三坐标测量机的使用及环境资料.docx
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三坐标测量机的使用及环境资料.docx
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三坐标测量机的使用及环境资料
毕业设计文件
设计题目:
三坐标测量机的工件测量
姓名:
陈相南
指导教师:
赵宏立
完成期限:
2015年11月20日至2016年5月10日
毕业设计(论文)任务书
姓名:
陈相南专业班级:
12291
学号:
01号所属系部:
机电系
题目:
三坐标测量机的工件测量
任务内容:
1、了解三坐标测量机的系统。
2、了解三坐标测量机的坐标系的使用。
3、学会使用三坐标测量机测量工件以及了解三坐标测量机的重要组成测头系统。
4、对测量完的工件进行分析。
5、编写完成上述任务的论文。
技术参数和论文撰写要求:
论文内容完整,包括封面、目录、任务书、摘要、正文、参考文献、致谢、评审表等八项内容;各项内容按模板格式和要求进行排版;字数8000字以上(含图表)。
设计进程:
第1周-第4周:
接受和明确任务,查找资料和相关文献指导书,完成写作提纲。
第5周-第23周:
掌握三坐标测量机的应用,对其分析了解。
第24周:
完成论文,待答辩
指导教师签字:
赵宏利教研室主任签字:
徐慧
日期:
2015年11月20日日期:
2015年11月20日
摘要
机械设计、制造及检测是机械工程领域的三大技术支柱及研究内容。
随着计算机辅助技术的发展,计算机辅助设计、制造及检测的应用日益普及。
随着我国机械工业的迅速发展和市场竞争的日益激烈,计算机辅助检测技术作为提高产品质量的重要手段以及逆向工程技术的发展。
从60年代初发展到现在,三坐标测量机(CMM)在制造业得到世界范围广泛应用,成为3D检测工业标准设备。
三坐标测量技术得到迅速发展,而配套检测软件的发展,更是突飞猛进。
最早的三坐标测量机只能显示XYZ坐标,而目前的各种检测软件几乎可以解决用户的绝大部分问题。
CMM测量软件发展趋势,对于传统的三坐标测量机检测来说,通常是设计部门提供二维图纸,检验部门根据图纸对工件进行尺寸及形位公差的检测。
随着三维CAD软件的应用,越来越多的技术部门使用三维CAD建模技术进行设计。
因此,各坐标机厂家纷纷推出了基于三维CAD技术的测量软件,直接将客户设计好的三维CAD模型导入测量软件进行检测。
这样做的优点非常明显,不需要额外的图纸,理论值可以直接捕获,更可以进行测量仿真,测头干涉检查等。
基于CAD的测量成为目前三坐标测量软件的发展热点,有“互换性及技术测量基础”,“几何量精度设计与检测”,“形状与位置公差”等与检测相关的课程。
关键字:
三坐标测量机,坐标系,测头,测量
Abstract
Mechanicaldesign,manufacturingandtestingarethreetechnicalpillarsandresearchcontentofthefieldofmechanicalengineering.Withthedevelopmentofcomputeraidedtechnology,applicationofcomputeraideddesign,manufactureandtestingofthepopularization.WiththerapiddevelopmentofChina'smachineryindustryandtheincreasinglyfiercemarketcompetition,thedevelopmentisanimportantmeanstoimprovetheproductqualityandthetechnologyofreverseengineeringofcomputeraideddetectiontechnology.Fromthebeginningofthe60'stothepresent,threecoordinatemeasuringmachine(CMM)iswidelyusedintheworldmanufacturingindustry,becometheindustrystandardtestequipment3D.Threecoordinatemeasuringtechnologyhasbeenrapiddevelopment,developmentandsupportingthedetectionsoftware,itismakeaspurtofprogress.ThreecoordinatemeasuringmachinecanonlydisplaytheearliestXYZcoordinates,thevastmajorityofallkindsofcurrentdetectionsoftwarecanalmostsolvetheproblem.ThedevelopmenttrendoftheCMMmeasurementsoftware,forthethreecoordinatemeasuringmachineoftraditionaldetection,usuallythedesigndepartmenttoprovidedrawings,inspectiondepartmentaccordingtothedetectionofdrawingsandgeometrictoleranceofworkpiece.Withtheapplicationof3DCADsoftwaretechnology,moreandmoredepartmentsusingthree-dimensionalCADmodelingtechnologydesign.Therefore,thecoordinatemachinemanufacturershavelaunchedathree-dimensionalmeasurementsoftwarebasedonCADtechnology,the3DCADmodelintomeasuringsoftwaredesignsthecustomertodetect.Theadvantageofthisisveryobvious,doesnotrequireadditionaldrawings,thetheoreticalvaluecanbedirectlycaptured,morecanbemeasuredtoprobesimulation,interferencecheck.ThemeasurementofCADhasbecomethehotspotofthreecoordinatemeasurementbasedonsoftware,"interchangeabilityandmeasuringtechnologybased","designandtest"geometricalaccuracy,"courseofshapeandpositiontolerance"andrelateddetection.关键字:
三坐标测量机、坐标系、测头、测量
Keywords:
threecoordinatemeasuringmachine,coordinatesystem,probe,measurement
目录
毕业设计(论文)任务书I
摘要II
AbstractIII
目录1
第一章计算机辅助检测技术概论3
1.1计算机辅助检测技术的基本概念4
1.2三坐标测量机的测量系统和控制系统4
1.2.1测量系统5
1.2.2控制系统6
第二章三坐标测量机坐标系的建立与变换7
2.1坐标系的建立7
2.2坐标系的旋转、平移、清零、转换7
2.3正确理解及使用坐标系9
第三章三坐标测量机测头系统配置11
3.1分步式配置测头系统11
3.2向导式创建测头系统14
3.3测头的检验技巧16
第四章工件的定位装夹及几何特征的测量18
4.1工件在装夹中定位18
4.2点、线、面的测量21
4.3测量报告的制作24
第五章公差分析27
5.1尺寸及形状公差27
5.2定位及定向公差31
5.3跳动公差35
总结38
参考文献39
致谢40
毕业设计(论文)评审表41
第一章计算机辅助检测技术概论
1.1计算机辅助检测技术的基本概念
在传统的机械检测领域,游标卡尺、千分尺、螺旋测微仪等工具是手工检测机械零件或装配件的主要工具。
这种检测方式的优点是成本低、检测方便、易学易用,但缺点是检测精度不高、检测效率低、对于复杂零件的检测无能为力。
自上世纪七十年代以来,计算机辅助工程技术获得了迅猛的发展。
在机械工程领域,计算机辅助工程在设计、加工、分析、检测以及制造过程管理方面都获得了广泛的应用,形成了一系列的新兴学科,如计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助分析(CAE)、计算机辅助检测(CAI)、产品数据管理(PDM)等等。
计算机辅助检测是综合利用机电技术、计算机技术、控制及软件技术而发展起来的一项新技术,其特点是测量精度高、测量柔性好、测量效率较高,尤其是对复杂零件的检测,更是传统测量方法所无法比拟的。
经过近几十年的发展,计算机辅助检测系统已经发生了很大的变化。
从测量原理上来看,计算机辅助检测技术已经由当初的接触式测量扩展到非接触以及复合式测量。
