机械毕业设计925激光测量机纵轴传动机构设计论文.docx
- 文档编号:27219055
- 上传时间:2023-06-28
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:544.43KB
机械毕业设计925激光测量机纵轴传动机构设计论文.docx
《机械毕业设计925激光测量机纵轴传动机构设计论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械毕业设计925激光测量机纵轴传动机构设计论文.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
机械毕业设计925激光测量机纵轴传动机构设计论文
中文摘要
随着工业现代化进程的发展,伴随着众多制造业如汽车业等大规模生产的需要,在加工设备提高功效、自动化更强的基础上,要求计量检测手段应当高速、柔性化、通用化,而固定的、专用的或手动的工量具大大限制了大批量制造和复杂零件加工业的发展;平板加高度尺加卡尺的检验模式已完全不适用现代化柔性制造和更多复杂形状工件的测量需要,所有这些促进和推动了近代坐标测量技术的发展。
三坐标测量机作为一种测量仪器,越来越广泛的应用于制造,电子,汽车和航天等工业中,而且成为不可缺少的组成部分,对各种空间自由曲面等复杂形面的检测尤为适用。
三坐标测量技术自从20实际60年代发展以来,已经逐渐成熟,现主要向高效率,高精度非接触式方向发展。
本文主要以三坐标测量机为研究对象,概述了测量机的基本原理及基本组成,描述坐标测量机的结构、特点及发展方向,重点讨论了激光测距式非接触三坐标测量机纵轴传动机构的选用及实现。
关键词:
测量,三坐标测量机,传动机构
Abatract
Wishthedenelopmentofindustrialmodernizationprocess,alongwithmanymanufacturingindustriessuchasautomotiveindustry’sneedsforlarge-scaleproduction,onthebasisofincreasingefficiencyintheprocessingequipment,andstrongerautomation,theirmeasurementrequirementsshouldbehighspeed,flexibleanduniversalbutfixedappropriativeandhandusedtoolsgreatlylimitedthehigh-volumeandcomplexpartsmanufacturingindustries’development;thetestmodelofplate,heightrulerandcalipersdoesnotfullyapplymodernflexiblemanufacturingandmorecomplexformspartofthemeasurementneeds,allofwhichpromoteandfacilitatethemoderncoordinatemeasurementtechnology.CMMasmeasuringinstrument,ismoreandmoremorewidelyusedinmanufacturing,electronics,automotive,aerospaceandotherindustries,andisbecominganindispensablepart.Anditisparticularlyapplicableinthecomplex-freesurfacespacetext.TheCMMtechnologydevelopedsincethe1960s,havegraduallymatured,itismainlytothehighefficiency,high-precisionnon-contactdirection.Thisarticlemainlytalkedaboutthecoordinatemeasuringmachine,summarizedthebasicprinciplesofmeasuringmachinesandbasiccomponents,describedtheCMMstructure,characteristicsanddevelopment,focusedonhowtochoseandrealizethetransmissionmechanismofthenon-contactLaser-Ranging-CMM.
