三坐标测量机毕业设计方案.doc

1.2 三坐标测量机测量原理
将被测物体置于三坐标测量空间，可取得被测物体上各测点坐标位置，依据这些点空间坐标值，经计算求出被测物体几何尺寸，形状和位置。导轨式三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine简称CMM)是近二十年来发展起来一个以精密机械为基础，综合光栅和激光干涉、计算机、应用电子等优异技术测量设备，在中国外得到了广泛应用。其关键特征是含有X, Y, Z三个坐标方向导轨。现在，导轨式三坐标测量机己被广泛地应用于机械制造、仪器制造、电子、汽车、计量中心、航空和航天等多个工业和研究行业，用来测量机械零件几何尺寸、相对位置和形位误差，包含零件空间曲面、汽车白身、CAD/CAM等多项工作。导轨式三坐标测量机己经成为一个比较成熟传统测量设备，它经历了三代产品:第一代测量机由手动(或机动)测量，测量结果由人工处理，效率极低。第二代测量机在第一代测量机基础上，由微机处理测量结果，形成了微机化测量机。第三代测量机在第二代基础上，配置上对应程序控制和数据图形化软件处理系统，能够实现全自动测量。其中，第三代是现在关键产品。尤其是近二十年来，伴随微机和光电技术迅猛发展，三坐标机已成为多个高科技领域很多技术融合产品，包含了微机、精仪、光电传感、数据分析和人工智能等多项应用技术。
CLY系列单臂三维测量仪产品信息产品说明： CLY系列单臂三为测量仪是一款含有较大测量范围高精度测量设备，在设计时充足考虑了使用者对

冲压件、仪表板件、塑料件、中型模具件测量要求。因为采取开放式测量，从而确保了在现场、在模具制造和仿型、在部件检测和设计室里全部能够方便使用。

图1-1CLY单臂三坐标测量机
在Y、Z方向，其整机测量范围在1500mm x 2600mm以内、X向测量范围最小为mm、并以500mm为间距递增整体式测量机，采取整体式机械结构，测量机工作平面经过地脚螺铨固定在地基上，其工作台表面略高于地表，或是安装为和地表齐平，便于大型工件装卸。
这种类型测量机Y向测量范围有两种，1200mm 和 1500mm，其Z向测量范围最小为1500mm，最大能够达成2600mm，X向测量范围最小为mm，能够按用户要求以500mm长度适量增大。
大中型整体式单臂三坐标测量机比较适宜对通常大型非对称工件测量检测和划线操作。
测量机能够依据使用要求，选配WINCOM测量软件或XDmis测量软件。假如被测工件为通常机加工件，测量要求为通常性尺寸检测，能够选择WINCOM测量软件。假如检测任务大部份需要和CAD数据协同比对检测，提议选择XDMIS测量软件。
1.2.1 三坐标测量机组成：
1， 主机机械系统（X、Y、Z三轴或其它）；
2， 测头系统；
3， 电气控制硬件系统；
4， 数据处理软件系统（测量软件）；
1.2.2三坐标测量机结构特点：
1）采取花岗石为工作台，其工作面平面度精度高，且稳定性好，受环境温度影响小。
2）立柱采取不锈钢材料，可防锈，抗腐蚀。
3）采取精密微分头作微调装置，使测头接触工作微调量0.01mm。
4）回转支杆(附件另配)可提供装夹第二只测量表（或测量传感器），从而可扩大本产品使用功效。
5）X轴移动方向导轨采取天然花岗岩，并配置进口双直线导轨，三轴位移传感器采取进口金属反射光栅和读数头，结合空间误差修正技术，使用中四处表现高精度3D测量。
6）配件万向电子测头，并经过多种测头配件，既能够对远程和深孔进行数据采点，也能完成中、小型零部件测量
7）本测量仪含有方便现场自校定功效，用户可依据实际情况进行精度校正，确保在不一样环境温度下测量数据真实可靠。
1.3 设计要求
在绘制产品总装图和部件装配图时要注意设计科学性和条理性。设计一个部件，其过程大致以下：首先，确定末端实施件概略形状尺寸，然后，设计末端实施件和其相临下一个功效部件结合形式和概率尺寸。若为运动导轨结合部，则实施件一测相当于滑台，相临部件一测相当于滑座，考虑导轨精度，选择并确定导轨类型及尺寸。依据导轨结合部设计结果和该运动行程，直到基础支撑件。
在设计中，四处从实际出发分析和处理问题是至关关键。从大处讲，联络实际是指对工艺可能性分析，在参数拟订和方案确定中，既要了解当今优异生产水平和可能趋势，更应了解中国实际生产水平，使设计机器能发挥最好效果。从小处讲，指对设计机械零部件制造工艺、装配和维修要进行认真切实际考虑和分析。学会使用设计手册，对推荐设计数据和各类标准要结合实际情况取舍。经过设计实践，了解和掌握结合实际、综合思索设计方法。

