三坐标测量机设计.doc

第1章 绪论1.1 三坐标测量机的应用与发展随着现代科学技术的飞速发展和对测量方法的深入研究，在机电行业中人们对三维坐标测量技术的要求也越来越高。物体的三维轮廓以及形位测量已被广泛应用于机械制造、航海、航空航天、反求工程等领域。目前物体三维轮廓测量的主要方法有导轨式三坐标机的高精度接触测量、激光点扫描和激光线扫描式三坐标轮廓测量、激光散斑物体轮廓高精度显微全场测量。在这些诸多的测量方法中，激光散斑物体轮廓测量法测量精度最高，属非接触和全场测量，测量速度高，但其测量范围小。此外，三坐标机的测量精度高，已被广泛采用。但它只能进行接触测量，并且测量速度很慢。目前，三坐标机主要有两种:导轨式三坐标测量机和无导轨式三坐标仪，无导轨式三坐标测量仪在国内尚无同类产品问世。三坐标测量机的多功能测量台是一种高精度测量台。可同时装夹两只测量表或传感器对工件进行多参数测量。三坐标测量机广泛的应用于机械零件加工，模具制造等个方面。CLY系列单臂三为测量仪是一款具有较大测量范围的高精度测量设备，在设计时充分考虑了使用者对冲压件、仪表板件、塑料件、中型模具件的测量要求。由于采用开放式测量，从而保证了在现场、在模具制造和仿型、在部件检测和设计室里都可以方便的使用。特点： 1、 X轴移动方向的导轨采用天然花岗岩，并配备进口双直线导轨，三轴位移传感器采用进口金属反射光栅和读数头，结合空间误差修正技术，使用中处处体现高精度的3D测量。 2、 配件万向电子测头，并通过各种测头配件，既可以对远程和深孔进行数据采点，也能完成中、小型零部件的测量 3、 本测量仪具有方便的现场自校定功能，用户可根据实际情况进行精度校正，保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠。CLY系列单臂三为测量仪是一款具有较大测量范围的高精度测量设备，在设计时充分考虑了使用者对冲压件、仪表板件、塑料件、中型模具件的测量要求。由于采用开放式测量，从而保证了在现场、在模具制造和仿型、在部件检测和设计室里都可以方便的使用。特点： 1、X轴移动方向的导轨采用天然花岗岩，并配备进口双直线导轨，三轴位移传感器采用进口金属反射光栅和读数头，结合空间误差修正技术，使用中处处体现高精度的3D测量。 2、配件万向电子测头，并通过各种测头配件，既可以对远程和深孔进行数据采点，也能完成中、小型零部件的测量 3、本测量仪具有方便的现场自校定功能，用户可根据实际情况进行精度校正，保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠。 4、采用智能数显系统将原电器箱上各项功能都让计算机来处理，摒弃了电器箱，只用一块小的信号处理板对各路信号进行处理以保证长线传输无误。光栅和测头信号由信号处理板处理后，经通讯电缆传输至计算机内安装的一块三轴正交记数卡，通过编制软件对其进行控制，以实现原电器箱的功能。智能数显系统的开发，利用计算机进行大量数据存储和处理，空间精度修正不仅使车间装调人员工作量降低，也使测量仪精度有了保障。采用高性能记数卡，减少硬件设备，降低了系统的故障发生率。该系统具有原电器箱几乎所有功能，界面直观，很多操作在面板上即可直接完成，菜单功能简洁明了，用户极易上手。一些关键性操作都给出了提示和警告，可以防止用户在不太清楚的情况下误操作而导致系统工作不正常。其选择原则如下：1、合理的测量精度坐标测量机是检测工件尺寸与形位误差的仪器，首要的是精度指标应满足用户要求。选用时，一般可根据被测工件要求的检测精度与测量机给定的测量不确定度相对比，看测量机精度是否符合要求。精度比对不是一个简单的比较过程。测量机的技术规范中一般只给出单轴测长和空间测长的两个不确定度公式及重复精度值。但在具体测件时需要将被测参数的测量不确定度限制在一定范围内。一般测量时，要测量很多测点。在形位测量时，更有大量测点参与并带来测量误差，精确计算是很难的。因此从经验出发，在一般测量中，测量不确定度应为被测工件尺寸公差带的1/51/3。例如某一被测箱体上二孔的孔距为500mm，公差带为15um，则所选用的测量机在500mm长度上的测量不确定度应不大于3um5um。对于精密测量及复杂的形位测量要求还高，一般应为被测尺寸公差带的1/101/5。重要的是重复精度必须满足要求，因为系统误差还可以通过一定方法补偿，而重复精度应由测量机本身保证。总之，用户应选用精度（包括重复精度）高一些的测量机。这不仅由于测量复杂件时，测点可能带入的误差比预想的要大（由于测头测杆变化或加长会引入更大的误差），而且测量机的精度会随使用次数增多而有所下降。2、合乎要求的测量范围测量范围的选择时选择测量机时的最基本参数。