu)點。使其廣泛被應(yīng)用于各工業(yè)部門及醫(yī)療器械等行業(yè)中，已成為自動化中必不可少的一部分。再其廣泛的操作技術(shù)下，本課題對氣動技術(shù)在檢測領(lǐng)域進行研究，并以此設(shè)計一套專用的檢測設(shè)備。本課題針對汽車元件中某閥體配件進行尺寸檢測，根據(jù)其造型，尺寸，工藝進行專用檢測儀器，夾具設(shè)計。并且部件運動及量具檢測采用壓縮空氣作為主要驅(qū)動力來源。首先介紹氣動技術(shù)應(yīng)用及現(xiàn)狀，以及本設(shè)計與其它檢測系統(tǒng)作對比，并闡述了本課題的研究意義及背景。根據(jù)被測元件參數(shù)及工藝明確了設(shè)備整體檢測方式，其次，設(shè)計檢測設(shè)備工作臺面，并對設(shè)備本身元件進行選型與設(shè)計。最后，在設(shè)備設(shè)計完成的基礎(chǔ)上對其運動順序進行程序編輯，電路設(shè)計。關(guān)鍵詞：壓縮空氣、夾具設(shè)計、內(nèi)徑檢測機目次TOC\o"1-3"\h\u22004摘要 I7539目次 Ⅲ163231緒論 1318981.1氣壓傳動概括 1287201.2課題研究背景及意義 158351.3我國氣動技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 2245341.4內(nèi)徑檢測方式 2160461.5本章小結(jié) 4131272氣動內(nèi)徑檢測機整體設(shè)計方案 5304602.1設(shè)計參數(shù) 5129392.2運行流程與檢測方式 539392.3氣動內(nèi)徑檢測機整體設(shè)計方案 6583框架選擇 8242713.1支架設(shè)計與選型 8275023.2工作臺面設(shè)計 8228863.3檢測機構(gòu)設(shè)計 9279533.3.1檢測探頭設(shè)計 933683.3.2推進缸選型 10322323.3.3檢測組零部件設(shè)計 12209053.3.4氣動量儀選型 12237033.3.5直線滑軌選型 141743.4設(shè)備工裝設(shè)計 17326263.4.1夾具設(shè)計 17217593.4.2自由度分析 18261113.4.3夾緊缸選型 18103593.5本章小結(jié) 19167274內(nèi)徑檢測機電氣回路設(shè)計 20214584.1可編程控制器程序設(shè)計 20192604.2電氣回路設(shè)計 22178805總結(jié)與討論 2311047參考文獻 241緒論1.1氣壓傳動概括作為實現(xiàn)現(xiàn)代化傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，氣動技術(shù)具備了無污染、高效節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡單、低成本、安全可靠，以及防火防爆，抗電磁干擾、輻射等特點。它的水平直接影響機電產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。氣動技術(shù)在我國的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴大，氣動行業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位越來越重要，是一個正在高速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。[1]在當前全面倡導綠色、節(jié)能發(fā)展的大環(huán)境下，氣動技術(shù)因為具有安全、高效、節(jié)能、低成本、無污染及壽命長等特性，已然成為工業(yè)機械、工程建設(shè)機械及國防尖端產(chǎn)品中不可或缺的技術(shù)手段。未來，我國需大力發(fā)展氣動技術(shù)，積極提倡自主創(chuàng)新，舉步高精度、高效率、高速化及高功率密度的方向發(fā)展，為氣動技術(shù)的發(fā)展注入新鮮活力，滿足社會經(jīng)濟建設(shè)需要。[2]相較于傳統(tǒng)零件測量，機械式的量具打百分表或千分尺具備了高精度這一優(yōu)點，但無法批量操作，檢具具備了同時多批量檢測的優(yōu)點，但無法得知被測尺寸具體值。