第2章 三坐标测量机总体设计方案
2.1 设计任务和内容
设计任务定位三坐标测量机整体结构设计，其中机械部分设计工作台包含纵向、横向和Z轴运动，工作台负担运动功效。其次是夹具体设计，包含手柄、浮动滑块设计， 夹具负担是定位夹紧作用。
2.2 总体设计方案拟订
方案拟订为测量机整体结构设计其中关键是测量机传动系统：工作台横向和纵向进给系统，Z轴进给系统，工作台上面叠加一个可拆卸夹具体，可拆卸夹具含有两大优点：第一，使用时夹具可固定在工作台上，不用时，即可拆下。
2.2.1 三坐标测量机机械部分设计
三坐标测量机机械系统设计可归类于机械制造装备设计，可分为创新设计、变形设计、和组合设计三大类型，设计过程随设计类型而不一样，其中创新设计过程最经典，可分为产品计划阶段、方案设计、技术设计和施工设计四个阶段。产品计划阶段任务是明确设计任务，通常应在市场调查和估计基础上识别产品需求，进行可行性分析，制订设计技术任务书。
初步设计方案具体化，技术设计阶段是将方案设计阶段拟订初步设计方案具体化，确定结构原理方案；进行总体技术方案设计；进行结构设计；经过技术经济分析，选择较优设计方案。
1）确定结构原理放案
依据初步设计方案，再充足了解原理基础上，确定结构原理方案。其中包含决定尺寸依据，如功率、流量和联络尺寸等；决定布局依据等，决定和限制结构设计空间条件，。在上述依据约束下，对关键功效结构进行构思，初步确定其材料和形状，进行粗略结构设计。
（2）总体设计
总体设计阶段任务是将结构原理方案深入具体化。总体设计内容大致包含关键结构参数、总体布局、系统原理图、其它。
（3）结构设计
结构设计阶段关键任务是在总体设计基础上，对结构原理方案结构化，绘制产品总装图；提出初步零件表及装配说明书。进行结构设计时，必需遵守相关标准规范，充足考虑人机工程、外观造型、结构可靠和耐用性、加工和装配工艺性等。三坐标测量机常见是三个直线运动坐标（沿X、Y、Z）和夹具体装配设计。
2.2.2 三坐标测量机电路部分设计
三坐标测量系统控制部分采取PLC控制。
本书以S7-200系列PLC为目标机型，介绍西门子PLC特点，为以后愈加好地学习和掌握S7-300/400打下基础。S7-200系列PLC作为西门子SIMATIC PLC家族中最小组员，以其超小体积，灵活配置，强大内置功效，在各个领域得到广泛应用。
1.S7-200系列PLC基础硬件组成S7-200系列PLC可提供4种不一样基础单元和6种型号扩展单元。其系统组成包含基础单元、扩展单元、编程器、存放卡、写入器、文本显示器等。
（1）．基础单元
S7-200系列PLC中可提供4种不一样基础型号8种CPU供选择使用，其输入输出点数分配见表2-1：
表2-1 S7-200系列PLC中CPU22X基础单元
型 号
输入点
输出点
可带扩展模块数
S7-200CPU221
6
4
—
S7-200CPU222
8
6
2个扩展模块
78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点
S7-200CPU224
14
10
7个扩展模块
168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226
24
16
2个扩展模块
248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226XM
24
16
2个扩展模块
248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
（2.）.扩展单元
S7-200系列PLC关键有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能和基础单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数分配如表2-2所表示。
表2-2 S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数
类 型
型 号
输入点
输出点
数字量扩展模块
EM221
8
无
EM222
无
8
EM223
4/8/16
4/8/16
模拟量扩展模块
EM231
3
无
EM232
无
2
EM235
3
1
（3）.编程器
PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器关键用来进行用户程序编制、存放和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采取多个编程器，通常可分为简易型和智能型。
简易型编程器是袖珍型，简单实用，价格低廉，是一个很好现场编程及监测工具，但显示功效较差，只能用指令表方法输入，使用不够方便。智能型编程器采取计算机进行编程操作，将专用编程软件装入计算机内，可直接采取梯形图语言编程，实现在线监测，很直观，且功效强大，S7-200系列PLC专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。
（4）程序存放卡
为了确保程序及关键参数安全，通常小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，经过该接口能够将卡盒内容写入PLC，也可将PLC内程序及关键参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存放卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。
（5）.写入器
写入器功效是实现PLC和EPROM之间程序传送，是将PLC中RAM区程序经过写入器固化到程序存放卡中，或将PLC中程序存放卡中程序经过写入器传送到RAM区。
（6） 文本显示器
文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息显示设备，还能够作为控制单元对某个量数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息显示用选择/确定方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量状态。过程参数可在显示器上显示，并能够随时修改。TD200面板上8个可编程序功效键，每个全部分配了一个存放器位，这些功效键在开启和测试系统时，能够进行参数设置和诊疗。
2. S7-200系列PLC关键技术性能
下面以S7-200 CPU224为例说明S7系列PLC关键技术性能。
（1）通常性能
S7-200 CPU224通常性能如表2-3所表示。
表2-3 S7-200 CPU224通常性能
电源电压
DC 24V，AC 100~230V
电源电压波动
DC 20.4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz）
环境温度、湿度
水平安装0~550C，垂直安装0~450C，5~95%
大气压
860~1080hPa
保护等级
IP20到IEC529
输出给传感器电压
DC 24V （20.4-28.8V）
输出给传感器电流
280mA，电子式短路保护（600mA）
为扩展模块提供输出电流
660mA
程序存放器
8K字节/经典值为2.6K条指令
数据存放器
2.5K字
存放器子模块
1个可插入存放器子模块
数据后备
整个BD1在EEPROM中无需维护
在RAM中目前DB1标志位、定时器、计数器等经过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天
编程语言
LAD，FBD，STL
程序结构
一个主程序块（能够包含子程序）
程序实施
自由循环。中止控制，定时控制（1~255ms）
子程序级
8级
用户程序保护
3级口令保护
指令集
逻辑运算、应用功效
位操作实施时间
0.37μs
扫描时间监控
300ms（可重开启）
内部标志位
256，可保持：EEPROM中0~112
计数器
0~256，可保持：256，6个高速计数器
定时器
可保持：256，
4个定时器，1ms~30s
16个定时器，10ms~5min
236个定时器，100ms~54min
接口
一个RS485通信接口
可连接编程器/PC
PG740PII，PG760PII，PC（AT）
本机I/O
数字量输入：14，其中4个可用作硬件中止，14个用于高速功效
数字量输出：10，其中2个可用作本机功效，
模拟电位器：2个
可连接I/O
数字量输入/输出：最多94/74
模拟量输入/输出：最多28/7（或14）
AS接口输入/输出：496
最多可接扩展模块
7个
（2）输入特征
S7-200 CPU224输入特征如表2-4所表示。
表2-4 S7-200 CPU224输入特征
类型
源型或汇型
输入电压
DC 24V，“1信号”：14-35A，“0信号”：0-5A，
隔离
光耦隔离，6点和8点
输入电流
“1信号”：最大4mA
输入延迟（额定输入电压）
全部标准输入：全部0.2-12.8ms（可调整）
中止输入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调整）
高速计数器：（I0.0-0.5）最大30kHz
（3）输出特征
S7-200 CPU224输出特征如表2-5所表示。
表2-5 S7-200 CPU224输出特征
类型
晶体管输出型
继电器输出型
额定负载电压
DC 24V（20.4-28.8V）
DC 24V（4-30V）
AC24-230V（20-250V）
输出电压
“1信号”：最小DC 20V
L+/L-
隔离
光耦隔离，5点
继电器隔离，3点和4点
最大输出电流
“1信号”：0.75A
“1信号”：2A
最小输出电流
“0信号”：10μsA
“0信号”：0mA
输出开关容量
阻性负载：0.75A
灯负载：5W
阻性负载：2A
灯负载：DC30W，AC200W