因为在测量范围内才能获得精确的测量值，超出了范围，测量就难于进行。选择测量范围时，应考虑以下几个方面。（1）、工件的所需测量的部分，不一定是整个工件。如要测的部分集中在工件的某个局部，除了测量机的测量范围能覆盖被测参数之外，还要考虑整个工件能在测量机上安置，要求工件重量对测量精度不带来显著影响。为了把工件放入测量机中，应根据工件大小选择测量机。（2）、Z轴与Z向空间高度的关系。Z轴行程是Z轴的测量范围，而Z向空间高度是工件能放得下的高度。（3）、接长杆的问题。有的测头上有星形探针，这些探针在测量时往往要求超出工件的被测部分。一般工件尺寸为l时，要求测量范围L=l+2C，C为探针的长度。因此测量范围等于工件被测的最大尺寸再加上两倍的探针长度。3、合适的测量机类型测量机按自动化程度分为手动（或机动）与CNC自控两大类。选用时，应根据检测对象的批量大小、自动化程度、操作人员技术水平及资金投入大小去权衡。当然CNC测量机水平高、测速快，但测量的准备时间长、技术要求高、资金投入大。故应从经济效益的角度进行比较判定。一般说，对于中等尺寸的工件，多采用移动桥式；对于小型工件，多采用悬臂式、仪器台式与移动桥式等；对于大型工件，则多采用龙门式；对于需回转测量的工件，可选用带分度台的测量机。4、丰富的测量软件对复杂的测量对象进行测量，测量机应有丰富的测量软件支持，以完成测量任务。如缺少某些软件，可根据被测对象向生产厂家索取。如果厂方提供了编程方法（多数厂家不提供），也可自行开发。5、符合要求的测量效率测量机运行速度与采样速度既是测量机效率高低的重要指标，又与自动化生产的要求密切相关。用于生产线或柔性加工线上的测量机，检测的时间必须满足生产节拍的要求。6、功能齐全的测量头测量头是测量机上重要的传感器件。它不仅直接影响测量精度，而且是决定测量机功能和测量效率的重要因素。7、满意的经济效益作为检测仪器，测量机的经济效益是投资购买的一项重要指标。虽然它不像生产机床那样便于计算，也不如机床那样可以较快地收回成本并创造效益，但作为保证生产质量的手段和环节，检测仪器有着特殊的重要性。测量机的使用费用，主要取决于测量机的折旧费K、检测人员的工资G、测量所用的时间T及辅助材料和设备等杂费Q，即测量总费用。M=T（K+G）+Q测量机效益的关键在于使用时间T。因此在考虑测量机资金的投入时，关键在于了解它的使用效率。如果使用效率高，则经济效益亦高。如果使用效率不很高，而又易于在当地解决测量问题，则应委托或协作检测。只付检测费，比购置一台测量机更经济。当然有的场所，测量对象极为精密，不适宜搬动，有的系军工保密件等，此时配置一台坐标测量机具有特殊性，也是必须的。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，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，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的一种以精密机械为基础，综合光栅与激光干涉、计算机、应用电子等先进技术的测量设备，在国内外得到了广泛的应用。其主要特征是具有X, Y, Z三个坐标方向的导轨。目前，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，用来测量机械零件的几何尺寸、相对位置和形位误差，包括零件空间曲面、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种比较成熟的传统测量设备，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的基础上，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的基础上，配备上相应的程序控制和数据图形化软件处理系统，可以实现全自动测量。其中，第三代是目前的主要产品。特别是近二十年来，随着微机和光电技术的迅猛发展，三坐标机已成为多个高科技领域诸多技术的融合产品，包括了微机、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具有较大测量范围的高精度测量设备，在设计时充分考虑了使用者对冲压件、仪表板件、塑料件、中型模具件的测量要求。由于采用开放式测量，从而保证了在现场、在模具制造和仿型、在部件检测和设计室里都可以方便的使用。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2000mm、并以500mm为间距递增的整体式测量机，采用整体式机械结构，测量机的工作平面通过地脚螺铨固定在地基上，其工作台表面略高于地表，或是安装为与地表齐平，便于大型工件的装卸。 