而本次設(shè)備以壓縮空氣為主要動力來源，輔以專用氣動檢測機，對檢測達到傳動迅速、平穩(wěn)可靠、數(shù)值顯示、示值精確、同時多方位檢測等優(yōu)點。降低檢測時間，極大提高了檢測效率。對比兩種傳統(tǒng)檢測方式，氣動檢測在不失測量精度的同時又具備了傳統(tǒng)檢測方式的便捷性。1.2課題研究背景及意義隨著《中國制造2025》的到來，工業(yè)發(fā)展愈加離不開機械智能化及自動化，各行各業(yè)對工人的需求量都在大幅度的提高，勞動密集型企業(yè)對工人、場地、成本需求愈加嚴峻迫切，為提高生產(chǎn)效益，智能機械緊跟時代的步伐。在實踐中逐步提煉技術(shù)路線，“十四五規(guī)劃”中也初步擬定新的“四個化”，“數(shù)值化、信息化，網(wǎng)絡(luò)化、智能化”作為氣動產(chǎn)業(yè)化的“新四化”。[3]本次論文課題是針對一款發(fā)動機的箱蓋設(shè)計一套專用的機械檢測設(shè)備，從被測元件整體參數(shù)及加工工藝出發(fā)，并對檢測工藝做出要求，不對工件產(chǎn)生損耗及干擾。在獲得一塊質(zhì)量有保障的廉價產(chǎn)品之前，企業(yè)對生產(chǎn)過程的投入必須是低成本、高效益，而多元化的機械能完美滿足減低工人成本及管理生產(chǎn)空間的要求，在進行產(chǎn)品個體定制裝配設(shè)計的前提下，降低工人成本的投入，培養(yǎng)工人素質(zhì)，提高工人操作技術(shù)，節(jié)省工作空間，提高生產(chǎn)效益，增加工作時長等優(yōu)點。以智能機械自動化取代傳統(tǒng)的工人手工作業(yè)。以壓縮空氣作為主要動力所生產(chǎn)的機械設(shè)備不具備電力機械的控制及精度，也不具備液壓機械的傳動力度，但在本次設(shè)計的檢測機械中，對于批量工件檢測，在檢測組運動中不需精確定點啟、停，不需要兩者特點，故選用氣動機械。1.3我國氣動技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀自20世紀60年代以來，由于工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展迅速，氣動技術(shù)在行業(yè)應(yīng)用中越來越廣泛，如應(yīng)用于機械制造、電子電器、汽車、列車、石油化工、輕工包裝和機器人等各個領(lǐng)域。在2009年國務(wù)院頒布的《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中，特別強調(diào)了要提高我國氣動元件的制造水平，務(wù)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。目前，氣壓傳動技術(shù)的發(fā)展速度遠遠超過了液壓傳動技術(shù)的發(fā)展速度，已經(jīng)成為一個獨立的專門技術(shù)領(lǐng)域。[4]氣動技術(shù)被稱作“廉價的自動化技術(shù)”，在國外工業(yè)發(fā)達的國家早已被普遍應(yīng)用，且發(fā)展迅速，在現(xiàn)代化設(shè)備及生產(chǎn)線上幾乎都具備了氣動系統(tǒng)。如美、日、德在十五年內(nèi)氣動元件銷售額平均增長10％～15％，是機械工業(yè)的1～1.5倍，發(fā)展速度也高于液壓行業(yè)。[1]在實際應(yīng)用中，氣動技術(shù)不單單是應(yīng)用在生產(chǎn)方面，在醫(yī)療，食品，乃至在檢測方面都取有相應(yīng)的成就。1.4內(nèi)徑檢測方式多數(shù)量具工作原理是將被測量轉(zhuǎn)換為可直接觀測的指示值或等效信息的計量器具。[5]內(nèi)徑檢測按檢測介質(zhì)不同可分為電動量檢測，機械式檢測，光學量檢測，氣動量檢測。（1）電動量測量電動量儀作為較為普遍的電動量測量，是指把被測量轉(zhuǎn)換成電信號再進行測量的幾何量測量儀器。能用于測內(nèi)外孔徑的主要有電動測微儀和圓度儀兩種儀器。電動測微儀又可以分為電容式、電感式、光電式、電接觸式四種方式。目前電感、電容測微儀應(yīng)用比較多，雖然電感、電容測微儀在測量精度和抗干擾能力上較以前己經(jīng)有了很大的提高，但依然存在測量精度易受材料性質(zhì)和外界干擾等問題。