S7-200系列PLC是模块式结构，能够经过配接多种扩展模块来达成扩展功效、扩大控制能力目标。现在S7-200关键有三大类扩展模块。
（1）输入/输出扩展模块 S7-200 CPU上已经集成了一定数量数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必需对系统做必需扩展。CPU221无I/O扩展能力，CPU 222最多可连接2个扩展模块（数字量或模拟量），而CPU224和CPU226最多可连接7个扩展模块。
S7-200 PLC系列现在总共提供共5大类扩展模块：数字量输入扩展板EM221（8路扩展输入）；数字量输出扩展板EM222（8路扩展输出）；数字量输入和输出混合扩展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模拟量输入扩展板EM231，每个EM231可扩展3路模拟量输入通道，A/D转换时间为25μs，12位；模拟量输入和输出混合扩展模板EM235，每个EM235可同时扩展3路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间为25μs，D/A转换时间]100μs，位数均为12位。
基础单元经过其右侧扩展接口用总线连接器（插件）和扩展单元左侧扩展接口相连接。扩展单元正常工作需要+5VDC工作电源，此电源由基础单元经过总线连接器提供，扩展单元24VDC输入点和输出点电源，可由基础单元24VDC电源供电，但要注意基础单元所提供最大电流能力。
（2）热电偶/热电阻扩展模块 热电偶、热电阻模块（EM231）是为CPU222，CPU224，CPU226设计，S7-200和多个热电偶、热电阻连接备有隔离接口。用户经过模块上DIP开关来选择热电偶或热电阻类型，接线方法，测量单位和开路故障方向。
（3）通讯扩展模块 除了CPU集成通讯口外，S7-200还能够经过通讯扩展模块连接成更大网络。S7-200系列现在有两种通讯扩展模块：PROFIBUS-DP扩展从站模块（EM277）和AS-i接口扩展模块（CP243-2）。
S7-200系列PLC输入/输出扩展模块关键技术性能如表2-6所表示。
表2-6 S7-200系列PLC输入/输出扩展模块关键技术性能
类型
数字量扩展模块
模拟量扩展模块
型号
EM221
EM222
EM223
EM231
EM232
EM235
输入点
8
无
4/8/16
3
无
3
输出点
无
8
4/8/16
无
2
1
隔离组点数
8
2
4
无
无
无
输入电压
DC24V