这种类型的测量机的Y向测量范围有两种，1200mm 和 1500mm，其Z向测量范围最小为1500mm，最大可以达到2600mm，X向测量范围最小为2000mm，可以按用户要求以500mm的长度适量增大。 大中型整体式单臂三坐标测量机比较适宜对一般大型非对称工件的测量检测与划线操作。 测量机可以根据使用要求，选配WINCOM测量软件或XDmis测量软件。如果被测工件为一般机加工件，测量要求为一般性的尺寸检测，可以选用WINCOM测量软件。如果检测任务大部份需要与CAD数据协同比对检测，建议选择XDMIS测量软件。1.2.1 三坐标测量机的组成： 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的结构特点： 1）采用花岗石为工作台，其工作面平面度精度高，且稳定性好，受环境温度影响小。 2）立柱采用不锈钢材料，可防锈，抗腐蚀。 3）采用精密微分头作微调装置，使测头接触工作的微调量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），从而可扩大本产品的使用功能。5）X轴移动方向的导轨采用天然花岗岩，并配备进口双直线导轨，三轴位移传感器采用进口金属反射光栅和读数头，结合空间误差修正技术，使用中处处体现高精度的3D测量。 6）配件万向电子测头，并通过各种测头配件，既可以对远程和深孔进行数据采点，也能完成中、小型零部件的测量7）本测量仪具有方便的现场自校定功能，用户可根据实际情况进行精度校正，保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠。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的科学性和条理性。设计一个部件，其过程大致如下：首先，确定末端执行件的概略形状尺寸，然后，设计末端执行件与其相临的下一个功能部件的结合的形式与概率尺寸。若为运动导轨结合部，则执行件一测相当于滑台，相临部件一测相当于滑座，考虑导轨精度，选择并确定导轨的类型及尺寸。根据导轨结合部的设计结果和该运动的行程，直到基础支撑件。在设计中，处处从实际出发分析和处理问题是至关重要的。从大处讲，联系实际是指对工艺可能性的分析，在参数拟订和方案确定中，既要了解当今的先进生产水平和可能趋势，更应了解我国的实际生产水平，使设计的机器能发挥最佳的效果。从小处讲，指对设计的机械零部件的制造工艺、装配和维修要进行认真的切实际的考虑和分析。学会使用设计手册，对推荐的设计数据和各类标准要结合实际情况取舍。通过设计实践，了解和掌握结合实际、综合思考的设计方法。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的设计，其中机械部分的设计工作台包括纵向、横向和Z轴的运动，工作台承担运动功能。其次是夹具体的设计，包括手柄、浮动滑块的设计， 夹具承担的是定位夹紧的作用。2.2 总体设计方案拟订 方案拟订为测量机整体结构的设计其中主要是测量机的传动系统：工作台的横向和纵向进给系统，Z轴的进给系统，工作台上面叠加一个可拆卸的夹具体，可拆卸夹具具有两大优点：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 三坐标测量机的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，设计的过程随设计类型而不同，其中创新设计的过程最典型，可分为产品规划阶段、方案设计、技术设计和施工设计四个阶段。产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制定设计技术任务书。 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的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；通过技术经济分析，选择较优的设计方案。1）确定结构原理放案根据初步设计方案，再充分理解原理的基础上，确定结构原理方案。其中包括决定尺寸的依据，如功率、流量和联系尺寸等；决定布局的依据等，决定和限制结构设计的空间条件，。在上述的依据约束下，对主要功能结构进行构思，初步确定其材料和形状，进行粗略的结构设计。（2）总体设计总体设计阶段的任务是将结构原理方案进一步具体化。总体设计的内容大致包括主要结构参数、总体布局、系统原理图、其它。（3）结构设计结构设计阶段的主要任务是在总体设计的基础上，对结构原理方案结构化，绘制产品总装图；提出初步的零件表及装配说明书。