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南昌航空大學科技學院學士學位論文 畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目：三坐標測量機的機械結構設計及應用 專 業(yè) 名 稱 ： 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號 ： 078105225 學 生 姓 名 ： 邱志慶 指 導 教 師 ： 賀紅林 填 表 日 期 2011 年 6 月 1 日 南昌航空大學科技學院學生畢業(yè)設計開題報告 一、 選題的依據 1、合理的測量精度 坐標測量機是檢測工件尺寸與形位誤差的儀器，首要的是精度指標應滿足用戶要求。選用時，一般可根據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精度值。但在具體測件時需要將被測參數的測量不確定度限制在一定范圍內。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。因此從經驗出發(fā)，在一般測量中，測量不確定度應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不大于3um～5um。對于精密測量及復雜的形位測量要求還高，一般應為被測尺寸公差帶的1/10～1/5。重要的是重復精度必須滿足要求，因為系統誤差還可以通過一定方法補償，而重復精度應由測量機本身保證。 總之，用戶應選用精度（包括重復精度）高一些的測量機。這不僅由于測量復雜件時，測點可能帶入的誤差比預想的要大（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。因為在測量范圍內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，應根據工件大小選擇測量機。 （2）、Z軸與Z向空間高度的關系。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，應根據檢測對象的批量大小、自動化程度、操作人員技術水平及資金投入大小去權衡。當然CNC測量機水平高、測速快，但測量的準備時間長、技術要求高、資金投入大。故應從經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 對復雜的測量對象進行測量，測量機應有豐富的測量軟件支持，以完成測量任務。如缺少某些軟件，可根據被測對象向生產廠家索取。如果廠方提供了編程方法（多數廠家不提供），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，又與自動化生產的要求密切相關。用于生產線或柔性加工線上的測量機，檢測的時間必須滿足生產節(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、滿意的經濟效益 作為檢測儀器，測量機的經濟效益是投資購買的一項重要指標。雖然它不像生產機床那樣便于計算，也不如機床那樣可以較快地收回成本并創(chuàng)造效益，但作為保證生產質量的手段和環(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及輔助材料和設備等雜費Q，即測量總費用。 M=T（K+G）+Q 測量機效益的關鍵在于使用時間T。因此在考慮測量機資金的投入時，關鍵在于了解它的使用效率。如果使用效率高，則經濟效益亦高。如果使用效率不很高，而又易于在當地解決測量問題，則應委托或協作檢測。只付檢測費，比購置一臺測量機更經濟。當然有的場所，測量對象極為精密，不適宜搬動，有的系軍工保密件等，此時配置一臺坐標測量機具有特殊性，也是必須的。 二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢 從60年代初發(fā)明到現在，三坐標測量機（CMM）在制造業(yè)得到世界范圍廣泛應用，成為3D檢測工業(yè)標準設備。三坐標測量技術得到迅速發(fā)展，而配套檢測軟件的發(fā)展，更是突飛猛進。最早的三坐標測量機只能顯示XYZ坐標，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鍵所在。CMM測量軟件發(fā)展趨勢，對于傳統的三坐標測量機檢測來說，通常是設計部門提供二維圖紙，檢驗部門根據圖紙對工件進行尺寸及形位公差的檢測。隨著三維CAD軟件的應用，越來越多的技術部門使用三維CAD建模技術進行設計。因此，各坐標機廠家紛紛推出了基于三維CAD技術的測量軟件，直接將客戶設計好的三維CAD模型導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。基于CAD的測量成為目前三坐標測量軟件的發(fā)展熱點。 