测量的设备也由当初唯一的三坐标测量机扩展到目前的激光测量仪、影像(视频)测量仪、照相(摄影)测量仪等检测工艺比较丰富的产品系列。
顾名思义,接触式测量仪就是指测量器具通过与被测工件的表面接触获取物体表面的坐标信息。
接触式测量的典型产品是三坐标测量机。
非接触式测量是指利用工业CCD镜头或激光对物体表面进行测量从而获得物体三维坐标信息的测量工具。
目前此类系统主要有激光测量仪、影像(视频)测量仪、照相(摄影)测量仪等。
复合式测量则是指在同一个测量工具上集成了两种以上的测量方式,如接触式的探针测头和影像测量或激光测量。
1.2三坐标测量机的测量系统和控制系统
三坐标测量机控制系统
1.2.1测量系统
三坐标测量机的测量系统由标尺系统和测头系统构成,它们是三坐标测量机的关键组成部分,决定着三坐标测量机测量精度的高低。
一.标尺系统
标尺系统是用来度量各轴的坐标数值的,目前三坐标测量机上使用的标尺系统种类很多,它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同,按其性质可以分为机械式标尺系统(如精密丝杠加微分鼓轮,精密齿条及齿轮,滚动直尺)、光学式标尺系统(如光学读数刻线尺,光学编码器,光栅,激光干涉仪)和电气式标尺系统(如感应同步器,磁栅)。
根据对国内外生产三坐标测量机所使用的标尺系统的统计分析可知,使用最多的是光栅,其次是感应同步器和光学编码器。
有些高精度三坐标测量机的标尺系统采用了激光干涉仪。
二、测头系统
(一)测头三坐标测量机是用测头来拾取信号的,因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率,没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。
(二)测头附件为了扩大测头功能、提高测量效率以及探测各种零件的不同部位,常需为测头配置各种附件,如测端、探针、连接器、测头回转附件等。
1.2.2控制系统
一、控制系统的功能
控制系统是三坐标测量机的关键组成部分之一。
其主要功能是:
读取空间坐标值,控制测量瞄准系统对测头信号进行实时响应与处理,控制机械系统实现测量所必需的运动,实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性等。
二、控制系统的结构
按自动化程度分类,坐标测量机分为手动型、机动型和CNC型。
早期的坐标测量机以手动型和机动型为主,其测量是由操作者直接手动或通过操纵杆完成各个点的采样,然后在计算机中进行数据处理。
随着计算机技术及数控技术的发展,CNC型控制系统变得日益普及,它是通过程序来控制坐标测量机自动进给和进行数据采样,同时在计算机中完成数据处理。
三、测量进给控制
手动型以外的坐标测量机是通过操纵杆或CNC程序对伺服电机进行速度控制,以此来控制测头和测量工作台按设定的轨迹作相对运动,从而实现对工件的测量。
三坐标测量机的测量进给与数控机床的加工进给基本相同,但其对运动精度、运动平稳性及响应速度的要求更高。
三坐标测量机的运动控制包括单轴伺服控制和多轴联动控制。
四、控制系统的通信
控制系统的通信包括内通信和外通信。
内通信是指主计算机与控制系统两者之间相互传送命令、参数、状态与数据等,这些是通过联接主计算机与控制系统的通信总线实现的。
第二章三坐标测量机坐标系的建立与变换
2.1坐标系的建立
传统方法建立坐标系是首先测量一个平面,再测量一条直线和一个点,然后利用“坐标系”下拉菜单中的“校准”选项建立坐标系。
测量的平面可以作为所建坐标系的任意工作平面,即XY、YZ、ZX平面均可;测量的直线可以作为X、Y、Z三轴中的任意一轴;而测量的点可以作为坐标系的原点,这样用户坐标系便建立起来。
1、在零件上平面测量3个点拟合一平面找正。
2、在零件前端面上测量2个点拟合一直线旋转轴。
3、在零件左端面测量1个点设定原点。
2.2坐标系的旋转、平移、清零与转换
一.坐标系旋转
“旋转”功能是根据输入的数值来旋转当前坐标系三个轴中的任何一个。
旋转的数值和角度可以自己给定,也可在“表达式”中选择,算术表达式包括三角函数功能和在程序中的定义值和指定值。
二.坐标系平移
“平移”功能是指沿三个坐标轴线中的任何一个,根据输入值平移当前的坐标系统。
平移量可以给定,或者在“表达式”框中选择。
算术表达式包括三角函数功能和在程序中定义的变量和指定值。
三.坐标系清零
“坐标清零”功能是将用户坐标系的原点恢复到机器当前测针所处的位置。
四.坐标系转换
“坐标转换计算”功能是用户可以在当前用户坐标与机器坐标之间相互转换,用户可以手动输入当前用户坐标的X、Y、Z数值或者机器坐标的X、Y、Z数值,两者之间相互转换。