进行结构设计时，必须遵守有关标准规范，充分考虑人机工程、外观造型、结构可靠和耐用性、加工和装配工艺性等。三坐标测量机常见的是三个直线运动坐标（沿X、Y、Z）和夹具体的装配设计。 2.2.2 三坐标测量机电路部分设计 三坐标测量系统的控制部分采用PLC控制。本书以S7-200系列PLC为目标机型，介绍西门子PLC的特点，为今后更好地学习和掌握S7-300/400打下基础。S7-200系列PLC作为西门子SIMATIC PLC家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大的内置功能，在各个领域得到广泛的应用。1.S7-200系列PLC的基本硬件组成S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。（1）基本单元S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用，其输入输出点数的分配见表2-1：表2-1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型 号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU22164S7-200CPU222862个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点S7-200CPU22414107个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU22624162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU226XM24162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主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，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的分配如表2-2所示。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EM2218无EM222无8EM2234/8/164/8/16模拟量扩展模块EM2313无EM232无2EM23531 （3）.编程器PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，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可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。 （4）程序存储卡为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡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）.写入器写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到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的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。 2. S7-200系列PLC的主要技术性能下面以S7-200 CPU224为例说明S7系列PLC的主要技术性能。 （1）一般性能S7-200 CPU224的一般性能如表2-3所示。表2-3 S7-200 CPU224一般性能电源电压DC 24V，AC 100230V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0550C，垂直安装0450C，595%大气压8601080hPa保护等级IP20到IEC529输出给传感器的电压DC 24V （20.4-28.8V）输出给传感器的电流280mA，电子式短路保护（600mA）为扩展模块提供的输出电流660mA程序存储器8K字节/典型值为2.6K条指令数据存储器2.5K字存储器子模块1个可插入的存储器子模块数据后备整个BD1在EEPROM中无需维护在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通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（可以包括子程序）程序执行自由循环。