一款移動(dòng)橋式三坐標(biāo)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要三坐標(biāo)裝置在如今的生產(chǎn)加工中，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，常見的就有三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光切割機(jī)、數(shù)控銑床等。顯然三坐標(biāo)結(jié)構(gòu)裝置已經(jīng)擁有了成熟的技術(shù)和廣闊的市場(chǎng)，但是這些裝置始終用途過于單一，不能在一個(gè)三坐標(biāo)裝置下分別完成兩種及兩種以上的工件加工。本課題針對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和激光切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)三坐標(biāo)裝置下完成測(cè)量和雕刻為目標(biāo)，綜合分析了多種裝置框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款移動(dòng)橋式三坐標(biāo)裝置。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)需求，分別設(shè)計(jì)了適合該結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)，包括滾珠絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)和二合一工作平臺(tái)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其中，滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、滾珠絲杠、軸承、導(dǎo)軌等部件組成，它的工作過程是由電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠傳遞動(dòng)力，通過絲杠螺母使滑塊在導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。二合一工作平臺(tái)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)解決了平臺(tái)轉(zhuǎn)換過程費(fèi)力、費(fèi)時(shí)的問題，該傳動(dòng)系統(tǒng)利用了電機(jī)、聯(lián)軸器、錐齒輪、梯形絲杠、軸承等部件，其工作原理是電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向，再由梯形絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，給予平臺(tái)足夠的空間位置完成翻轉(zhuǎn)。通過本課題的研究設(shè)計(jì)使三坐標(biāo)裝置用途單一以及工作平臺(tái)轉(zhuǎn)換的自動(dòng)化程度等問題得到了改善。關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量；激光切割；二合一工作平臺(tái)目錄摘要 第1章緒論1.1課題研究的背景及意義1.1.1研究背景三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，是指市面上在三維空間范圍內(nèi)，能夠通過測(cè)量工件得到其表面所有點(diǎn)的三維坐標(biāo)的儀器設(shè)備[1]。該儀器設(shè)備的測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括定位精度測(cè)量、幾何精度測(cè)量及輪廓精度測(cè)量等，當(dāng)前該儀器設(shè)備主要應(yīng)用于各領(lǐng)域的機(jī)械零部件的加工制造中[2]。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x工作過程是：將被測(cè)工件放置在測(cè)量機(jī)的測(cè)量范圍內(nèi)，得到該工件表面所有點(diǎn)在X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸上坐標(biāo)值，將這些坐標(biāo)值輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算過程，最后得到該工件的形狀、位置公差等幾何數(shù)據(jù)[3]。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x在工件測(cè)量方面已經(jīng)十分成熟，但是在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中，加工設(shè)備都在追求單用途向多用途的優(yōu)化設(shè)計(jì)。除三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x以外，市面上還存在著許多利用三維空間坐標(biāo)進(jìn)行加工工作的裝置，比如：激光雕刻機(jī)、三坐標(biāo)數(shù)控銑床、三坐標(biāo)打印機(jī)等。針對(duì)這些單用途裝置在加工過程中用途單一，實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)裝置多種用途相融合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。1.1.2課題意義解決目前三坐標(biāo)裝置用途單一、分散的問題，該多用途三坐標(biāo)裝置可以實(shí)現(xiàn)工件測(cè)量、雕刻加工、誤差分析等。在加工前可以對(duì)工件進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并通過三坐標(biāo)測(cè)量得到工件尺寸數(shù)據(jù)；可根據(jù)系統(tǒng)已有的加工方案，對(duì)被加工工件進(jìn)行三坐標(biāo)雕刻加工，得到所需工件成品。