DC24V

输出电压

DC24V或AC24-230V
DC24V或AC24-230V

A/D转换时间

<250μs

<250μs
分辨率

12bit
A/D转换
电压：12bit
电流：11bit
12bit
A/D转换

2.3 关键参数设定
直线工作台面尺寸 （长×宽×高）：1000×800×40；
纵向工作行程为150mm，横向工作行程为150mm，垂直方向工作行程为150mm。光杠最大距离依据夹具尺寸确定。
工作进给速度为1-1500mm/min，快速进给速度 12m/min
进给运动总阻力F∑
传动精度初步为0.1mm-0.5mm
测量工件尺寸大小最大致积（120mm×120mm×120mm）
最小高度为20m
第3章 三坐标测量进给系统设计计算
3.1 进给系统电动机容量选择
3.1.1电动机容量选择标准
在机电传动系统中选择一台适宜电动机是极为关键。电动机选择关键是容量选择，假如电动机容量选小了，首先不能充足发挥机械设备能力，使生产效率降低，其次电动机常常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还可能出现开启困难、经受不起冲击负载等故障。
选择电动机应依据以下三项基础标准进行。
（1）发烧：电动机在运行时，必需确保电动机实际最高工作温度等于或略小于电机许可最高工作温度。
（2）过载能力：电动机再运行时，必需含有一定过载能力。尤其是在短期工作时，因为电动机热惯性较大，电动机在短期内承受高于额定功率负载说仍可确保上面标准，故此时，决定电动机容量关键原因不是发烧而是电动机过载能力。既所选电动机最大转矩或许可电流必需大于运行过程中可能出现最大负载转矩和最大负载电流即：