中断控制，定时控制（1255ms）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、应用功能位操作执行时间0.37s扫描时间监控300ms（可重启动）内部标志位256，可保持：EEPROM中0112计数器0256，可保持：256，6个高速计数器定时器可保持：256，4个定时器，1ms30s16个定时器，10ms5min236个定时器，100ms54min接口一个RS485通信接口可连接的编程器/PCPG740PII，PG760PII，PC（AT）本机I/O数字量输入：14，其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能数字量输出：10，其中2个可用作本机功能，模拟电位器：2个可连接的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）输入特性S7-200 CPU224的输入特性如表2-4所示。表2-4 S7-200 CPU224输入特性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）所有标准输入：全部0.2-12.8ms（可调节）中断输入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可调节）高速计数器：（I0.0-0.5）最大30kHz （3）输出特性S7-200 CPU224输出特性如表2-5所示。表2-5 S7-200 CPU224的输出特性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 20VL+/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”：10sA“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，AC200WS7-200系列PLC是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功能、扩大控制能力的目的。目前S7-200主要有三大类扩展模块。（1）输入/输出扩展模块 S7-200 CPU上已经集成了一定数量的数字量I/O点，但如用户需要多于CPU单元I/O点时，必须对系统做必要的扩展。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系列目前总共提供共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25s，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25s，D/A转换时间100s，位数均为12位。 基本单元通过其右侧的扩展接口用总线连接器（插件）与扩展单元左侧的扩展接口相连接。扩展单元正常工作需要+5VDC工作电源，此电源由基本单元通过总线连接器提供，扩展单元的24VDC输入点和输出点电源，可由基本单元的24VDC电源供电，但要注意基本单元所提供的最大电流能力。（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设计的，S7-200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。用户通过模块上的DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。（3）通讯扩展模块 除了CPU集成通讯口外，S7-200还可以通过通讯扩展模块连接成更大的网络。S7-200系列目前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/输出扩展模块的主要技术性能如表2-6所示。表2-6 S7-200系列PLC输入/输出扩展模块的主要技术性能类型数字量扩展模块模拟量扩展模块型号EM221EM222EM223EM231EM232EM235输入点8无4/8/163无3输出点无84/8/16无21隔离组点数824无无无输入电压DC24VDC24V输出电压DC24V或AC24-230VDC24V或AC24-230VA/D转换时间250s250s分辨率12bitA/D转换电压：12bit电流：11bit12bitA/D转换2.3 主要参数的设定直线工作台面尺寸 （长宽高）：100080040；图4-1 夹紧装置的浮块4.4.1 螺旋夹紧力计算工件处于夹紧时，根据力矩的平衡原理有式中 M 作用于螺旋杆的原始力矩； M1 螺母给螺杆的反力矩； M2 工件螺杆的反力矩； 式中 F2 工件对螺杆的摩擦阻力； 摩擦力矩计算半径。 