現(xiàn)在的科技技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、效率、性能等有了更嚴(yán)格的要求。實(shí)現(xiàn)設(shè)備的單用途向多用途的優(yōu)化，已經(jīng)成為各類裝置研究設(shè)計(jì)的主線。多用途裝置的實(shí)現(xiàn)可以節(jié)約購(gòu)買裝置的成本，提高工作效率等；還能運(yùn)用到少批量加工、單個(gè)工件加工、教學(xué)實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐工作之中。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀日本三豐（Mitutoyo）開發(fā)了一款“LEGEX系列三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x”（如圖1.1），該設(shè)備能夠達(dá)到超高的性能要求，科學(xué)利用高強(qiáng)度導(dǎo)軌上固定橋式結(jié)構(gòu)與氣浮軸承的功能，確保工作過程的穩(wěn)定性和最終結(jié)果的精度[4]。設(shè)備的檢測(cè)裝置中所使用的超高精度玻璃光柵尺，能夠排除許多測(cè)量過程中可能導(dǎo)致測(cè)量誤差的因素和極大限度降低影響[5]。該裝置為了能夠測(cè)量較為復(fù)雜的、尺寸精度較高的中、小型工件，提供了繁多的測(cè)量頭選擇，比如：接觸觸發(fā)式測(cè)頭、激光掃描測(cè)頭、視像測(cè)量測(cè)頭等[6]。由于該儀器設(shè)備多種測(cè)量頭選件的運(yùn)用使測(cè)量方式更加多樣化，精密的氣浮導(dǎo)軌系統(tǒng)也使得設(shè)備測(cè)量更加穩(wěn)定、可靠和精確。圖1.1LEGEX776三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x德國(guó)蔡司（Zeiss）開發(fā)了“ACCURA三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)”（如圖1.2），該設(shè)備在結(jié)構(gòu)上采用了單邊橋式結(jié)構(gòu)，不僅使得設(shè)備的運(yùn)動(dòng)性能得到了提高，而且增強(qiáng)了設(shè)備的穩(wěn)定性。三個(gè)軸上的導(dǎo)軌系統(tǒng)均使用了空氣軸承，減少了導(dǎo)軌的磨損量，不僅提高了設(shè)備測(cè)量速度，還降低了操作成本[7]。選擇光柵尺時(shí)，考察許多了與導(dǎo)軌材料花崗巖膨脹系數(shù)較接近的類型，最后選擇了自粘開放式金屬光柵尺，極大的提高了設(shè)備穩(wěn)定性[8]。全新的材料選擇使溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到了最低，模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也使用戶在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的使用。圖1.2ACCURA三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)東京精密設(shè)備（上海）有限公司（Accretech），其代表作品“SVFNEX系列三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)”（如圖1.3），該設(shè)備考慮溫度對(duì)于測(cè)量精度的影響，設(shè)計(jì)了可根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行精度更正溫度補(bǔ)償?shù)难b置[9]。其AI智能識(shí)別系統(tǒng)可以智能識(shí)別測(cè)量形狀，大大簡(jiǎn)化了操作者輸入的工作量，使初學(xué)者也能方便的操作。在結(jié)構(gòu)上該設(shè)備沒有特別的創(chuàng)新點(diǎn)，主要依靠系統(tǒng)的提升保證了測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度；它對(duì)于溫度的誤差考慮，可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選材提供重要思路。圖1.3SVFNEX系列三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀楊曉禮在論文《激光雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)的研究》中，詳細(xì)講述了雕刻機(jī)的雕刻頭和工件是如何實(shí)現(xiàn)其X、Y、Z三軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)得。其中Z軸方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使用的是絲桿傳動(dòng)完成得，X、Y兩個(gè)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則選擇了同步帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)加工目的。Z軸上的工作頭通過連接板與絲桿的連接，使其可以在導(dǎo)軌上平穩(wěn)的進(jìn)行Z方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)后，絲杠開始傳動(dòng)從而帶動(dòng)工作頭在導(dǎo)軌上直線移動(dòng)。Y軸方向的傳動(dòng)主要依靠?jī)筛鵜方向?qū)к?，工作頭及其相關(guān)部件安裝在橫梁上實(shí)現(xiàn)工作頭的Y方向的移動(dòng)。X軸方向的運(yùn)動(dòng)通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)同步帶運(yùn)動(dòng)，使主軸可以在導(dǎo)軌上進(jìn)行X方向的直線運(yùn)動(dòng)[10]。