（3） 开启能力：因为鼠笼式异步电动机开启转矩通常较小，所以，为使电动机能可靠开启，必需确保
式中
选择电动机容量方法通常有计算法、统分析计法和类比法。
3.1.2 步进电动机概述
本设计采取步进电机驱动丝杠旋转实现工作台直线进给。步进电机又称脉冲马达，是一个把电脉冲信号变换成直线位移或角位移控制电机。它位移速度和输入脉冲数成正比，所以能够在较宽范围内，经过改变脉冲频率来调速，并能实现快速开启、反转和制动。伴随微电子技术发展，步进电机已作为关键实施元件应用于数空机床、智能仪器和自动控制中。
3.1.3 步进电动机容量计算

下面计算结果
所以选择反应式步进电动机，输出功率0.2kw，同时转速1500r/min
电动机参数以下表一所表示：
表3-1 电动机多种参数：

电动机型号
步距角
最大静转矩（N.m）
运行频 率
最高空载开启频率
轴径
长度
55BF003
0.75/1.5
0.686

1800
6mm
70mm
选择电动机输出功率P=0.5KW 转速为800r/min

3.2 轴概述
3.2.1 轴用途
轴也是组成机器关键零件之一，一切做回转运动传动零件，全部必需安装在轴上才能进行运动及动力传输。所以轴关键功效是支撑和传输运动和动力。
3.2.2轴设计关键内容
轴设计也和其它零件设计相同，包含结构设计和工作能力计算两方面内容。
轴结构设计是依据轴上零件安装、定位和轴制造工艺等方面要求，合理地确定轴结构形式和尺寸。轴结构设计不合理，会影响轴工作能力和轴上零件工作可靠性，还会增加轴制造成本和轴上零件装配困难等。所以，轴结构设计是轴设计中关键内容。
轴工作能力计算指是轴强度、刚度和震动稳定方面计算。多数情况下，轴工作能力关键取决于轴强度。这时只需对轴进行强度计算，以预防断裂或塑性变形。而对刚度要求轴和受到大力细长轴，还应进行刚度计算，预防工作时产生过大弹性变形。对高速运转轴，还应进行震动稳定性计算，预防发生共振而破坏。
3.2.3 轴材料
轴材料关键是碳素钢和合金钢。钢轴毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有则直接用圆钢。因为碳钢比合金钢价廉，对应力集中敏感性较低，同时也能够用热处理或化学热处理措施提升其耐磨性和抗疲惫强度，故采取碳钢制造轴尤为广泛，其中最常见是45钢。
3.3轴结构设计
轴结构设计包含定出轴合理外形和全部结构尺寸。轴结构关键取决于以下原因：轴在机器中安装位置及形式；轴上安装零件类型、尺寸、数量和和轴联接方法；载荷性质、大小、方向及分布情况；轴加工工艺等。因为影响轴结构设计原因较多，且其结构形式又要伴随具体情况不一样而异，所以轴没有标准结构形式。但轴结构形式全部必需满足轴和装在轴上零件要有正确工作位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应含有良好制造工艺性等。
3.3.1 确定轴上零件装配方案
确定轴上零件装配方案是进行轴结构设计前提，它决定着轴基础形式。所谓装配方案，就是预定出轴上关键零件装配方向、次序、和相互关系。例图一装配方案是：半联轴器、轴承端盖、圆螺母、套筒、成对角接触球轴承、丝杠螺母副，依次从轴右端向左端安装，左端只装轴承和端盖。这么就对个段轴粗细次序作了初步安排。
3.3.2 轴上零件定位
为了预防轴上零件受力时发生沿轴向或周向相对运动，轴上零件除了有游动或空转要求 者外，全部必需进行轴向和周向定位，确保其正确工作位置。
1．零件轴向定位
轴上零件轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来确保。
利用轴肩定位是最方便可靠方法，但采取轴肩就肯定使轴直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引发应力集中。滚动轴承定位轴肩高度必需低于轴承内圈端面高度，方便拆卸轴承，轴肩高度可查手册中轴承安装尺寸。
套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，所以不影响轴疲惫强度，通常见于轴上两个零件之间定位。如两零件间距较大时，不宜采取套筒定位，以免增大套筒质量及材料用量。当轴转速很高时，也不宜采取套筒定位。
轴端挡圈适适用于固定轴端零件，能够承受较大轴向力。轴端挡圈可采取单螺钉固定，为了预防轴端挡圈转动造成螺钉松脱，可加圆拄销锁定轴端挡圈，也可采取双螺钉加止动垫片防松。
圆螺母定位可承受大轴向力，当轴上零件间距较大时常采取圆螺母。
图3-1 轴上零件分布