夹紧工件后，根据力的平衡原理有： 而 故 式中 a 螺旋升角，一般为a=24度； 螺母与螺杆间的摩擦角； 工件与螺杆头部间的摩擦角； R1的数值与螺杆头部或压块的形状有关。4.4.2 螺旋夹紧的自锁性能和传力系数 楔块夹紧装置的自锁条件为a11.5-17度，而螺旋夹紧装置的螺旋升角很小，故自锁性能好。 传力系数为： 因为螺旋升角小于楔块升角，而L大于r1和r2，所以螺旋夹紧装置的传力系数远比楔块夹紧装置的大。 由于螺旋夹紧装置结构简单，制造容易，夹紧行程大，传力系数大，自锁性能好，所以广泛用于手动夹紧。但夹紧缓慢，效率低。4.5螺旋夹紧机构的特点：1 自锁性好夹紧可靠。2 螺旋夹紧增力比较大，可达65-140倍。一般夹具上利用螺纹M8-M14。3 螺旋夹紧的行程不受限制，但费时效率低。4 结构简单，应用广泛。4.6横向伺服系统和立拄的设计计算 如第四章纵向私服系统的设计计算第5章 三坐标测量机的测头装置传感器的原理由于制造技术和机床设计新近的发展趋势，在制造业这个领域监控系统也出现了新的要求。无数不同类型的传感器在监控生产和测量方面得到了应用。另一方面还有直接测量系统和间接测量系统的传感器也有区别。就连续测量的传感器系统而言，测量变量贯穿整个测量过程。电感传感器电感传感器不象刻度尺或干涉仪，它是一种模拟位置传感器。再毫米和厘米范围内普遍应用的测量位移的传感器是线形变化的微分变换器线形变化微分变换器，由三个线圈组成。将一个典型频率为5kHz的交流电压加到初始线圈上，初始线圈会感应藕荷到二级线圈。磁芯线形比例变化。通过分析信号相位与参考相位的关系确定磁芯的位移方向。同样的方法，相位灵敏测器的输出与位移成线形比例关系，由于应用两个记数线路，非线性部分被除去。双簧片式三向电感测头（图二）双簧片式三向电感测头无摩擦、无间隙。测头在三个方向上都有传感器，可作扫描或数控自动检测的自动化测头。双簧片式电感测头的结构形式较多。图一是其中一种结构，由三部分组成：一是感受部分，它由传感器7组成，当发生位移时，各向传感器发出各自的信号；二是测力机构，采用电磁式测力机构8，当测量向一个方向运动时，为了预加测力，电磁测力机构向接触力方向产生磁测力，同时给测头1个预偏量，当触头与工件接触时，即腿压测头直至过零发信这一过程完成后，电磁力有按新的测量要求施加到它向，如果一个坐标紧锁时，则那个坐标的电磁力应释放开；三是零位锁紧机构，三向测头的三个方向不是同时工作的，往往需要锁紧一向或两向，锁紧机构用电磁铁操纵，需要紧锁时，将线圈13的电流断开，则衔铁14被一块永久磁铁11吸向上运动，衔铁可饶片簧12转动而使圆锥销9插入小座10的孔内，从而将此向锁紧在零位上，需要打开锁紧时，将线圈13通入电流，由电磁力克服永久磁力，将锥销从小孔中拔出而成自由状态。Z向测座用弹簧吊挂，可用手轮调整，销子是为了防止螺母转动并可在螺母外圆槽内滑动。测头座上装有个探头，可方便地对工件进行测量。该测头的电感传感器的重复精度为.，测头总的重复精度为.。图5 -1 双簧片式电感测头第 6章 经济技术性分析随着控制技术的发展，对伺服系统的性能不断提出了苛刻的要求。近年来，数字技术的发展，将计算机与伺服控制系统相结合，使计算机成为伺服系统中的一个环节已成为现实。在直流伺服系统中利用计算机来完成系统的校正，改变系统增益、宽带、完成系统管理、监控等任务，使系统向智能化的方向发展。本设计中应用的AT89C52、L290、L291、L292等芯片是目前市场上比较成熟的产品应用比较广泛的产品，由它们组成的伺服系统具有体积小，结构简单，操作简便，可靠性高等优点，发展前景看好。目前，三坐标测量机的市场需求大、产品种类多。各厂家为满足用户需要，赢得量好信誉，不断推出精度高、性能好、使用方便、易于操作、又可满足用户一些特殊检测任务的测量机。尤其是软件开发越来越快，测量机自动化程度越来越高，市场竞争日趋激烈。但从坐标测量机的使用角度上看，如何选用适合的测量机以满足检测要求，又能达到最佳的性能价格比，并产生较高的经济效益，是广大用户关心的重要课题。下面介绍三坐标测量机的选用原则。一、合理的测量精度：坐标测量机是检测工件尺寸与形位误差的仪器，首要的是精度指标应满足用户要求。选用时，一般可根据被测工件要求的检测精度与测量机给定的测量不确定度相对比，看测量机精度是否符合要求。精度比对不是一个简单的比较过程。测量机的技术规范中一般只给出单轴测长和空间测长的两个不确定度公式及重复精度值。但在具体测件时需要将被测参数的测量不确定度限制在一定范围内。一般测量时，要测量很多测点。