該文章對(duì)于雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行了具體的分析論述，根據(jù)不同軸的工作特點(diǎn)進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇，使得各軸運(yùn)動(dòng)連貫、精準(zhǔn)（如圖1.4）。圖1.4雕刻機(jī)X、Y方向結(jié)構(gòu)示意圖我國(guó)公開專利——CN211796973U一種義齒立體雕刻機(jī)，包括：本體、加工支架行走裝置、萬(wàn)向加工支架、刀架行走裝置、雕刻裝置、控制端等。所述裝置的本體兩側(cè)均設(shè)有側(cè)板，控制端設(shè)在本體的左側(cè)側(cè)板上，加工支架行走裝置固定在本體右側(cè)的側(cè)板上。加工支架行走裝置上安裝有萬(wàn)向加工支架，加工支架可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的移動(dòng)；位于支架上方的刀架裝置，通過絲杠結(jié)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)[11]。加工支架和刀架裝置的移動(dòng)系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使得該義齒立體雕刻機(jī)可以完成雕刻加工的高精度、高效率和義齒的復(fù)雜形狀加工等任務(wù)。該專利為雕刻加工提供了加工支架裝置和刀架行走裝置的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多方位加工、復(fù)雜形狀加工、高效率加工等，且能夠滿足雕刻加工的現(xiàn)實(shí)需要。圖5義齒立體雕刻機(jī)的總體結(jié)構(gòu)梁宇在其論文《三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及誤差理論研究》中對(duì)測(cè)量機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)工作時(shí)的結(jié)構(gòu)變形，負(fù)載大小結(jié)構(gòu)變形等因素引起的誤差進(jìn)行了研究[12]。該文章詳細(xì)介紹了氣浮導(dǎo)軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并分析了氣浮導(dǎo)軌系統(tǒng)對(duì)于測(cè)量精度的影響；還提到了測(cè)量機(jī)工作臺(tái)的工作要求和工作臺(tái)移動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；在傳動(dòng)裝置上選擇的是滾珠絲桿傳動(dòng)，滾珠絲桿屬于精密傳動(dòng)元件，符合測(cè)量機(jī)精準(zhǔn)測(cè)量的要求[13]。該文章對(duì)測(cè)量機(jī)主要結(jié)構(gòu)的選擇上要求精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)和平衡性好，故在對(duì)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析后，還設(shè)計(jì)了一系列平衡系統(tǒng)，保證后續(xù)使用過程中出現(xiàn)磨損等情況時(shí)能夠進(jìn)行裝置的自我修正。陳洪波在論文《三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真》中，對(duì)測(cè)量機(jī)所用的靜壓氣浮導(dǎo)軌進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)計(jì)算等研究，利用經(jīng)典力學(xué)的理論知識(shí)，分別從靜壓氣浮導(dǎo)軌的壓力、摩擦力和運(yùn)動(dòng)速度等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算的分析[14]。該文章立足于相關(guān)理論知識(shí)的探討，用強(qiáng)有力的證明過程得出了靜壓氣浮導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)阻尼小、穩(wěn)定性強(qiáng)等的結(jié)論，這一重要研究結(jié)果對(duì)于解決測(cè)量機(jī)測(cè)量精度問題具有重要意義。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在一定程度上決定了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，根據(jù)不同的被測(cè)量件形狀大小、類型、需要測(cè)量的數(shù)據(jù)等，都有不同的總體結(jié)構(gòu)布局。為了確保和提高三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精準(zhǔn)度，導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)主要采用氣浮導(dǎo)軌，氣浮導(dǎo)軌中氣浮軸承的設(shè)計(jì)和氣浮墊的布局、安裝是氣浮導(dǎo)軌的關(guān)鍵所在[15]。測(cè)量過程中受到外界和電機(jī)的影響，存在一定的振動(dòng)沖擊，減振裝置也是必不可少的主要結(jié)構(gòu)之一，減振結(jié)構(gòu)大多數(shù)考慮多層減振裝置共同作用，達(dá)到更好的減振效果。激光切割機(jī)的出現(xiàn)解決了一些平面上切割和雕刻的效率問題和標(biāo)準(zhǔn)化問題。切割機(jī)工作時(shí)不同的運(yùn)動(dòng)方向需要不同的聯(lián)動(dòng)軸，激光切割機(jī)是通過控制X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)，從而完成加工切割任務(wù)。