3.3.3轴结构设计
（1）关键参数确定
直线工作台面尺寸 （长×宽×高）：1000×800×40；
纵向工作行程为150mm
工作进给速度为1-1500mm/min，快速进给速度 12m/min
进给运动总阻力F∑
工作台质量及工作台重量初估
直线工作台质量
总而言之量
三坐标测量系统纵向、横向、垂直切削力（FX FY FZ=0）
所以，设轴向压力F=G
（2）确定丝杠等效负载
工作负载是指机床工作时，实际作用在丝杠上轴向压力，它数值可用进给牵引力试验公式计算。选择导轨为滚动导轨，而通常情况下，滚动导轨摩擦系数为0.0025-0.005，取摩擦系数f为0.005，则丝杠所受最大牵引力为

故其等效负载可按下式计算（估算 t1=t2 ;n2=2n1）

由以上确定进给运动总阻力F∑=12N

3.3.4初步设计轴最小直径
先按《机械设计》中15-2公式初步估算轴最小直径，选择轴材料为45钢，调质处理，并依据表15-3取A0=125，于是：

输出轴最小直径显然是安装联轴器处轴直径DI-II.为了使所选轴直径DI-II联轴器孔径相适应，故需同时选择联轴器型号。
联轴器计算转矩则： 根据计算转矩应小于联轴器公称直径条件，查标准GB5843-86或手册，选择TL1/YLD1凸缘联轴器其技术指标以下和图二所表示：

表3-2联轴器参数
型号
公称转矩T（N.M）
许用转速
（r/min）
轴孔直径D(H7)
D
D1
螺栓直径M
L0
YL1
10
13000
6
22
17
M2
35

图3-2 联轴器尺寸
依据半联轴器孔径D=6mm，故取DI-II=6mm。
凸缘联轴器，结构简单、成本低、传输扭矩大，用于振动很大、低速和刚性不大轴联接。
3.3.5确定轴上零件装配方案
本设计装配方案已在前面分析比较，现以用（图3-1所）示装配方案。
3.3.6 依据轴向定位要求确定轴个段直径和长度
① 为了满足半联轴器轴向定位要求，I-II段轴右端需制出一轴肩，故取II-III段直径DII-III=6.5mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径为11mm。半联轴器和轴配合毂孔长度L1=17m，为 了确保轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上故取I-II段长度应比L1略短部分，现取LI-II=14mm。
② 初步选择滚动轴承。
多种类型轴承选择应丛许可空间、轴承负荷大小和方向、高速性能、旋转精度、刚度、振动和噪声、轴向游动、摩擦力矩、安装和拆卸等方面综合考虑，全方面衡量，择优选择满足设计要求轴承类型。因轴承受轴向力作用，故选择角接触球轴承。成对安装角接触球轴承：滚子相对外圈滚道轴向移动。经过轴向预紧提升支撑刚度。参考工作要求并依据套筒和圆螺母在左端对轴承定位取DIII-IV=7mm，由轴承产品目录中初步选择角接触球轴承，其基础尺寸为d×D×B=8mm×15mm×4mm，故取DIV-V=8mm，右端滚动轴承采取轴肩进行轴向定位。由手册上查得角接触球轴承定位轴肩高度h=0.5mm,所以取DV-VI=9mm。
③ 轴承端盖总宽度为1.8mm。依据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑脂要求，取端盖外面和半联轴器又端面距离L=3.5mm，为了使套筒和圆螺母装拆方便，轴承端盖和DII-III之间距离为1.2mm，故取LII-III=6.5mm。
④去安装圆螺母处直径DIII-IV=7mm；轴承右端采取套筒定位，套筒长度为4.5mm，为了使套筒右端面愈加好对轴承进行轴向定位，并和轴紧密接触，取套筒右端面和DIV-V左端面距离为1.5mm，故取LIV-V=9.5mm，取LIII-IV=6.5mm。
⑤ 三坐标测量机纵向工作行程为150mm。
⑥同理得出，后边各轴直径和长度
至此已经初步确定了各段轴直径和长度。
3.3.7轴上零件轴向定位
半联轴器和轴轴向定位采取平键定位。由手册查得平键截面b×h=28mmX6mm（GB1096-79），
3.3.8确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴倒角为。各段轴肩处圆角半径见装配图。
3.4 丝杠螺母副选择计算
3.4.1丝杠螺母导程确实定
再本设计中，电机和丝杠直接相连，传动比i=1，选择电机Y系列异步电动机最高转速，则丝杠导程为