在形位测量时，更有大量测点参与并带来测量误差，精确计算是很难的。因此从经验出发，在一般测量中，测量不确定度应为被测工件尺寸公差带的1/51/3。例如某一被测箱体上二孔的孔距为500mm，公差带为15um，则所选用的测量机在500mm长度上的测量不确定度应不大于3um5um。对于精密测量及复杂的形位测量要求还高，一般应为被测尺寸公差带的1/101/5。重要的是重复精度必须满足要求，因为系统误差还可以通过一定方法补偿，而重复精度应由测量机本身保证。总之，用户应选用精度（包括重复精度）高一些的测量机。这不仅由于测量复杂件时，测点可能带入的误差比预想的要大（由于测头测杆变化或加长会引入更大的误差），而且测量机的精度会随使用次数增多而有所下降。二、合乎要求的测量范围：测量范围的选择时选择测量机时的最基本参数。因为在测量范围内才能获得精确的测量值，超出了范围，测量就难于进行。选择测量范围时，应考虑以下几个方面。1、工件的所需测量的部分，不一定是整个工件。如要测的部分集中在工件的某个局部，除了测量机的测量范围能覆盖被测参数之外，还要考虑整个工件能在测量机上安置，要求工件重量对测量精度不带来显著影响。为了把工件放入测量机中，应根据工件大小选择测量机。2、Z轴与Z向空间高度的关系。Z轴行程是Z轴的测量范围，而Z向空间高度是工件能放得下的高度。3、接长杆的问题。有的测头上有星形探针，这些探针在测量时往往要求超出工件的被测部分。一般工件尺寸为l时，要求测量范围L=l+2C，C为探针的长度。因此测量范围等于工件被测的最大尺寸再加上两倍的探针长度。三、合适的测量机类型：测量机按自动化程度分为手动（或机动）与CNC自控两大类。选用时，应根据检测对象的批量大小、自动化程度、操作人员技术水平及资金投入大小去权衡。当然CNC测量机水平高、测速快，但测量的准备时间长、技术要求高、资金投入大。故应从经济效益的角度进行比较判定。一般说，对于中等尺寸的工件，多采用移动桥式；对于小型工件，多采用悬臂式、仪器台式与移动桥式等；对于大型工件，则多采用龙门式；对于需回转测量的工件，可选用带分度台的测量机。四、丰富的测量软件 ：对复杂的测量对象进行测量，测量机应有丰富的测量软件支持，以完成测量任务。如缺少某些软件，可根据被测对象向生产厂家索取。如果厂方提供了编程方法（多数厂家不提供），也可自行开发。测量机运行速度与采样速度既是测量机效率高低的重要指标，又与自动化生产的要求密切相关。用于生产线或柔性加工线上的测量机，检测的时间必须满足生产节拍的要求。六、功能齐全的测量头：测量头是测量机上重要的传感器件。它不仅直接影响测量精度，而且是决定测量机功能和测量效率的重要因素七、满意的经济效益：作为检测仪器，测量机的经济效益是投资购买的一项重要指标。虽然它不像生产机床那样便于计算，也不如机床那样可以较快地收回成本并创造效益，但作为保证生产质量的手段和环节，检测仪器有着特殊的重要性。测量机的使用费用，主要取决于测量机的折旧费K、检测人员的工资G、测量所用的时间T及辅助材料和设备等杂费Q，即测量总费用M=T（K+G）+Q测量机效益的关键在于使用时间T。因此在考虑测量机资金的投入时，关键在于了解它的使用效率。如果使用效率高，则经济效益亦高。如果使用效率不很高，而又易于在当地解决测量问题，则应委托或协作检测。只付检测费，比购置一台测量机更经济。当然有的场所，测量对象极为精密，不适宜搬动，有的系军工保密件等，此时配置一台坐标测量机具有特殊性，也是必须的。 。结论随着现代机械制造业的发展，零件的加工趋于缩小化，这就对其加工精度提出了很高的要求，本设计三坐标测量系统就适应了现代机械的发展，将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。随着现代科学技术的迅猛发展，特别是电子技术、电子计算机技术的飞速发展，对检测技术发生着极其深刻的和巨大的变化，尤其对测量精度的高要求，它依托的理论基础和技术已经远不限于测量学，还包括传感器技术、计算机控制思想理论等等。该设计说明书在总结了前人的工作基础上，详细的对测头和进给系统进行了实用化、智能化的改进。 主要表现在现代传统的波动检测没有被采用，而采用了机械测量，看上去是比较古老，而结合当代电子技术和控制思想就与众不同了。单片机技术测量比较稳定，LED显示也是比较准确精确，比传统的机械测量方法自动技术提高了，显示也相对精确了，而不在因为材料的不同影响测量精度了，只要是在测量范围内的各种壁厚均可以测量，大大扩大了测量的范围，同时也提高了工作生产效率。由于造价不高，也能发展中小企业，我想它会成为壁厚检测的一种主流方式。致谢半学期的毕业设计即将结素，我们的毕业设计也已经到了卫生阶段，论文的完成标志着三年的