三坐標(biāo)測量機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用

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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目：三坐標(biāo)測量機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用 專 業(yè) 名 稱 ： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 學(xué) 號 ： 078105225 學(xué) 生 姓 名 ： 邱志慶 指 導(dǎo) 教 師 ： 賀紅林 填 表 日 期 2011 年 6 月 1 日 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計開題報告 一、 選題的依據(jù) 1、合理的測量精度 坐標(biāo)測量機是檢測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，一般可根據(jù)被測工件要求的檢測精度與測量機給定的測量不確定度相對比，看測量機精度是否符合要求。 精度比對不是一個簡單的比較過程。測量機的技術(shù)規(guī)范中一般只給出單軸測長和空間測長的兩個不確定度公式及重復(fù)精度值。但在具體測件時需要將被測參數(shù)的測量不確定度限制在一定范圍內(nèi)。一般測量時，要測量很多測點。在形位測量時，更有大量測點參與并帶來測量誤差，精確計算是很難的。因此從經(jīng)驗出發(fā)，在一般測量中，測量不確定度應(yīng)為被測工件尺寸公差帶的1/5～1/3。例如某一被測箱體上二孔的孔距為500mm，公差帶為15um，則所選用的測量機在500mm長度上的測量不確定度應(yīng)不大于3um～5um。對于精密測量及復(fù)雜的形位測量要求還高，一般應(yīng)為被測尺寸公差帶的1/10～1/5。重要的是重復(fù)精度必須滿足要求，因為系統(tǒng)誤差還可以通過一定方法補償，而重復(fù)精度應(yīng)由測量機本身保證。 總之，用戶應(yīng)選用精度（包括重復(fù)精度）高一些的測量機。這不僅由于測量復(fù)雜件時，測點可能帶入的誤差比預(yù)想的要大（由于測頭測桿變化或加長會引入更大的誤差），而且測量機的精度會隨使用次數(shù)增多而有所下降。 2、合乎要求的測量范圍? 測量范圍的選擇時選擇測量機時的最基本參數(shù)。因為在測量范圍內(nèi)才能獲得精確的測量值，超出了范圍，測量就難于進行。選擇測量范圍時，應(yīng)考慮以下幾個方面。 （1）、工件的所需測量的部分，不一定是整個工件。如要測的部分集中在工件的某個局部，除了測量機的測量范圍能覆蓋被測參數(shù)之外，還要考慮整個工件能在測量機上安置，要求工件重量對測量精度不帶來顯著影響。為了把工件放入測量機中，應(yīng)根據(jù)工件大小選擇測量機。 （2）、Z軸與Z向空間高度的關(guān)系。Z軸行程是Z軸的測量范圍，而Z向空間高度是工件能放得下的高度。 （3）、接長桿的問題。有的測頭上有星形探針，這些探針在測量時往往要求超出工件的被測部分。一般工件尺寸為l時，要求測量范圍L=l+2C，C為探針的長度。因此測量范圍等于工件被測的最大尺寸再加上兩倍的探針長度。 3、合適的測量機類型? 測量機按自動化程度分為手動（或機動）與CNC自控兩大類。選用時，應(yīng)根據(jù)檢測對象的批量大小、自動化程度、操作人員技術(shù)水平及資金投入大小去權(quán)衡。當(dāng)然CNC測量機水平高、測速快，但測量的準(zhǔn)備時間長、技術(shù)要求高、資金投入大。故應(yīng)從經(jīng)濟效益的角度進行比較判定。 一般說，對于中等尺寸的工件，多采用移動橋式；對于小型工件，多采用懸臂式、儀器臺式與移動橋式等；對于大型工件，則多采用龍門式；對于需回轉(zhuǎn)測量的工件，可選用帶分度臺的測量機。 4、豐富的測量軟件 對復(fù)雜的測量對象進行測量，測量機應(yīng)有豐富的測量軟件支持，以完成測量任務(wù)。如缺少某些軟件，可根據(jù)被測對象向生產(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、符合要求的測量效率 測量機運行速度與采樣速度既是測量機效率高低的重要指標(biāo)，又與自動化生產(chǎn)的要求密切相關(guān)。用于生產(chǎn)線或柔性加工線上的測量機，檢測的時間必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求。 6、功能齊全的測量頭 測量頭是測量機上重要的傳感器件。它不僅直接影響測量精度，而且是決定測量機功能和測量效率的重要因素。 7、滿意的經(jīng)濟效益 作為檢測儀器，測量機的經(jīng)濟效益是投資購買的一項重要指標(biāo)。