國防科大研制成功的電容三點法測量儀，在采用誤差補償和誤差分離技術(shù)后，工件直徑的測量不確定度達到了±0.8μm/100mm。圓度儀是測量被測孔橫截面的圓形輪廓，然后通過最小二乘法等擬合算法來得到直徑值。測量時，傳感器測頭與被測件孔表面接觸，并隨主軸一起繞被測件回轉(zhuǎn)，被測表面偏離理想圓的起伏變化轉(zhuǎn)換為電信號。缺點是存在主軸回轉(zhuǎn)誤差、接觸力引起的彈性變形誤差。直徑測量不確定度達到±0.2μm。[6]（2）機械式測量機械測量以機械傳動的方式實現(xiàn)被測量的測量，常用的測量儀器有游標卡尺、千分尺、百分表和千分表、測微儀等。這類測量儀器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、成本低廉，性能較為穩(wěn)定且便于攜帶。缺點是使用壽命低，測量前進行校準，測量時需人工手動調(diào)整，目測結(jié)果，且使用時磨損較為嚴重，難以實現(xiàn)高精度的測量。此類測量儀器的不確定度大約為±（1—5）μm/100mm，只適用于中等精度的尺寸測量。[7]（3）光學量測量光學量儀在幾何量測量領(lǐng)域里應(yīng)用非常廣泛，光學量儀顧名思義是采用光學法進行孔徑的非接觸測量，一般以線紋尺、光柵、激光干涉儀作為長度基準。光學法又包括光學投影放大、光學掃描、光散射法及光衍射法等。光學影像法是最基本的非接觸式測量方法。用儀器目鏡分劃板上的刻線對被測孔的影像進行瞄準，即對被測輪廓的兩邊進行瞄準，并由儀器的測量裝置讀出讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差就足被測孔徑值。對小孔，可采用雙像法測量孔徑。其測量極限誤差一般為±3pm。小孔徑干涉儀是一種單觸頭接觸式測量儀，其基本原理是應(yīng)用接觸式光波干涉法，將被測孔徑與階梯托塊相比較后由干涉系統(tǒng)瞄準讀數(shù)，所以它可獲得較高的測量精度。采用這種方法測量時，應(yīng)注意測頭直徑的選擇和量塊尺寸的確定。光學掃描法用的比較多的有激光掃描CCD成像法，量程可從幾微米到幾百毫米，但精度一般也都在微米數(shù)量級。以日本佳能的激光掃描測徑系統(tǒng)CLTS為例，其測量量程在0.08mm至115mm，量程下限的測量精度為±0.3μm，分辨率為±0.1μm。量程上限的測量不確定度為±7μm，分辨率為±0.1μm，而美國ZYGO公司研制了量程為50mm，量程上限不確定度達到±0.25μm的激光掃描測徑系統(tǒng)。[8]（4）氣動量測量氣動測量技術(shù)經(jīng)過了80多年的發(fā)展已經(jīng)很成熟，氣動測量是非接觸式測量，能夠在線測量工件并且具有自潔作用，對測量環(huán)境要求不高，用氣動法測量孔徑時，主要是氣動塞規(guī)法，基本原理是將氣動塞規(guī)測量頭插入被測孔內(nèi)，當氣流通過氣動塞規(guī)的噴嘴流經(jīng)塞規(guī)和被測小孔之間的間隙時，因孔徑的變化，會引起氣體壓力或流量的變化，通過測量壓力和流量值的變化即可測出被測孔徑的大小。這種方法精度可達1μm甚至更高。現(xiàn)今，國內(nèi)外出現(xiàn)了數(shù)字式氣動量儀，能夠?qū)崿F(xiàn)更加簡便、精確的測量。[9][10]（5）檢測原理比對以上四種不同原理的檢測方式在其測量過程與結(jié)果上都各具不同，而本次設(shè)計選用氣動量測量是它對比電動量及光學量測量毋需極高的精度就能達到被測零件的尺寸等級要求，且成本相對較低，維護方便，與動作元件的工作介質(zhì)同出一源，相輔相成。對比機械式測量，氣動量測量在檢測結(jié)果上更據(jù)穩(wěn)定，并且能進行多工位同臺操作，且氣動測量作為非接觸式測量，能具備高度集成化，高精度高準確性，對工作環(huán)境低，高智能化等優(yōu)點。[11]以此對比，氣動量測量從檢測要求、便捷性、器材成本、應(yīng)用范圍等方面都具備良好的優(yōu)勢，作為本次設(shè)計檢測較為適宜。1.5本章小結(jié)首先對當今氣動技術(shù)進行概括，對氣動技術(shù)進行初步的了解，其次闡述了課題研究背景及意義，引出不同測量方式并作出比對，明確氣動技術(shù)與智能機械相輔相成的契合度，確定設(shè)計方向，并以一臺以氣動為主體的智能機械，設(shè)計初步工作流程。