激光切割能夠完成這樣的加工任務(wù)，在于傳動(dòng)系統(tǒng)推動(dòng)工作軸實(shí)時(shí)完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，只有精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)給定的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的情況下才能完成切割任務(wù)，否則無(wú)法完成對(duì)產(chǎn)品的加工需求。因此對(duì)于各個(gè)軸需要設(shè)計(jì)不同的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，讓X、Y、Z三個(gè)軸都能夠?qū)崿F(xiàn)自己獨(dú)立的軸向移動(dòng)以及同其他軸的聯(lián)動(dòng)。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和激光切割機(jī)均可通過控制X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成數(shù)據(jù)測(cè)量和加工任務(wù)。他們的X、Y、Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)和工作頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)有著密切聯(lián)系，可以將兩種不同用途的三坐標(biāo)裝置結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)一種多用途的三坐標(biāo)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以完成三坐標(biāo)工作條件下的工件尺寸測(cè)量、工件激光切割等任務(wù)。1.3課題設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容1.3.1課題設(shè)計(jì)要求繪制產(chǎn)品模型圖以及二維圖紙時(shí)要符合結(jié)構(gòu)圖紙的嚴(yán)謹(jǐn)性與條理性；設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品要符合機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理；裝置在滿足產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)性的基礎(chǔ)之上，完成產(chǎn)品多種用途的結(jié)合，并且解決產(chǎn)品的用途融合中遇到的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。在設(shè)計(jì)某個(gè)部件時(shí)，首先，確定該部件的大概形狀尺寸；然后，根據(jù)該部件需要實(shí)現(xiàn)的功能，以及與下一個(gè)部件的結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)出該部件的細(xì)節(jié)特征。1.3.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容針對(duì)目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，從中找到它們的共同點(diǎn)。由此，將通過在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加入激光切割機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多用途式的一體裝置。為了達(dá)到多用途功能的實(shí)現(xiàn)，本課題裝置設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：通過了解裝置的功能結(jié)構(gòu)要求，從中進(jìn)一步掌握主要零件的工作原理；將自己的方案構(gòu)思實(shí)體化，查閱教材和相關(guān)學(xué)習(xí)資料，先對(duì)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；在重要零部件參數(shù)大體成形的基礎(chǔ)上，并開展其他附屬零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模，同時(shí)不斷的對(duì)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)的參數(shù)調(diào)整；最后，繪制主要零部件的二維圖紙和裝配圖，以及相關(guān)動(dòng)畫仿真。

第2章整體方案設(shè)計(jì)本課題的首要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)裝置的多用途，通過對(duì)于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和激光切割機(jī)的初步認(rèn)識(shí)。對(duì)課題的設(shè)計(jì)進(jìn)行了以下分析：首先，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和激光切割機(jī)，在工作時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)基本相同，故兩種功能的實(shí)現(xiàn)可以在同一個(gè)機(jī)架上完成；其次，兩者工作頭的運(yùn)動(dòng)方式相同，為實(shí)現(xiàn)不同功能的切換，采用了傳統(tǒng)的方式更換工作頭；最后，考慮兩種工況下工作平面的要求不同，對(duì)兩種工作平面進(jìn)行二合一的設(shè)計(jì)，并且為節(jié)省人力資源以及實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化，設(shè)計(jì)了二合一工作平面翻轉(zhuǎn)裝置。2.1三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x框架結(jié)構(gòu)分析2.1.1單邊橋式單邊橋式結(jié)構(gòu)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)如圖2.1所示，目前，單邊橋結(jié)構(gòu)的測(cè)量?jī)x主要是為了解決工業(yè)上大型尺寸的工件測(cè)量而設(shè)計(jì)的。