隨著現代科學技術的飛速發(fā)展和對測量方法的深入研究，在機電行業(yè)中人們對三維坐標測量技術的要求也越來越高。物體的三維輪廓以及形位測量已被廣泛應用于機械制造、航海、航空航天、反求工程等領域。目前物體三維輪廓測量的主要方法有導軌式三坐標機的高精度接觸測量、激光點掃描和激光線掃描式三坐標輪廓測量、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，三坐標機主要有兩種:導軌式三坐標測量機和無導軌式三坐標儀，無導軌式三坐標測量儀在國內尚無同類產品問世。三坐標測量機的多功能測量臺是一種高精度測量臺。可同時裝夾兩只測量表或傳感器對工件進行多參數測量。三坐標測量機廣泛的應用于機械零件加工，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備，在設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，從而保證了在現場、在模具制造和仿型、在部件檢測和設計室里都可以方便的使用。特點： 1、 X軸移動方向的導軌采用天然花崗巖，并配備進口雙直線導軌，三軸位移傳感器采用進口金屬反射光柵和讀數頭，結合空間誤差修正技術，使用中處處體現高精度的3D測量。 2、 配件萬向電子測頭，并通過各種測頭配件，既可以對遠程和深孔進行數據采點，也能完成中、小型零部件的測量 3、 本測量儀具有方便的現場自校定功能，用戶可根據實際情況進行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測量數據的真實可靠。 三、 研究內容及實驗方案 目標：采用單臂實現三個方向的動作。 研究內容： 單臂實現三維測量，其中涉及的各種器件的選擇原則。 擬解決的關鍵問題： 傳動方式、電動機、傳感器的選擇。 設計方案（須有文字和示意簡圖說明） 一、初步設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，完成三個坐標的動作需選用三個電動機實現 。 三、傳動方式的確定。 四、傳感器的選擇應用。 題目的可行性分析： 現代技術發(fā)展的今天，對產品的質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、主要特色及工作進度 坐標測量機是一種具有很強柔性的尺寸測量設備，CMM在工業(yè)界的應用開始于對棱柱零件的快速、精確測量。但隨著CMM各方面技術的發(fā)展（如回轉工作觸發(fā)式測頭的產生），特別是計算機的CMM的出現，目前，CMM已廣泛應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具有適應性強，功能完善等特點。坐標測量機的出現，不僅提高了檢測設備的水平，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、分析檢測數據和輸出檢測結果的功能，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據進行在線分析，以判別被控件是否合格。同時也可以使用統計技術來確定工藝能力是否滿足，分析誤差等來源。 除了再質量檢測方面使用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，并將測量所得的數據傳到系統中，由CAD/CAM系統對這些數據進行加工處理，建立CAD模型，并進一步生成加工指令來指導加工。 畢 業(yè)設計(論文)工作內容及完成時間： （1）查閱文獻、熟悉相關軟件使用，撰寫開題報告； 2周 （2）相關外文文獻閱讀與翻譯（6000字符以上）； 1周 （3）三坐標測量機總體方案設計； 2周 （4）三坐標測量機傳動系統設計計算； 2周 （5）三坐標測量機總體裝配圖設計； 4周 （6）三坐標測量機零部件工作圖設計； 4周 （7）基于三坐標測量機的異形零件三維建模 1周 （8）畢業(yè)設計說明撰寫 2周 （9）答辯準備及畢業(yè)答辯 1周 五、 參考文獻 1　 成大先 《機械設計手冊》 。北京：化學工業(yè)出版社。 1997 2　 東北重型機械學院等，《機床夾具設計手冊》。上海：上?？茖W技術出版社，1998 3　 王啟平 《機械制造工藝學》。第三版 ，黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1994 4　 徐立華 《機械制造工程學》 。北京：兵器工業(yè)出版社， 1997 5　 程耀東 《機械制造學》 北京：中央廣播電視大學出版社，1994 6　 韓秋時 《機械制造技術基礎》 ，武漢：華中理工大學出版社，1999 7　 凌振邦 《機械制造工程基礎》 ，北京：輕工業(yè)出版社，1988 8　 盧秉恒 《機械制造技術基礎》 ，北京：機械工業(yè)出版社，1999 9　 朱正心 《機械制造技術》， 北京：機械工業(yè)出版社，1999 10　 熾盛等 《機械制造工程學》 ，廣州：華南理工大學出版社，1997