Keywords:
Measurement,CMM,Thetransmissionmechanism
中文摘要
Abatract
第一章绪论·················································1
1.1三坐标测量机的简述················································1
1.2坐标测量机的基本组成··············································1
1.3三坐标测量机的结构················································1
1.4激光测量机系统结构及测量过程······································3
1.5国内外概况························································3
1.5.1国外概况······················································3
1.5.2国内概况······················································4
1.6设计概述··························································5
第二章设计说明··············································6
2.1立柱设计·························································6
2.1.1立柱的作用及特点··············································6
2.1.2材料选用······················································7
2.2传动机构设计······················································8
2.2.1机构选用······················································8
2.2.2滚珠丝杠副的安装·············································10
2.2.3滚珠丝杠副的防护和润滑·······································11
2.3轴承选用·························································12
2.4导轨副的选用·····················································13
2.4.1直线导轨副结构形式···········································13
2.4.2材料、热处理及防护············································14
2.5装配·····························································15
2.6主要参数的设定···················································15
第三章设计计算·············································17
3.1Y轴滚珠丝杠副的选择计算·········································17
第四章三坐标测量机的未来展望·······························24
总结
致谢
参考文献
附录
第一章绪论
1.1三坐标测量机的简述
三坐标测量机CMM(3DCoodinateMeasuringMachine)简称测量机。
它是以精密机械为基础,综合应用光学、电子技术、计算机技术等先进技术的测量仪器。
任何形状都是由空间点组成,所有的几何量测量都可以归结为空间点的测量,因此精确进行空间点坐标的采集,是评定任何几何形状的基础。
坐标测量机的基本原理就是将被测零件放入它允许的测量空间,精确的测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值,将这些点的坐标数值经过计算机数据处理,拟和形成测量元素,如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等,经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。