2氣動內(nèi)徑檢測機整體設(shè)計方案2.1設(shè)計參數(shù)設(shè)計工件每5s完成一次測量，對三個方位進行檢測，設(shè)備外形尺寸不宜過大，參考尺寸為580×685×678mm，自重不超過100Kg，具體根據(jù)實際計算確定。被測尺寸如圖2.1所示,工件左側(cè)孔1直徑φ14mm、孔2直徑φ5mm；右側(cè)孔3直徑φ14mm；底部孔4直徑φ57mm。圖2.1工件模擬圖2.2運行流程與檢測方式（1）運行流程人工上料至專用夾具，對產(chǎn)品進行徑向定位，按下啟動按鈕，夾緊機構(gòu)鎖緊，對產(chǎn)品進行軸向定位，氣源經(jīng)調(diào)壓閥提供穩(wěn)定氣壓至氣動元件，驅(qū)動氣缸推動檢測探頭進行工件檢測，探頭內(nèi)部進氣，被測孔徑內(nèi)部通氣，涌出氣體流量經(jīng)集成模塊換算得出孔徑的值，與內(nèi)部設(shè)定值進行比較，若工件達標，則打點機構(gòu)對工件非工作表面進行打點，表示該工件合格，未達到尺寸公差內(nèi)即為不合格，不對工件進行打點。工作流程：工件安裝→按鈕啟停→PLC運行→尺寸檢測→顯示讀數(shù)→結(jié)果判斷，如圖2.2流程圖。圖2.2流程圖（2）內(nèi)徑檢測方式全機以電氣為主要驅(qū)動力，完成機械動作，以氣動量儀作為檢測機構(gòu)，完成工件檢測。設(shè)計專用夾具、檢測探頭、工作臺面及各部件限位塊，對檢測機構(gòu)連接件進行設(shè)計，根據(jù)計算參數(shù)，進行氣動元件選型。最終完成零部件拼裝組合，輔以電路走線及可編程控制器的程序編寫，最終完成內(nèi)徑檢測機的設(shè)計。根據(jù)氣動探頭在被測孔內(nèi)釋放的空氣，根據(jù)空氣輸出流量，經(jīng)氣動量儀內(nèi)部比較，計算出被測內(nèi)徑數(shù)值，對比該值是否在合格公差范圍，完成檢測。2.3氣動內(nèi)徑檢測機整體設(shè)計方案（1）工作框架：如圖2.3所示，①框架封件、②防護網(wǎng)、③工作臺面、④支撐框架、⑤腳座。（2）設(shè)備工裝：夾具、夾緊缸。（3）檢測機構(gòu)：檢測探頭組、推進缸、連接板塊、導軌。設(shè)備工作框架由腳座、工作臺面、支撐框架、防護網(wǎng)、框架封閉件組成，分別決定設(shè)備移動與否、元件工作場合、工作強度、承重、安全措施等方面。圖2.3工作框架圖工件檢測定義最大孔在豎直方向即Z軸方向，其余三孔在水平方向且平行于X軸，采用完全定位，夾具主要歸為兩部分，底部夾具以及夾緊缸。工件左側(cè)設(shè)計兩組檢測組，右側(cè)一組，下方一組，檢測探頭與被測孔軸線存在同軸度要求，檢測組整體不宜過長，過高，一方面縮減設(shè)備整體尺寸，另一方面縮短力臂，減低檢測誤差或造成量具及工件磨損，且互不干擾，檢測組由檢測探頭組、推進缸、連接板塊、導軌組成，水平方向檢測整體組固定在工作臺面上，豎直方向檢測組由于整體尺寸偏大，初步估計所選氣動元件較大，為此，檢測組整體藏于工作臺面下，氣動元件安裝在檢測組側(cè)面。

3框架選擇3.1支架設(shè)計與選型作為設(shè)備零部件搭載的框架，其必須具有約束性和支撐性，在相對較小的空間里，起到各零部件的支撐與連接，考慮到設(shè)備自重問題，本次框架設(shè)計采用空心鋁型材作為支架，鈑金作為擋板。可在部分鈑金件中開孔，用于固定外部觸發(fā)按鈕、指示燈以及細小輔助元件。鋁型材規(guī)格為40×40mm，非實心與四尖角構(gòu)造在減少原料浪費的同時減輕設(shè)備整體質(zhì)量，并且四邊開梯形槽，便于元件自由安裝、美觀。代號6061，其強度可靠、可塑性、可加工性良好，各鋁型材之間采用螺栓連接。鉑金板規(guī)格2×3mm，采用表面噴塑處理，與鋁型材連接處轉(zhuǎn)角寬15mm，防止板面傾斜錯位，提高擋板與鋁型材之間的契合度，采用四角定位在鋁型材之間。按鈕及一些氣動輔助元件可以安裝在鈑金之上。既能擋灰擋塵，起遮蔽效果，又能安裝元件，起支撐定位作用。如圖3.1所示。圖3.1支架3.2工作臺面設(shè)計作為承載檢測部件整體的工作臺面，本次大板選用45鋼，根據(jù)各零部件間的配合，行程及尺寸，設(shè)計各部件在大板上的定位，大板尺寸規(guī)格為550×350mm，計算零部件質(zhì)量，設(shè)計大板厚度為25mm。