2.3正确理解及使用坐标系
第一步:
是找正零件
在上平面上至少测量三点,创建PLIN1,可以用于找正Z向,以及确定Z轴原点。
操作方法:
以此点击菜单“插入——坐标系——新建”,将打开坐标系功能对话框选择采集的平面进行平面找正,在“找正”按钮左侧下拉框选择Z正,点击“找正”
按钮。
第二步:
旋转,确定方向。
锁定第二轴。
第三步:
定原点。
总结:
我们大家都知道,测头的补偿原理:
在实际测量时,实际数据返回的是红宝石中心的位置,与实际测量的点差一个测头半径值,这时软件会在其矢量运动方向补偿测头的半径,得到实际值。
坐标系过程的不同建立,我们不难发现,在建立坐标系的时候,如果不按照正确的步骤,将有可能产生测头无法按照准确的矢量方向去进行测量,进而在测量时,存在不必要的精度损失。
而坐标系又是测量过程中的一个重要环节,坐标系建立的好坏,直接影响测量尺寸的结果。
为提高产品测量精度,保证测量结果的准确性,我们必须严格按照建立坐标系的准确步骤进行。
第三章三坐标测量机测头系统配置
三坐标测量机本身没有任何可用于测量的测头信息文件,在测量之前,需要对测头长度、方向以及测头直径等信息进行定义和校验,这些文件信息可以由MWorks-DMIS软件保存。
创建测头系统文件的方法有两种:
一种为传统手动分步设置,此种方法共五步,分别为定义基准球、检验基准球、定义测针、选择测针、校验测针。
选择每步操作的相关信息并予以保存,便可以完成测头系统文件的创建。
另一种方法就是使用“创建测头文件”向导,这个程序可以很方便的创建测量测头文件,您只需要按照相应的提示逐步进行操作便可以完成测头系统文件的创建。
3.1分步式配置测头系统
选择下拉菜单中的“测头系统”选项开始测头系统的配置,首先选择“定义基准球”选项,弹出定义基准球直径的窗口,如图3-1所示:
图3-1定义基准球
在该窗口中,我们需要输入基准球的直径。
至于当前基准球位置以及基准球方向,采用默认设置即可,然后点击“确认”按钮进入下一步操作。
第二步校验基准球。
从“测头系统”下拉菜单中选择“校验基准球”,弹出校验基准球对话框,如图3-2所示:
图3-2定义测针直径
校验基准球只能由主测针完成,它定义了基准球在机器坐标系中的位置,并校准了主测针。
该窗口中的X、Y、Z数值直接采用默认数值,“直径”栏中填写测针测球的直径数值,按“确认”按钮,弹出主测针设置窗口,在“直径”栏中填写主测针测球的直径数值(与上一步填写的数值保持一致),按“确认”按钮,弹出测量基准球对话框(如图3-3),此时我们手动测量基准球,以得到当前基准球在机器坐标系中的位置,为下一步校验测针提供基准。
图3-3测量基准球
第三步定义测针。
从“测头系统”下拉菜单中选择“定义测针”选项,弹出定义测针对话框,如图3-4所示:
图3-4定义测针窗口
第四步选择测针。
从“测头系统”下拉菜单中选择“选择测针”选项,弹出“选择测针”窗口。
该窗口中会将上一步中添加的所有测针全部列出,在列表框中鼠标左键单击选中需要校验的测针(此时被选中的测针会以深蓝色背景显示,图3-5)按钮退出。
图3-5选择测针
第五步校验测针。
在“测头系统”菜单中选择“校验测针”选项,软件将会弹出“定义测针”窗口。
在选取测针后,如果该测针还没有被校准,则需要对该测针进行校准。
如果测针的定义语句已“校准”结束,你可以重新校准选择的测针。
要校准测针,通过鼠标选取加亮要校准的测针,点击“确认”按钮即可。
3.2向导式创建测头系统
“测头文件向导”可以生成或更新测头文件。
在创建测头文件时,与当前坐标测量机没有相连的测座类型是变灰色的,如下图中的PH9测座类型。
利用“测头系统”菜单中的“创建测头文件”选项,我们可以十分快捷的配置测头系统。
点击“创建测头文件”,软件会弹出如图3-6所示窗口。
图3-6测头文件向导
如果测头文件名已经存在,出现警告信息。
这表明系统发现要载入的当前测头文件已经存在。
然后内存中自动创建一个新测头文件并生成测针“S1”作为当前测针。
最后,测头文件被存储在磁盘里。
当新的测头文件生成和当前测针选取时,基准球需要重新校验,测针需要重新校准。
MWorks-DMIS软件会自动产生确认提示(图3-7),来确认是否校验基准球。
图3-7
选择“确定”按钮,MWorks-DMIS软件将进入校验基准球部分。
如果选中“取消”,软件假定基准球已经校验,并产生下一步的请求来校准当前的测针。
如果选中“是”,MWorks-DMIS软件会进入校准测针部分。
如果拒绝,测针就没有被校准,直到测头被执行校准后方可使用。
1.调用
选择“调用”按钮,此时MWorks-DMIS软件将出现如下界面。
从中可以选择以前保存在机器中的有关测头资料,点击“确定”按钮即可调用!