近几十年来,由于现代工艺技术的进步(计算机、集成电路、新材料、气浮技术、传感技术等),促进了三坐标测量机(CMM)的发展。
它不仅能测量箱体、汽缸盖、涡轮、叶片、齿轮、凸轮、模具、各种机身型体及不规则空间型面的零件,而且还可以配合数控机、加工中心和柔性制造系统(FMS)纳入制造工程,并和CAT、CAD、CAM组成联机集成系统,以实现设计、制造和检测一体化。
1.2坐标测量机的基本组成
测量机一般由主机、电子系统、软件系统及探测系统所组成。
主机包括了其上附属的装置如光栅、电机等;电气系统包括电控柜及计算机;测量软件形式很多,如通用软件、统计分析软件等,由于误差补偿技术的发展及算法和控制软件的改进,测量机精度在很大精度上依赖于软件;探测系统是有测头及其附件组成的系统,测头是坐标测量机的关键部件,测头精度的高低很大程度决定了测量机的测量重复性及精度。
1.3三坐标测量机的结构
三坐标测量机有不同的操作需求、测量范围和测量精度,这些对选用三坐标测量机是很重要的。
各种类型的三坐标测量机结构外形叙述如下:
图1.1三坐标测量机结构
(1)悬臂式:
前面开阔,耗材少,但受刚性影响大。
立柱横梁受力变形影响精度。
适用于中小型机。
(2)活动水平臂式:
测量空间大,立柱运动方向可以充分加长,但由于水平轴受变形的影响较大,长度受到一定限制。
(3)固定水平臂式:
可以比较方便地修正因立柱和水平臂运动引进的阿贝误差,工作台承载能力不能太大。
适用于小型机。
(4)单柱式:
立柱运动与水平运动分开,可以达到较高的精度。
由于具有二维水平运动的工作台加工复杂,难于推广。
适合小型机或稍大一些的机型。
(5)移动龙门式:
工作台承载能力大,不影响运动部件的精度,但由于横梁上的运动部件影响移动龙门的重心,加之绝大部分生产厂龙门架为开口状且为单边驱动,影响运动刚性,扭转也大,最终影响测量机的稳定性和测量精度。
(6)固定龙门式:
整机刚性好,负载变化时机械变型小,可以在中央驱动工作台,可以通过适当加大固定龙门的体积来提高龙门上运动部件的运动精度,半闭式气浮导轨刚性好。
缺点是承载不能太大,不利于发展高速测量机。
适用于中小型机型。
(7)L型桥式:
与移动龙门所存在的问题相似,现很少被采用。
(8)高架桥式:
由于运动部件被架在两个固定龙门之间,当运动部件采用高强度轻型材料时,运动性能可以优于移动龙门式,更利于发展高速测量机,整机结构简单。
适用于中型和大型机。
1.4激光测量机系统结构及测量过程
激光非接触式三坐标测量系统主要由:
三维扫描机构、激光非接触测量头及对准装置、控制系统和数据处理系统等四部分组成。
它实质上是由一个水平X轴、一个垂直Y轴、一个回转工作台加上CCD激光测量头等构成的特别适合回转体高速非接触测量的三坐标机。
系统工作过程为:
主控程序先完成系统的初始化,然后把被测量部件放在转台上,在测量过程中转台一直匀速旋转。
测量从最底圈开始,一圈一圈测量。
当测量一圈时,主控程序启动控制模块控制横梁和滑动臂沿水平及垂直方向运动,使得测量点在测量头的测量范围内,然后转头旋转,使得测量头对准被测部件。
转头运动完毕后,运动控制模块通知主控程序运动结束,然后由主控程序启动数据采集模块。
数据采集模块在高精度定时线程的控制下进行数据采集。
当测量完一圈后,数据采集模块暂停,同时通知主控程序完成一圈数据采集。
这时候主控制程序再启动运动控制模块来调整测量头的位置,准备测量下一圈。
这样一直测量到最后一圈,然后系统复位。
数据利用串行化技术存储,以供数据处理程序处理。
1.5国内外概况
三坐标测量机属于高精度测量仪器,在行业内已经有大约50年的发展历史。
三坐标测量机主要应用于机械制造、汽车、航空、模具制造等工业生产行业中,在工业生产过程中发挥着非常重要的作用。
随着高新技术和计算机应用技术的发展,三坐标测量机技术也得到了长足的发展空间。
1.5.1国外概况
国外三坐标测量机生产厂家较多,系列品种很多,大多数都有划线功能。
注明的国外生产厂家有德国Zeiss和Leitz、意大利的DEA、美国的布朗-夏普、日本的三丰等公司。
总的来说,国外机器油一下特点:
(1)绝大多数机器总体布局为悬臂式,空间敞开性好,便于安装大的零件或整车;
(2)采用“AutoCAD”和有限元法进行优化设计,结构较合理,造型优美;(3)专项开发力量强,专用软件和附件较多,能满足更多用户的特殊需要;(4)移动构件多数用合金铝材,移动件质量尽可能小,做到高刚性、低惯性;(5)配有21项误差补偿软件,可以廉价地提高机器精度;(6)配有32位DSP连续轨迹控制系统,它是一种性能优于CPU的数据信号处理器,是超大规模集成电路。
它除了有较高的运算和控制功能外,还有内部存储的许多可供开发的高级语言程序;(7)绝大多数机器采用Renishow公司(英国)的电测头,功能齐全,质量可靠;(8)配有功能齐全的控制测量软件、专用和误差修正软件;(9)机器的性能高度稳定可靠,使用寿命长;(10)三坐标测量机与计算机工作站和数控机床联网;(11)三坐标测量机技术近十多年来突飞猛进发展,特别是数控系统和测量软件每二三年便更新一代,系列品种齐全,三化(标准化、通用化、系列化)程度高。