大板表層進行發(fā)黑處理，使金屬表面產(chǎn)生一層氧化膜，以隔絕空氣，達到防銹效果。由于被測工件在左右兩側(cè)均存在被測孔，且在豎直方向上存在一個被測孔，因此設(shè)定被測工件在設(shè)備工作臺面中央，用于均衡大板單邊吃力過度，平衡兩端力臂，增強大板強度，提升使用壽命。圖3.2工作臺面左側(cè)兩槽與右側(cè)一槽均為直線滑軌定位槽，用于安裝直線導軌。導軌槽中心線與被測孔徑軸線處于同一豎直面，且與端面呈垂直狀態(tài)。使檢測部件在工作時對導軌造成的載荷分布更加均勻。工作臺面螺紋孔均采用沉孔方式，下沉高度根據(jù)螺釘而定。螺釘選用內(nèi)六角圓柱頭螺栓。根據(jù)標準螺釘圓柱頭高度，沉孔高度分別為頂面M4沉2mm，M8沉6mm。由于鋁型材結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，富余很大的安裝固定空間，側(cè)面與底面均不采用沉孔方式固定螺釘。如圖3.2所示。3.3檢測機構(gòu)設(shè)計3.3.1檢測探頭設(shè)計本次設(shè)備設(shè)計零件四個被測點，分別是左側(cè)兩孔徑：孔1直徑φ14mm、深11.8mm；孔2直徑φ5mm、深11.2mm；孔3直徑φ14mm、深10.4mm；孔4直徑φ57mm、深24.1mm。檢測探頭在氣動量儀的配合下應(yīng)用范圍較廣，如可用于測量內(nèi)徑、外徑、圓度、直線度、垂直度、錐度等多種尺寸及形位公差的計算與檢測。本次設(shè)計引用其內(nèi)徑檢測功能。以1號檢測探頭為例，浮動探頭整體采用GCr15加工而成，表面進行鍍鉻；熱處理方式：淬火；硬度要求：58～62HRC。由于探頭需要深入孔徑內(nèi)部檢測，為此探頭頂部進行倒角設(shè)計，尖角銳角進行倒圓處理，去除毛刺，防止在探頭與被測孔同軸度偏差過大時造成探頭與工件劃傷，起安全保護作用。探頭尾部呈階梯狀，便于探頭裝夾定位，末端階梯軸外圓與軸套成過盈配合，內(nèi)孔接近端面處進行M5的螺紋加工，用于安裝氣管接口。在端蓋內(nèi)孔直徑小于軸套外徑為前提，保證探頭與軸套不發(fā)生沿軸線方向發(fā)生移動，限制其自由度。探頭內(nèi)部呈中空狀，便于壓縮空氣在被測孔內(nèi)注入與流通，如圖3.3所示。圖3.31號檢測探頭圖在工作方面，φ14外圓是工作面，作為探頭頂部，需深入被測孔，頂面與被測孔底面無貼合要求，但須保證4-φ1通氣孔在檢測過程中處于被測孔內(nèi)部，避免氣體無端流失，造成檢測結(jié)果不穩(wěn)定。探頭1、2、3檢測時軸心線處于水平狀態(tài)，由推進缸完成動作引導。探頭4檢測時軸心線處于豎直狀態(tài)。被測孔徑偏大，檢測組質(zhì)量偏大。為此，設(shè)計其尾部有兩個固定環(huán)對推進缸進行限位，增加一彈簧進行工作緩沖。3.3.2推進缸選型出于工作內(nèi)容精度要求不是很高，且能正常使用，成本低等方面，本次設(shè)計工作元件主要選用XX公司的氣動元件。本次氣缸選型主要根據(jù)檢測組被推動所需的力，量程來選型。根據(jù)各部件型材密度及體積，探頭1、2、3在質(zhì)量上相差較小，統(tǒng)一取探頭檢測組質(zhì)量m1≈0.962kg?？?直徑偏大，探頭設(shè)計過大，且處于豎直方向，對推進缸要求更大。4號探頭檢測組m行程選定：孔1底面至工件外側(cè)端面距離L1=孔2底面至工件外側(cè)端面距離L2=孔3底面至工件外側(cè)端面距離L3=由3個被測孔徑選擇適當工作行程，18.3＜23.4＜36.4＜40，統(tǒng)一選用行程為40mm的氣缸?？?貫穿整個被測工件，高35mm，推進缸選用量程30mm。40mm屬于小行程往復(fù)運動，選用超薄氣缸ACQ系列。1至3號推進缸水平押側(cè)發(fā)力，4號推進缸安裝在檢測組側(cè)面，采用拉側(cè)發(fā)力使檢測組動作，產(chǎn)生不同程度的彎曲及扭轉(zhuǎn)，為此選用雙軸氣缸TN系列。工作所需最低力：FF缸徑計算公式：（1）工作方式為押側(cè)工作的氣缸缸徑計算公式：(3.1)工作方式為拉側(cè)工作的氣缸缸徑計算公式：(3.2)外部壓縮空氣輸入壓力P=0.5mpa。分別把F1帶入式3.1，F(xiàn)2帶入式D1=6.15,D查氣缸理論輸出表可得ACQ系列最小缸徑為D=20，1至3號推進缸內(nèi)徑D1=12，活塞缸外徑d1=6的超薄氣缸。