3.4.2. 确定丝杠等效转速
最大进给时，丝杠转速为
最慢进给时，丝杠转速为
则得到丝杠等效转速（估量）为

3.4.3. 丝杠等效负载上边已经说明过了
3.4.4. 确定丝杠所受最大动载荷
查表，取丝杠工作寿命Th为15000h，同时取精度系数fa=1，负荷性质系数fw=105，温度系数ft=0.95，硬度系数fh=1，可靠性系数fk=0.53；平均转速为1000r/min。

选择滑动丝杠螺母传动，丝杠公称直径为，基础导程，丝杠螺母接触刚度为1692N/，螺旋升角丝杠底径26mm，螺母长度为210mm，取丝杠精度等级为1级。
3.4.5. 临界压缩负荷
确定丝杠螺纹部分长度LU。LU等于工作台最大行程（750mm）加上螺母长度（60mm）加两端余程（

20mm）。LU为850mm。
支撑跨度L1应略大于LU，取为L1=900mm。丝杠全长为L=1000mm。临界压缩负荷为

式中E- 材料弹性模量，；
I—— 丝杠最小截面惯性矩
L0——最大受压长度，根据结构设计取L0=1100mm；
K1——安全系数，通常取K1=1/3；
——最大轴向工作载荷， ；
——丝杠支撑方法系数，查表得，则

可见远大于，满足要求
3.4.6. 临界转速验算

式中 A——丝杠最小横截面：

LC——临界转速计算长度：

取；
——安全系数，通常为0.8；
——材料密度：

——丝杠支撑方法系数，查表，则
可见远大于，满足要求。
考虑到本设计丝杠较长，故采取一端固定、另一端游动支撑方法，固定端选择成对丝杠轴承组合，额定动载荷，预紧力为N
3.4.7 .计算轴承动载荷

寿命系数为：

式中 ——寿命系数：
——可靠性为90%额定寿命，取为10000h；
——转速系数：
；
计算转速取最高转速，取；

故能满足要求。
3.4.8.丝杠拉压振动和扭转振动固有频率验算
已知：轴承接触刚度，丝杠螺母接触刚度，丝杠最小拉压刚度
当导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L植分别为750mm和100mm。螺母座刚度。轴向拉压总刚度为：

丝杠拉压振动固有频率

由计算可知，丝杠拉压振动固有频率远远大于1500r/min，所以能满足要求。
3.5 丝杠扭转刚度
丝杠扭转刚度

由《机械设计手册》得平移物体转动惯量为

丝杠转动惯量为

丝杠扭转振动固有频率为：

显然，丝杠扭转振动固有频率远远大于1500r/min，所以，能满足要求。
3. 6传动精度计算
丝杠拉压刚度
由以上各条件可知
最小机械传动刚度为

最大机械传动刚度

所以得到因为机械传动装置所引发定位误差为

其中，F0为空载时导轨静摩擦力。

3.7 导轨选型及计算
导轨功用是导向和承载。比如车床床身导轨属于进给导轨，本设计三坐标测量机导轨也属于进给导轨，进给运动导轨动导轨和支撑静导轨之间相对运动速度较低。滚动导轨在两导轨面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，含有滚动摩擦性质，广泛用于进给运动导轨领域。贴塑导轨也含有良好减摩性。
3.7.1滚动导轨结构及配置
直线运动滚动支撑中，滚动体作循环运动直线滚动导轨叫做直线滚动导轨副组件，（见下图）。