單邊橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠讓機(jī)構(gòu)在工作時(shí)保持一定的穩(wěn)定性，同時(shí)還能保持良好的動(dòng)態(tài)性。目前，主要運(yùn)用于汽車制造行業(yè)、一些大型模具制造行業(yè)、以及大型尺寸的精密儀器零部件的測(cè)量，單邊橋式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可以概括為如下幾點(diǎn)[16]：相對(duì)于部分較大型的工作平面，它主要采用的材質(zhì)是花崗巖，增加平面的剛性；對(duì)于Y軸方向的承載，它的主導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)是利用高架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件的慣性有一定的減少作用；單邊橋的設(shè)計(jì)使得整個(gè)工作平面在實(shí)際工作時(shí)擁有開闊的空間，在放置工件時(shí)，有明顯的空間優(yōu)勢(shì)，在工件裝載時(shí)，更加簡(jiǎn)單、快捷、方便，使得被測(cè)產(chǎn)品在靠近測(cè)量中心時(shí)更容易；由于一邊沒有設(shè)置導(dǎo)軌，所以在主導(dǎo)軌方向更容易作加長(zhǎng)設(shè)計(jì)，通過這樣的設(shè)計(jì)不僅增大了測(cè)量跨距，保證了更好的運(yùn)動(dòng)特性以及測(cè)量精度，而且使得主導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度得到進(jìn)一步提高。圖2.1單邊橋式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x2.1.2龍門式龍門式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，龍門式結(jié)構(gòu)也稱作雙邊高架型結(jié)構(gòu)，是一種高精度的幾何測(cè)量?jī)x器，并且它能在工業(yè)上完成多種測(cè)量任務(wù)，例如：測(cè)量零部件的形狀誤差、位置誤差等。這種結(jié)構(gòu)的測(cè)量?jī)x，目前，主要運(yùn)用于機(jī)械行業(yè)中測(cè)量大、中型的零件，一般在計(jì)量室和一些生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用，包含汽車行業(yè)、航空航天行業(yè)、兵器制造行業(yè)以及一些工裝模具的測(cè)量。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以概括如下[17]：由于龍門式整體裝置的結(jié)構(gòu)尺寸偏大，剛度要求較大，導(dǎo)軌材料通常采用花崗巖材料，使得它能夠達(dá)到較高剛度，滿足較強(qiáng)承載能力。同時(shí)花崗巖的自身特性，使得它能適應(yīng)一些溫度變化較大的工作環(huán)境，增強(qiáng)了測(cè)量?jī)x的工作環(huán)境適應(yīng)能力；主導(dǎo)軌采用的是雙邊高架結(jié)構(gòu)，在工作時(shí)，兩邊能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)，使得工作過程中，發(fā)生的偏擺較小，確保了移動(dòng)過程中的穩(wěn)定性；X軸與Z軸方向一般采用內(nèi)部由鋼絲組成的同步帶，這樣即達(dá)到了兩軸同步要求的精度，又能獲得較好剛性與良好柔性的完美結(jié)合；但由于測(cè)量尺寸較大，同時(shí)導(dǎo)軌相對(duì)其他結(jié)構(gòu)更長(zhǎng)，故占地空間也就更大。圖2.2龍門式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x2.1.3水平臂式水平臂式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，可以看出，測(cè)量?jī)x的橫向移動(dòng)主要依靠類似懸臂梁的結(jié)構(gòu)完成的，這類結(jié)構(gòu)通常是安裝在室內(nèi)工廠的地面上，在目前的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，是運(yùn)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)制造過程中，主要是提供加工途中質(zhì)量檢測(cè)的必要數(shù)據(jù)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以概括為以下幾點(diǎn)[18]：根據(jù)圖中所示，在工作時(shí)，主要由水平臂的伸展進(jìn)行測(cè)量，并且由于水平臂尺寸偏向于細(xì)長(zhǎng)形，使得該結(jié)構(gòu)較為緊湊，而且它沒有其他多余的橋架結(jié)構(gòu)，故它的測(cè)量空間也足夠的寬闊；水平臂式結(jié)構(gòu)的靈活性較強(qiáng)，水平臂在工作時(shí)，工作探頭在工作空間內(nèi)基本上可以實(shí)現(xiàn)360度的全方位測(cè)量；水平臂能夠伸出、收回，測(cè)量機(jī)的工作空間基本上是全敞開式，使得工件能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)方向的上、下料和工件裝夾，適用范圍十分廣泛，在車身的檢測(cè)生產(chǎn)線上隨處可見它的身影；它的傳動(dòng)裝置一般采用直線導(dǎo)軌和齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)，保證了移動(dòng)時(shí)既平穩(wěn)又無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。