4號推進缸內(nèi)徑D2工作所需最低力：作為氣動順序里兼?zhèn)漭斎胼敵鰟幼鞯墓ぷ髟?，可編程控制器需要實時監(jiān)控氣缸活塞桿位置變化，即需要感應(yīng)元件對氣缸進行監(jiān)控，常用磁感極性對氣缸的監(jiān)控，為此需氣缸活塞本身附有磁石，代號S。檢測組相較于氣缸活塞屬于大型工作器具，設(shè)計活塞桿工作時盡可能增大檢測組的受力面積，為促活塞缸牙型選用外牙型。綜上，1至3號推進缸型號：ACQ12×40SB（表3.1）；4號推進缸型號TN10×30S（表3.2）。表3.11至3號推進缸代號注釋表ACQ1240SB規(guī)格：超薄氣缸（復(fù)動型）缸徑為12mm行程為40mm磁石代號：附磁石活塞桿牙型：外牙型表3.24號推進缸代號注釋表TN1030S規(guī)格：雙軸氣缸缸徑為10mm行程為30mm磁石代號：附磁石3.3.3檢測組零部件設(shè)計檢測組主要由1檢測探頭、2擋圈、3軸套、4襯套、5端蓋五部分組成，動作狀態(tài)與滾子鏈相似，如圖3.4所示。檢測探頭與軸套呈間隙配合，軸套與襯套呈間隙配合，擋圈通過螺釘連接固定在襯套頂面，內(nèi)孔直徑小于軸套外圓直徑檢測探頭該處的直徑，與底部端蓋配合，限制軸套沿軸線方向移動，襯套被定位，達到浮動探頭被定位的效果。底部由端蓋進行檢測組整體的定型，并采用長軸小平面的定位方式固定在檢測組的支撐板件上,如圖3.5所示。圖3.4檢測組零部件圖3.5檢測組件由于該檢測方式是氣動檢測，為此，整個檢測組呈中空狀態(tài)，壓縮空氣通過檢測探頭內(nèi)部孔洞和尾部的氣管接頭被輸送至被測孔，進行通氣檢測。并在檢測時探頭能完成浮動動作，使檢測過程更加流暢，檢測結(jié)果精度更高。3.3.4氣動量儀選型當前，很多行業(yè)，特別是機械制造、汽車制造等相關(guān)行業(yè)，在生產(chǎn)現(xiàn)場對工件的測量時，使用著很多高精度，能對工件各種幾何量和形狀位置偏差進行測量的氣動量儀。氣動測量方式測量精度高、容易實現(xiàn)，氣動量儀結(jié)構(gòu)簡單、工人操作方便，適合用于對精度要求較高、批量較大的汽車零件制造等相關(guān)行業(yè)。氣動量儀具有可以實現(xiàn)對被測工件非接觸測量的特殊優(yōu)點，在對被測工件的測量過程中能夠有效的防止損傷工件表面和氣動測量儀器。氣動量儀在測量工作中氣動測量頭與工件被測表面存在間隙，沒有直接接觸，這樣不但能夠有效的降低測量力對測量結(jié)果的直接影響，而且能夠避免氣動量儀裝置劃傷被測工件表面。在工業(yè)現(xiàn)場的大批量生產(chǎn)中或生產(chǎn)線上，只要存在氣源，就能夠使用氣動量儀，實現(xiàn)零部件的氣動測量。氣動測量裝置能夠用來直接測量被測工件的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)、幾何形狀偏差和位置尺寸偏差。[12]相比以浮標式氣動量儀為代表的氣動測量技術(shù)，選用較為先進的數(shù)字化氣動測量技術(shù)，其采用微機技術(shù),可以對氣動測量的非線性進行線性修正。同樣的精度條件下，量程增加3～5倍以上，量程可達0.6mm以上。精度一般為0.2％～1％FS，最高可達0.1μm。[13]由上述文本可知被測孔尺寸，且設(shè)備安裝采用一孔一量儀安裝，為此需對每個孔選定合適的氣動量儀使用范圍，得出表3.3。表3.3氣動量儀選用范圍內(nèi)孔直徑（mm）氣動量儀選用范圍（mm）孔114Φ5～25孔25Φ5～25孔314Φ5～25孔457Φ50～70本次設(shè)備監(jiān)測終端選用X公司的氣電測微儀，設(shè)備規(guī)格：DK57-Y-5321。該設(shè)備具有優(yōu)點：（1）通道：5通道標準氣電，可擴展；（2）檢測參數(shù)：內(nèi)徑、外徑、圓柱度等；（3）檢測節(jié)拍：操作員字適應(yīng)；（4）量程：±100μm等；（5）檢測結(jié)果自動保存，硬盤可存儲30萬條檢測數(shù)據(jù)；（6）在線SPC數(shù)據(jù)分析；（7）檢測結(jié)果通過RS232輸出、TCP/IP輸出、繼電器輸出；（8）檢測結(jié)果紅、綠雙色指示并報警；（9）檢測結(jié)果小數(shù)位可設(shè)定；（10）AC22050/60HZ電源接入；（11）0.4-0.7Mpa純凈氣源接入（φ8氣管）；（12）與電氣裝置配套使用。