图3-7 滚动导轨副形状
直线滚动导轨副包含轨条和滑快两部分。导轨通常为两根，装在支撑件上，见上图。每根导轨条上有两个滑块，固定在移动件上。如移动件较长，也能够在一根导轨条上装3个或3个以上滑块。如移动件较重，也能够用3根或3根以上导轨条。假如移动件刚度较高，则少装为好。
3.7.2 滚动导轨副预紧
直线滚动导轨副分为整体型直线滚动导轨副和分离型直线滚动导轨副。整体型直线滚动导轨副由制造厂用选配不一样直线钢球措施来决定间隙或预紧。可依据要求预紧定货，不需自己调整。分离型直线滚动导轨副，应由用户依据需要。
3.7.3滚动导轨副润滑防护
滚动导轨多采取润滑脂润滑。常见牌号为ZL-2锂基润滑脂（GB7324-87，2号）它优点是不会泄露，不需常常加油。缺点是尘屑进入后易磨损捣鬼，所以对防护要求较高。易被污染又难以防护地方，可用润滑油润滑。
3.8 横向伺服进给系统设计计算（同以上方法）
3.9 纵向、横向移动工作台装配图见（图3-1）

第4章 夹具初步设计

4.1载要
机床夹具是机械加工工艺系统一个关键组成部分。为确保工件某个工序加工精度要求，必需使工件在机床相对测头测量运动处于正确相对位置。当用夹具装夹测量某工件件时，是经过夹具来实现这一要求。而要实现这一要求，又必需满足三个条件：
1.工件在夹具中占有正确测量位置；
2.夹具装夹在机床上正确位置；
3.测头相对夹具正确位置。这里包含了三层关系，：零件相对夹具、夹具相对机床、零件相对机床。工件最终精度是由零件相对机床取得。所以“定位：也涉三层关系：工件在夹具上定位、夹具相对机床定位，而工件相对于机床定位是间接经过夹具来确保。
工件定位以后必需经过一定装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在正确定位位置上，不然，在加工过程中因受外界影响而发生位置改变或引发震动，破坏原来正确定位，无法确保测量要求。这种夹紧力装置变是夹紧装置。夹紧装置设计和计算是本章关键内容。
4.2机床夹具基础要求
1．稳定地确保工件测量精度
2．提升机械加工劳动强度
3．结构简单，有良好结构工艺和劳动条件
4．应能降低工件测量成本
简而言之，设计夹具时必需使测量精度、生产率，劳动条件和经济性等几方面达成辨证统一。其中确保测量精度是基础要求。为了提升生产率采取优异结构和机械传动装置，往往会增加夹具制造成本，但当工件批量增加到一定规模时，将因单件工时下降所取得经济效率而得到赔偿，从而降低工件制造成本。所以所设计夹具其复杂程度和工件效率必需使生产规模相适应，才能取得良好经济效果。
不过，任何技术方法全部会碰到一些特殊情况，设计夹具时，对质量、生产率、劳动条件和经济性几方面，有时也有侧重。如对于位置精度要求很高测量，往往着眼于测量精度。
再设计过程中必需深入生产实际进行调查研究，广泛征求操作者意见，吸优异经验在此基础上拟出初步设计方案，经过考虑，然后定出合理方案进行夹具设计。
4.3机床夹具概述
机床夹具是机械制造中一项关键工艺装备。工件再机床上测量时，为确保测量精度和提升效率，必需上工件再机床上相对测头占有正确位置，这个过程称为定位。为了克服测量过程工件受到外界作用而破坏定位，还必需对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。定位和夹紧两个综合称为装夹，完成工件装夹工艺装备称为机床夹具。
4.3.1机床夹具分类
机床夹具按通用化程度可分为两大类。第一类机床夹具是由机床附件厂或专门工具制造厂制造。
4.3.2夹具作用：
1） 能够缩短辅助时间，提升劳动生产率
因为采取了专门元件使工件能快速地妆家在夹具中，而夹具则经过定位键、对刀块、导向套等专门装置也能很快地妆家在机床上并调整好位置，另外还能够采取多件、多位、多快、增力、机动等夹紧装置。
2） 易于确保加工精度稳定
因为夹具在机床上装夹位置及工件在夹具中装夹位置均确定，对加