如果选中“取消”,软件则退出该界面。
2.存盘
选择“存盘”按钮,出现下图所示界面。
用户可以自行选择保存的路径,点击“确定”按钮后,用户关于测头系统的有关设置将被保存到指定路径,以后若需使用,应用“调用”按钮选择相应路径打开即可!
3.删除
选择“删除”按钮,则可以删除以前保存的测头系统相关文件。
3.3测头的检验技巧
测头校正对所定义测头的有效直径及位置参数进行测量的过程。
为了完成这一任务,需要用被校正的测头对一个校验标准进行测量。
在实物基准的每个测量点的球心坐标同它的已知道直径比较。
有效的测头直径是通过计算每个测量点所组成的直径与已知直径的差值。
1.标准球被移动后如何添加新位置测头
在追加新的测头校验前,必须在当前使用的测针组中先选择其中一个测针(T1)在新位置校验球上重新进行一次再标定(回答球已动),这是保证新旧校验测针连接的关键。
然后便可进行新A/B旋转角度或新更换测头组件的测头校验了(回答球未动)。
2、不同测头组件的校验方法:
两个或多个测头组件的校验,主要用于一个测量工件需要同时配备n个不同测头组件的测量。
其测头校验即可一次连续全部完成(用于可重复拆装的测头组件);也可在测量中间随时追加一个新的测头组件进行再校验(即几个测头文件在一个测量程序文件中)。
一般可分为两种情况:
ƒ
(1)校验球没有被移动:
如若第一组测针全部校验完毕后,机器没有断电重启过,并且校验球也没有被移动,那么,在进行新的测头组件校验时,只要按程序回答校验球没有被移动,直接选择自动方式进行新的测头校验即可;
(2)校验球已经被移动或断电重启过:
如若第一组测针全部校验完毕后,机器曾经断电重启过,即便校验球也没有被移动过,在进行新的测头组件校验时,一律视同校验球已被移动,因为,断电或多或少使机器存在一定的零点漂移误差。
所以,对于此种情况,仍需选择当前使用测针的一个,在新位置校验球上进行再标定,待T1测针标定完毕后,才可更换新的测头组件进行测头的后续校验步骤。
3、五方向测头的校验技巧
五方向测头与星形测头的校验方法很相似。
只是五方向测头并不像星形测头那样都要配齐所有测针。
所以,有的指向允许空连接。
这就要求在测针的配置操作上要掌握一定的技巧,以便组配的测针也能像星形测头那样测针号是固定的,并与空连接号相对应,方便测针的正确调用。
具体操作方法如下:
(1)、A0B0位置的测针五个方向一定都要全部添加齐(允许不同规格,但不要空连接),即便实际上并没有安装上测针;
(2)、当全部测针都设置好后再根据需要删除多余的测针,以确保测针号与空连接号相同;
(3)、完成上述操作后便可按常规进行测头校验或进行“添加角”的操作。
第四章工件的定位装夹及几何特征的测量
4.1工件在装夹中定位
1.定位基准:
确定工件在夹具中位置的基准,即与夹具定位元件接触的工件上的点、线、面。
当接触的工件上的点、线、面为回转面、对称面时,称回转面、对称面为定位基面,其回转面、对称面的中心线称定位基准。
由工艺人员确定,是工序图上标“”所示的基准。
(1).六点定位原理
一个物体在空间可以有六个独立的运动,在直角座标系中分别为3个平移运动和3个转动。
习惯上,把上述6个独立运动称作六个自由度。
一个物体在空间可以有六个独立的运动,若采用6个按一定规则布置的约束点,就可以限制工件的6个自由度,实现完全定位,称为六点定位原理。
(2).工件的实际定位
定位元件的种类:
支承钉;支承板,长销,短销,长V形块,短V形块,长定位套,短定位套,固定锥销,浮动锥销等。
注意:
定位元件所限制的自由度与其大小、长度、数量及其组合有关
长短关系、大小关系、数量关系、组合关系
(3).完全定位和不完全定位
根据工件加工面的位置度(包括位置尺寸)要求,需要6个根据工件加工面的位置度(包括位置尺寸)要求自由度全部被限制的定位,称作完全定位。
根据工
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