1.5.2国内概况
在我国,第一台三坐标测量机诞生于1968年,这还不是自主研发的,在这之后我国开始自主研发三坐标测量机,现阶段国内三坐标市场的竞争已经十分激烈。
三坐标测量机行业现状成了众多业内人士关注的问题,正确的认识该方面的信息,不仅对供货商有着不可忽略的积极作用,更对买家有着积极意义,为了让更多人更合理的认识该方面的知识。
根据国家统计局最新统计,2013年仪器仪表制造业增加值增长速度为13%左右。
三坐标测量市场需求也以年均20%左右的速度增长。
另有统计数据表明欧洲发达国家各国数控机床与三坐标测量机的比例为9:
1,美国为6:
1.我国目前拥有各类数控机床多达八十万台,如果按照20:
1的比例计算,则三坐标测量机的累计需求应在四万台左右,且数控机床保有量每年在不断增加。
我国国内市场需求潜力巨大,而且市场竞争也十分激烈,这就是三坐标测量机行业在中国的现状,在这种大环境下,高质量的产品与服务成为了让企业领导市场的关键,福莱德就是测量行业的典范。
福莱德测量就是一直秉承着"放心产品,贴心服务"的宗旨,从产品开发到生产制造,再到售后其中的每一个环节,福莱德产品均采用国际一流的标准,多年来赢得了国内市场的一致好评,福莱德也因此连续多年成为在国内品牌三坐标测量机中生产销量排名第一企业。
1.6设计概述
鉴于三坐标测量机在工业中的特殊作用,对其研究是非常必要的。
但是由于知识和时间的限制只能对三坐标测量机立柱传动机构设计。
至于底座传动机构,控制系统,测量系统则不进行研究。
我的设计流程大致如下:
1.完成激光测量机的Y轴的装配结构图。
2.完成部分零件图。
3.对丝杠进行校核计算。
4.对所涉及的部分零件建立其三维模型。
第二章设计说明
2.1立柱设计
2.1.1立柱的作用及特点
立柱的变形和振动,将直接影响设备的加工质量和正常运转,因此,它必须满足下列基本要求。
(1)保证刚度刚度几十抵抗载荷的能力。
如果设备的支承件刚度不足,则在各部件及工件的重力、夹紧力、摩擦力、惯性力和工作载荷等的作用下,就会使其产生变形、振动或爬行,影响设备的定位精度、加工精度及其他性能。
因此,机座与机架必须有足够的刚度,主要是其本身的结构刚度和接触刚度。
动刚度和静刚度、材料阻尼及固有频率有关。
动刚度是衡量抗振性的主要指标,一般情况下,动刚度越高,抗振性越好。
(2)减少热变形设备运转时,电动机、强光源、烘箱等热源散发出的热量,零部件的相对运动摩擦生热,都将传到机座上。
如果热量分布不均匀,散发不相等,机座就将由于温差而产生变形,影响其原有精度。
为了减小热变形,可采取下列措施:
①减少发热:
系统内部发热时产生热变形的主要热源,应尽量将热源从主机中分离出去。
对不能与主机分离的热源,如主轴轴承、丝杠螺母副等则应改善其润滑条件和摩擦特性,以减少内部发热。
②散热良好:
在减少发热的同时,应注意散热,必要时对发热部件和高温部件采取冷却措施。
③恒温控制:
电子精密机构设备,如集成电路制版、测试等设备,应放在恒温室内。
④选择热变形对称的结构形式:
在相同的发热条件下结构对热变形有很大的影响。
实践证明采用热对称结构,在同等的受热条件下,其热变形可以通过坐标(位移)补偿的方式予以消除。
(3)提高抗振性立柱的抗振性是指承受受迫振动的能力。
受迫振动的振源可能存在于设备的内部,如驱动电机的转子或传动部件旋转时的不平衡;往返运动件的换向冲击等。
振源也可能来设备的外部,如邻近的机器、车辆、人员活动(走路、开门、关门、搬运东西等)以及恒温室的通风机、冷冻机等。
当机座受到振源的影响时,除了使整机作摇晃振动外,各主要部件及其相互间还会产生弯曲或扭转振动,尤其是当振源频率与某一构件的固有频率重合时,将产生共振,而严重影响设备的正常工作和使用寿命。
为了提高机座的抗振性,可采取下列措施:
①提高静刚度即从提高固有频率着手,以避免产生共振。
②增加阻尼增加阻尼对提高动刚度有很大作用。
液体动压或液体、气体静压导轨的阻尼比滚动导轨大。
③减轻重量在不降低机座静刚度的前提下,减轻重量可提高固有频率。
如适当减薄壁厚、增加筋和隔板;采用钢材焊接件代替铸件等。
④采用隔振措施如在设备的周围挖隔振;由空气弹簧将设备浮起;加橡胶垫脚等。
(4)保证精度如果立柱制造不准确,则装在它上面的工件部件的相对位置和相对运动都不会准确,这样就会影响设备的总精度,从而给被加工的工件带来较大的误差。
因此,在设计时,对某些关键的表面和部位应提出一定的精度要求。
(5)良好的结构工艺性进行支撑结构设计时,应同时考虑机械加工工艺性和装配工艺性。
2.1.2材料选用
立柱材料应具有较高的强度、刚度、吸振性和耐磨性并具有良好的工艺性。
铸铁、钢板、合金铸铁、花岗岩石等是立柱机架的常用材料。