雖然它不像生產(chǎn)機床那樣便于計算，也不如機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)，檢測儀器有著特殊的重要性。 測量機的使用費用，主要取決于測量機的折舊費K、檢測人員的工資G、測量所用的時間T及輔助材料和設(shè)備等雜費Q，即測量總費用。 M=T（K+G）+Q 測量機效益的關(guān)鍵在于使用時間T。因此在考慮測量機資金的投入時，關(guān)鍵在于了解它的使用效率。如果使用效率高，則經(jīng)濟效益亦高。如果使用效率不很高，而又易于在當(dāng)?shù)亟鉀Q測量問題，則應(yīng)委托或協(xié)作檢測。只付檢測費，比購置一臺測量機更經(jīng)濟。當(dāng)然有的場所，測量對象極為精密，不適宜搬動，有的系軍工保密件等，此時配置一臺坐標(biāo)測量機具有特殊性，也是必須的。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 從60年代初發(fā)明到現(xiàn)在，三坐標(biāo)測量機（CMM）在制造業(yè)得到世界范圍廣泛應(yīng)用，成為3D檢測工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。三坐標(biāo)測量技術(shù)得到迅速發(fā)展，而配套檢測軟件的發(fā)展，更是突飛猛進。最早的三坐標(biāo)測量機只能顯示XYZ坐標(biāo)，而目前的各種檢測軟件幾乎可以解決用戶的絕大部分問題。軟件日益成為影響用戶使用好壞的關(guān)鍵所在。CMM測量軟件發(fā)展趨勢，對于傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機檢測來說，通常是設(shè)計部門提供二維圖紙，檢驗部門根據(jù)圖紙對工件進行尺寸及形位公差的檢測。隨著三維CAD軟件的應(yīng)用，越來越多的技術(shù)部門使用三維CAD建模技術(shù)進行設(shè)計。因此，各坐標(biāo)機廠家紛紛推出了基于三維CAD技術(shù)的測量軟件，直接將客戶設(shè)計好的三維CAD模型導(dǎo)入測量軟件進行檢測。這樣做的優(yōu)點非常明顯，不需要額外的圖紙，理論值可以直接捕獲，更可以進行測量仿真，測頭干涉檢查等，所以，受到用戶的一致好評?；贑AD的測量成為目前三坐標(biāo)測量軟件的發(fā)展熱點。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和對測量方法的深入研究，在機電行業(yè)中人們對三維坐標(biāo)測量技術(shù)的要求也越來越高。物體的三維輪廓以及形位測量已被廣泛應(yīng)用于機械制造、航海、航空航天、反求工程等領(lǐng)域。目前物體三維輪廓測量的主要方法有導(dǎo)軌式三坐標(biāo)機的高精度接觸測量、激光點掃描和激光線掃描式三坐標(biāo)輪廓測量、激光散斑物體輪廓高精度顯微全場測量。在這些諸多的測量方法中，激光散斑物體輪廓測量法測量精度最高，屬非接觸和全場測量，測量速度高，但其測量范圍小。此外，三坐標(biāo)機的測量精度高，已被廣泛采用。但它只能進行接觸測量，并且測量速度很慢。目前，三坐標(biāo)機主要有兩種:導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測量機和無導(dǎo)軌式三坐標(biāo)儀，無導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測量儀在國內(nèi)尚無同類產(chǎn)品問世。三坐標(biāo)測量機的多功能測量臺是一種高精度測量臺?？赏瑫r裝夾兩只測量表或傳感器對工件進行多參數(shù)測量。三坐標(biāo)測量機廣泛的應(yīng)用于機械零件加工，模具制造等個方面。CLY系列單臂三為測量儀是一款具有較大測量范圍的高精度測量設(shè)備，在設(shè)計時充分考慮了使用者對沖壓件、儀表板件、塑料件、中型模具件的測量要求。由于采用開放式測量，從而保證了在現(xiàn)場、在模具制造和仿型、在部件檢測和設(shè)計室里都可以方便的使用。特點： 1、 X軸移動方向的導(dǎo)軌采用天然花崗巖，并配備進口雙直線導(dǎo)軌，三軸位移傳感器采用進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測量。 2、 配件萬向電子測頭，并通過各種測頭配件，既可以對遠(yuǎn)程和深孔進行數(shù)據(jù)采點，也能完成中、小型零部件的測量 3、 本測量儀具有方便的現(xiàn)場自校定功能，用戶可根據(jù)實際情況進行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測量數(shù)據(jù)的真實可靠。 三、 研究內(nèi)容及實驗方案 目標(biāo)：采用單臂實現(xiàn)三個方向的動作。 研究內(nèi)容： 單臂實現(xiàn)三維測量，其中涉及的各種器件的選擇原則。 