五通道完全滿足本次四個測量點的要求，相比傳統(tǒng)的浮標式氣動量儀，其電腦數(shù)顯方式更為直觀，并能同時觀察四個被測點的孔徑偏差，不但能設(shè)置工作所需偏差，又能輸出所求結(jié)果的信號，為信號采集提供極大的便利。3.3.5直線滑軌選型本次設(shè)備采用HIWIN直線導軌，直線導軌系為一種滾動引導，借由鋼珠在滑塊與導軌之間作無限滾動循環(huán)，負載平臺能沿著導軌輕易的以高精度作線性運動。由于該導軌摩擦方式為滾動摩擦，相較于傳統(tǒng)的滑動引導直線導軌，滾動引導的摩擦系數(shù)可降低至原來的1/50。滑軌選型順序：確定使用范圍→選用精度等級→假定滑軌尺寸→計算滑塊最大負荷→確認剛性→潤滑劑選用→直線導軌選用完成。系列產(chǎn)品如表3.4所示，本次設(shè)計屬于測量器械，選用HG系列滑軌。表3.4滑軌系列表HG系列磨床、車床、銑床、轉(zhuǎn)床、放電機加工、綜合機加工、鏜床、線切割、精密量測儀器、土木機械、運輸裝置、搬運機械等。EG系列產(chǎn)業(yè)自動化機械、半導體機械、鐳射雕刻機、包裝機械等。MGN/MGW系列印表機、機械臂、電子儀器設(shè)備，半導體設(shè)備等。RG系列CNC加工機械、重切削加工機、CNC磨床、射出成型機、放電加工機械、線切割機、大型龍門機床等?；瑝K類型選擇：滑塊類型分為四方形與法蘭型，四方形滑塊形似一個長方體，安裝孔是在滑塊中間內(nèi)側(cè)，安裝方法只能是上安裝。法蘭型的安裝孔是在滑塊外側(cè)，可以實現(xiàn)上下安裝兩種方式。負載也相對較大，但是寬度也是比較寬的。根據(jù)設(shè)計，左側(cè)兩滑塊軸線間距偏小，對滑塊寬度有所要求，且滑塊工作面只有頂面，法蘭型滑塊工作時滑塊兩側(cè)均能受較大的載荷，過度超出本次要求范圍。因此選擇四方形滑塊。精度選擇：本次被測件內(nèi)孔加工等級IT6，要求精度11μm，公差等級φ14P6，即mm，因此選型精度控制單位0.01mm查找表3.5，選用精度等級：高級（H），相對高度P與相對寬度N誤差0.01mm，符合檢測精度。表3.5滑軌精度等級型號HG-15，20精度等級普通級（C）高級（H）機密級（P）超精密級（SP）超高精密機（UP）高度H的容許尺寸誤差±0.1±0.030-0.030-0.0150-0.008寬度N的容許尺寸誤差±0.1±0.030-0.030-0.0150-0.008成對高度H的相互誤差0.020.010.0060.0040.003成對寬度N的相對誤差0.020.010.0060.0040.003滑軌尺寸：滑塊尺寸分為軌寬與軌長，其中，軌寬是決定滑軌負載大小的關(guān)鍵因素之一，四排滾珠的方軌產(chǎn)品尺寸一般分為15、20、25、30、35、45、55、65。本次設(shè)計滑軌主要用于導向作用，負載輕，選用軌寬尺寸15。軌長是軌的總長，全長=有效行程+滑塊間距（兩個滑塊以上）+滑塊數(shù)量×滑塊長+兩端的安全行程/（螺栓孔數(shù)-1）×螺栓孔間距+2×螺栓孔至端面距離。有效行程為推進缸伸出桿長度=40mm，單滑塊，滑塊長度L=61.4mm，安全行程標準距離為20mm，由上述工作臺面設(shè)計得三條導軌螺栓孔都為3，查表3.6得螺栓間距P=60mm，但本次設(shè)計距離有限，行程短，分別設(shè)定一號導軌端距E1=7.5mm，二號導軌端距E2=12.5mm軌長計算：LLL即：導軌L1、L2、L3載荷計算公式：（3.3）（3.4）（3.5）：單個角落承受力：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即平均載荷2.36。潤滑方式：滑塊后端安裝油嘴用于打油，在端蓋側(cè)邊預(yù)留側(cè)油孔位置安裝油嘴（一般為直油嘴），提供側(cè)向打油，位置在非側(cè)基準邊。選型：HGH15CA1R135Z0C。表3.6軌道長度項目HG15HG20HG25HG30HG35HG45HHG55HG65標準長度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）間距（P）6060608080105120150標準端距（E）202020202022.53035標準端距最大長度1960（33）4000（67）4000（67）3960（50）3960（50）3930（38）3900（33）3970（27）最大長度20004000400040004000400040004000圖3.6滑軌長度3.4設(shè)備工裝設(shè)計3.4.1夾具設(shè)計由自由度分析可得，該工件屬于完全定位，為此夾具設(shè)計分為兩個步驟，分別代表底座夾具和夾緊夾具，工作流程為：底座夾具→放置工件→夾緊夾具，以此達到對工件的完全定位。