(1)铸铁
铸铁熔点低、铸造性好,易成型为各种复杂形状。
它吸振性和耐磨性好,成本低,是一种应用最广泛的材料。
铸件须进行时效处理以消除内应力。
铸件的缺点是需做木模,制造周期长,单件制造成本高,铸造易出废品,如有时会产生缩孔、气泡、砂眼等缺陷;铸造加工余量大,机加工成本高。
(2)低碳钢
由低碳钢焊接成的构件,其弹性模量比铸铁大,在承受同样的载荷时,壁厚比铸件薄,因而质量轻。
此外焊接制造周期短,节省原材料。
但钢的抗振性能比铸铁差,在结构上须采取防振措施。
钢材焊成后,须进行实效、退火等处理,以消除焊接应力。
(3)花岗岩
近年来,花岗岩、大理石、天然岩石等材料已广泛应用于各种高精度机电一体化系统的机座,如三坐标测量机的工作台、金刚石车床的床身以及平板、导轨、底座横梁、立柱等。
花岗岩具有许多优点:
稳定性好,无内应力,几乎不变形,能长期保证稳定的精度;通过研磨抛光,容易得到稳定的精度和非常光滑的表面;对温度不敏感,热导率和膨胀系数均很小;吸振性好,内阻尼系数比钢打15倍;耐磨性比铸铁高5~10倍;不导电、抗磁、抗氧化。
主要缺点是加工困难,脆性大,抗冲击能力差,油和水易渗入晶体中,易引起变形。
综合考虑后立柱选用花岗岩材料,外形如图2.1所示:
图2.1立柱
2.2传动机构设计
2.2.1机构选用
激光测量机的运动形式为往复的直线运动。
实现其往复直线运动的机构形式比较多,常用的有活塞油汽缸、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构以及连杆机构等。
激光测量机是高精度测量设备,因此其传动元件可采用滚珠丝杠副传动机构。
滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件。
它可将选择运动转变为直线运动,或将直线运动转变为旋转运动。
滚珠丝杠副与滑动丝杠副或其他直线运动副相比,有一下特点:
(1)传动效率高。
一般滚珠丝杠副的传动效率高达0.90~0.95为滑动丝杠副的3~4倍。
传动精度高、刚度好。
丝杠螺母预紧后,可以完全消除间隙产生过盈。
(2)定位精度和重复定位精度高。
由于滚珠丝杠副摩擦小、温升少,因此可以达到较高的定位精度和重复定位精度。
(3)运动平稳。
滚动摩擦系数几乎与运动速度无关,动静摩擦力之差极小,启动时无冲击,低速时无爬行,保证运动的平稳性。
(4)使用寿命长。
滚珠丝杠副的摩擦表面硬度高(58~62HRC)、精度高,具有较长的工作寿命和精度特性。
寿命为滑动丝杠副的4~10倍。
(5)可靠性高。
润滑密封装置结构简单,维修方便。
(6)不能自锁、有可逆性。
即能将旋转运动转化为直线运动,也能将直线运动转化为旋转运动,可以满足一些特殊要求的传动场合,但用于垂直传动时,必须在系统中附加自锁或制动装置。
滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚珠体的螺旋传动元件。
滚珠丝杠副有多种结构型式。
按滚珠循环方式分为外循环和内循环两大类。
外循环回珠器用插管式的较多,内循环回珠器用腰形槽嵌块式的较多。
按螺纹轨道的截面形状分为单圆弧和双圆弧两种截形。
由于双圆弧截形轴向刚度大于单圆弧截形,因此目前普遍采用双圆弧截形的丝杠。
按预加负载形式分,可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。
精密机床上常用双螺母垫片式预紧,其预紧力一般为轴向载荷的1/3。
滚珠丝杠副与滑动丝杠螺母副比较有很多优点:
传动效率高、灵敏度高、传动平稳;磨损小、寿命长;可消除轴向间隙,提高轴向刚度等。
2.2.2滚珠丝杠副的安装
激光测量机的进给系统要获得较高的传动刚度,除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外,滚珠丝杠正确的安装及其支撑的结构刚度也是不可忽视的因素。
螺母座及支撑座都应具有足够的刚度和精度。
通常都适当加大和结合部件的接触面积,以提高螺母座的局部刚度和接触强度。
滚珠丝杠副安装方式通常有以下几种:
(1)“固定-支承”型适用于中等转速,高精度。
如图2.2所示,丝杠一端固定,另一端支承。
固定端轴承同时承受轴向力和径向力;支承端轴承支承受径向力,而且能作微量的轴向浮动,可以避免或减少丝杠因自重而出现的弯曲。
同时丝杠热变形可以自由地向一端伸长。
图2.2
(2)“固定-固定”型适用于高转速,高精度。
如图2.3所示,丝杠两端均固定。
固定端轴承都可以同时承受轴向力和径向力,这种支承方式,可以对丝杠施加适当的预拉力,提高丝杠支承刚度,可以部分补偿丝杠的热变形。
图2.3
(3)“固定-自由”型适用
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械 毕业设计 925 激光 测量 纵轴 传动 机构 设计 论文