圖2.3水平臂式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x2.1.4移動(dòng)橋式移動(dòng)橋式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x如圖2.4所示，它在結(jié)構(gòu)上與單邊橋式有相似之處，在用途上又跟龍門式有些許相同。移動(dòng)橋式測(cè)量?jī)x主要用于測(cè)量中小型的機(jī)械部件，能夠測(cè)量部件的形狀誤差和位置誤差；廣泛運(yùn)用于汽車行業(yè)、航空航天行業(yè)、模具以及電子電器行業(yè)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)概括如下[19]：本身測(cè)量范圍不大，主體結(jié)構(gòu)比較緊湊，整體結(jié)構(gòu)的剛性相對(duì)單邊橋式更為突出；導(dǎo)軌主要使用空氣導(dǎo)軌和空氣軸承等結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)軌基本都是整體式；結(jié)構(gòu)材料通常使用鋁合金等金屬材料作為整體框架，在同等剛度的條件下，不僅減輕了設(shè)備重量，而且使工作頭在工作過程中更加平穩(wěn)。圖2.4移動(dòng)橋式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x2.2框架結(jié)構(gòu)的確定本課題的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基礎(chǔ)之上，加入激光切割機(jī)的功能，并且主要是針對(duì)單個(gè)零件或少批量生產(chǎn)。在選擇三坐標(biāo)結(jié)構(gòu)框架時(shí)，在考慮適用范圍的前提條件下，也要清楚激光切割機(jī)的基本框架的結(jié)構(gòu)組成。激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.5所示，通過直觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的方式，可以暫時(shí)排除水平臂式結(jié)構(gòu)。分析切割機(jī)的移動(dòng)方式，激光切割機(jī)在水平方向上的移動(dòng)，主要是依靠機(jī)床上的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)協(xié)同完成，并通過伺服電機(jī)系統(tǒng)控制水平方向的移動(dòng)；進(jìn)一步研究激光切割機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)原理，可以排除單邊橋式結(jié)構(gòu)。最后，雖然它的整體結(jié)構(gòu)與龍門式和移動(dòng)橋式結(jié)構(gòu)都存在幾分相似，但從使用角度出發(fā)，可以看出龍門式結(jié)構(gòu)，通常是用于中大型的零部件測(cè)量機(jī)使用的結(jié)構(gòu)，而移動(dòng)橋式則主要是針對(duì)于中小型。綜合以上不同情況的分析，本課題結(jié)構(gòu)選擇采用移動(dòng)橋架式，原因如下：移動(dòng)橋架式結(jié)構(gòu)和切割機(jī)移動(dòng)的工作原理更為相似；結(jié)構(gòu)上相對(duì)更加緊湊，對(duì)工作空間需求相對(duì)較小；在結(jié)構(gòu)材料方面，移動(dòng)橋式的實(shí)用性更強(qiáng)，可以使用金屬合金作為整個(gè)裝置的材料；采用測(cè)量范圍較小的結(jié)構(gòu)，使得后續(xù)二合一工作平面轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)更容易。圖2.5激光切割機(jī)2.3傳動(dòng)方案的選擇2.3.1滾珠絲杠由于滾珠絲杠可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換，通常它的工作狀態(tài)又比較理想，。常用于較為精密的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中。滾珠絲杠根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中滾珠與絲杠的接觸情況，分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種方式；其中，外循環(huán)就是在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，內(nèi)部的滾珠會(huì)暫時(shí)性的遠(yuǎn)離絲杠；而內(nèi)循環(huán)在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中則一直保持著與絲杠的密切接觸[20]。當(dāng)滾珠絲杠工作時(shí)，由于滾珠螺母的整體要進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)，而里面的滾珠要沿著絲杠螺紋進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，螺母內(nèi)部的滾珠要進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，所以設(shè)置了循環(huán)槽，使得滾珠在整個(gè)旋轉(zhuǎn)通道里能夠不斷地進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到帶動(dòng)零部件直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的效果[21]。為了防止?jié)L珠從螺母中掉落，循環(huán)通道兩端都需要進(jìn)行密封處理。外循環(huán)結(jié)構(gòu)如圖2.6，內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)如圖2.5，根據(jù)兩個(gè)原理圖的對(duì)比，能夠看出兩者循環(huán)通道的不同，同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)兩種方式在使用效果上基本沒有太大的差距。