（1）底座夾具底座夾具主要作用是限制工件三個自由度，其組成分別為一塊底板，兩枚定位銷，三個定位塊。基于被測工件表面非平坦面，為檢測便捷，平放工件，配合工件形狀尺寸，沿用工件四個定位孔，在夾具板上設(shè)計相對立的四個凸臺，不僅能使工件重心穩(wěn)定，且能初步對工件進行定位，如圖3.7所示。定位塊通過螺釘安裝在夾具板上。在工件Y軸方向上安裝兩塊定位塊，限制工件Y軸自由度，由于工件表面不平整，在其側(cè)面安裝一塊定位塊，限制其X軸自由度。在凸臺與定位塊之間，各設(shè)計一定位銷，用于精準定位工件，配合凸臺形成短銷大平面限位。限制5個自由度，底座夾具設(shè)計完成。圖3.7底座夾具（2）夾緊夾具夾緊夾具主要與底板小平臺相對應(yīng)來限制工件的Z軸自由度，使工件達到完全定位。由于上料動作存在順序，且盡量減少人工操作，最后一道工裝動作由設(shè)備自主完成。因此，選用氣缸來帶完成夾緊。氣缸為亞德客公司的旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸ACKL25X90，在工件X軸至Y軸之間分別安裝一個夾緊氣缸，當工件被放置于底座夾具并且完成部分定位后，夾緊缸旋轉(zhuǎn)夾緊，使旋轉(zhuǎn)臂至于工件之上，旋轉(zhuǎn)氣缸又固定在夾具板上，以此完成對工件Z軸自由度的限制。3.4.2自由度分析針對蓋體需要分析其在各方位所受的定位，定制工件自由度簡圖，如圖3.8。以便觀察工件在夾具上的自由度分析。為便于裝夾裝配，夾具設(shè)定在設(shè)備整體中心，由于工件在左側(cè)存在兩個被測孔，右側(cè)一個被測孔，為此需限制其Y軸與X軸自由度，Z轉(zhuǎn)自由度，工件底部存在一個被測孔，需要限制Z軸自由度，X轉(zhuǎn)自由度，Y轉(zhuǎn)自由度，整體限制了X軸、Y軸、Z軸、X轉(zhuǎn)、Y轉(zhuǎn)、Z轉(zhuǎn)六個自由度，屬于完全定位。圖3.8工件自由度分析圖3.4.3夾緊缸選型夾緊缸選型與上述推進缸稍有不同，由于其工作方式是在被測工件置入夾具后夾緊缸縮回夾緊，于回程方面稍作要求，且毋需精度要求，因此在夾緊缸制動方式上選用引入單動。 工作方式為旋轉(zhuǎn)夾緊，該品牌具有ACK與QCK兩種系列，而QCK被推薦適用于焊接環(huán)境使用，因此選用ACK系列，如表3.7所示。工作位置：在工件前后兩側(cè)，對中心工件進行夾緊，故選用單擺臂轉(zhuǎn)角氣缸。旋緊方式：出于安全順序，采用擺臂左旋夾緊，代號L。缸徑：工件檢測時幾乎無徑向力，故選用最小缸徑，D=25mm。轉(zhuǎn)角：避免與動作順序產(chǎn)生干涉，轉(zhuǎn)角讀數(shù)采用90°。產(chǎn)品代號：選前后兩夾緊缸型號：ACKL25×90。表3.7夾緊缸代號注釋表ACKL2590規(guī)格：旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸（引入單動型）L:下壓左旋氣缸內(nèi)徑=25mm轉(zhuǎn)角為90°3.5本章小結(jié)本章對論文設(shè)計的設(shè)備進行工作需求分析，對機械主體部分方案設(shè)計，進行零部件選定與設(shè)計，從設(shè)備造型，工作裝置，夾緊機構(gòu)以及防護裝置層層分析，選定參數(shù)，最終組合成一步完整的機械設(shè)備。4內(nèi)徑檢測機電氣回路設(shè)計4.1可編程控制器程序設(shè)計本次設(shè)備選用三菱集團的可編程控制器，該集團在電氣領(lǐng)域具有深厚的歷史及實力。鑒于設(shè)備的運動與工作元件，可得出設(shè)備整體具有16個輸入動作，14個輸出動作，其中存在3個外部輸入動作，8個磁感觸發(fā)信號，2個狀態(tài)指示燈，11個狀態(tài)持續(xù)信號?？删幊炭刂破餍吞栠x擇FX3GA-60MR，具備36個輸入點，26個輸出點，完全滿足設(shè)備輸入，輸出及預(yù)留的信號點。點位信號如圖4.1，圖4.2所示。