擬解決的關(guān)鍵問題： 傳動方式、電動機、傳感器的選擇。 設(shè)計方案（須有文字和示意簡圖說明） 一、初步設(shè)定采用單臂完成三維空間的測量，采用接觸式測量。 二、對電動機進行選擇，完成三個坐標(biāo)的動作需選用三個電動機實現(xiàn) 。 三、傳動方式的確定。 四、傳感器的選擇應(yīng)用。 題目的可行性分析： 現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的今天，對產(chǎn)品的質(zhì)量和精度的要求越來越高，那么對檢測裝置的需求量越來越大，對其質(zhì)量精度要求也非常高。零件的檢測和誤差分析都需要測量裝置來完成。 本項目的創(chuàng)新之處 進給系統(tǒng)采用氣動，很大程度上減少了再進給過程中的摩擦阻力，提高了測量精度。 四、 目標(biāo)、主要特色及工作進度 坐標(biāo)測量機是一種具有很強柔性的尺寸測量設(shè)備，CMM在工業(yè)界的應(yīng)用開始于對棱柱零件的快速、精確測量。但隨著CMM各方面技術(shù)的發(fā)展（如回轉(zhuǎn)工作觸發(fā)式測頭的產(chǎn)生），特別是計算機的CMM的出現(xiàn)，目前，CMM已廣泛應(yīng)用于對各類零件的自動檢測。與投影儀、輪廓測量儀、圓度測量儀、激光測量儀等比較，CMM具有適應(yīng)性強，功能完善等特點。坐標(biāo)測量機的出現(xiàn)，不僅提高了檢測設(shè)備的水平，而且在自動化檢測中也是一個生重要的突破。 CMM在自動化程度方面有很大的差別。計算機控制的CMM具有自動執(zhí)行檢測、分析檢測數(shù)據(jù)和輸出檢測結(jié)果的功能，而一般的CMM僅有手動控制功能或手動控制加示教功能。目前，隨著計算機硬件性能的提高和價格降低，絕大部分CMM均配有計算機，利用計算機可對測量所得的數(shù)據(jù)進行在線分析，以判別被控件是否合格。同時也可以使用統(tǒng)計技術(shù)來確定工藝能力是否滿足，分析誤差等來源。 除了再質(zhì)量檢測方面使用CMM外，CMM還可以用于對實物的仿物的信制加工中，即所謂逆向工程。在這種情況下，由CMM測量實際工件，并將測量所得的數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)中，由CAD/CAM系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進行加工處理，建立CAD模型，并進一步生成加工指令來指導(dǎo)加工。 畢 業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間： （1）查閱文獻、熟悉相關(guān)軟件使用，撰寫開題報告； 2周 （2）相關(guān)外文文獻閱讀與翻譯（6000字符以上）； 1周 （3）三坐標(biāo)測量機總體方案設(shè)計； 2周 （4）三坐標(biāo)測量機傳動系統(tǒng)設(shè)計計算； 2周 （5）三坐標(biāo)測量機總體裝配圖設(shè)計； 4周 （6）三坐標(biāo)測量機零部件工作圖設(shè)計； 4周 （7）基于三坐標(biāo)測量機的異形零件三維建模 1周 （8）畢業(yè)設(shè)計說明撰寫 2周 （9）答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 1周 五、 參考文獻 1　 成大先 《機械設(shè)計手冊》 。北京：化學(xué)工業(yè)出版社。 1997 2　 東北重型機械學(xué)院等，《機床夾具設(shè)計手冊》。上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1998 3　 王啟平 《機械制造工藝學(xué)》。第三版 ，黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1994 4　 徐立華 《機械制造工程學(xué)》 。北京：兵器工業(yè)出版社， 1997 5　 程耀東 《機械制造學(xué)》 北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1994 6　 韓秋時 《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 ，武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999 7　 凌振邦 《機械制造工程基礎(chǔ)》 ，北京：輕工業(yè)出版社，1988 8　 盧秉恒 《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 ，北京：機械工業(yè)出版社，1999 9　 朱正心 《機械制造技術(shù)》， 北京：機械工業(yè)出版社，1999 10　 熾盛等 《機械制造工程學(xué)》 ，廣州：華南理工大學(xué)出版社，1997