對(duì)于滾珠絲杠的傳動(dòng)還有如下一些特點(diǎn)：滾珠絲杠副內(nèi)部有許多滾珠在進(jìn)行著滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從傳動(dòng)效率上來(lái)說它能夠高達(dá)百分之九十六左右，在傳動(dòng)件中傳動(dòng)效率較高，因內(nèi)部做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使得內(nèi)部受到的摩擦力很??；滾珠絲杠的制造精度比較高，因此使用滾珠絲杠的裝置可以得到較高的精度，通常運(yùn)用在精密儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中；與摩擦運(yùn)動(dòng)相比，滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)受到的阻力更小，其運(yùn)動(dòng)過程中的速度自然能夠?qū)崿F(xiàn)更快、更準(zhǔn)確的要求。故在一些需要進(jìn)行高速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、微小進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又需要滿足較高的精度需求的場(chǎng)合，通常考慮使用滾珠絲杠；具有較好的力學(xué)性能，軸向剛度較高，能承受一定的壓力；不具有自鎖性，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的可逆性較好，且具有較好的靈活性。綜合上述幾個(gè)特點(diǎn)，滾珠絲杠可以應(yīng)用于本課題傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要用于水平方向上工作頭的移動(dòng)，工作頭在工作時(shí)需要傳動(dòng)件具有穩(wěn)定性、靈活性、較好力學(xué)性能、自身阻力小等優(yōu)勢(shì)，確保工作頭在測(cè)量和切割時(shí)都能夠達(dá)到所需的精度要求。圖2.6外循環(huán)式1.滾珠循環(huán)外通道2.絲杠圖2.7內(nèi)循環(huán)式2.3.2梯形絲杠梯形絲杠的組成相對(duì)于滾珠絲杠的組成較為簡(jiǎn)單，如圖2.8，它主要是由梯形螺桿和螺母通過螺旋配合所組成。它不僅在結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單，在安裝上也更加方便、簡(jiǎn)單，但是能夠達(dá)到的精度要求遠(yuǎn)沒有滾珠絲杠的精度要求高。它主要依靠絲杠和螺母的相對(duì)滑動(dòng)和螺紋的自鎖性，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)和自鎖，通常是產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦；與滾珠絲杠一樣，可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換也是可逆的[22]。梯形絲杠的特點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：梯形絲杠結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制造成本上相對(duì)較低，無(wú)法達(dá)到較高精度；安裝過程方便、簡(jiǎn)單，后期的維護(hù)工作也更加方便、快捷；可達(dá)到通常傳動(dòng)功率的需求，可用于有一定受力情況下的傳動(dòng)，具有良好剛性；具有自鎖性，在傳動(dòng)過程中，不易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。綜上所述，梯形絲杠適用于精度要求較低、要求拆裝便捷、需要自鎖性等的場(chǎng)合，本課題中二合一平面轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以考慮選用梯形絲桿。它不僅具有自鎖性和一定承載能力，而且成本低、拆裝便捷。圖2.8梯形絲杠第3章總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及簡(jiǎn)圖本課題的主要設(shè)計(jì)任務(wù)是將三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要致力于實(shí)現(xiàn)同一三坐標(biāo)裝置下完成測(cè)量和雕刻任務(wù)。深入了解三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和激光切割機(jī)后，確定了總體結(jié)構(gòu)的主要部件，包括步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)、二合一工作面、梯形絲杠、錐齒輪組、可更換測(cè)量頭等零部件。工作平面裝換裝置設(shè)計(jì)原理：步進(jìn)電機(jī)為工作平面轉(zhuǎn)換功能提供源動(dòng)力，它的輸出軸連接著錐齒輪組，利用錐齒輪組的減速和換向功能，將動(dòng)力輸送到梯形絲杠，并帶動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；通過絲杠與絲杠螺紋的相互配合，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二合一工作平面的上下運(yùn)動(dòng)以及工作位置的調(diào)整。滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)測(cè)量頭的水平方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：（圖3.1）圖3.1裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)2.梯形絲杠3.移動(dòng)橋架4.工作頭5.二合一工作面6.步進(jìn)電機(jī)3.2步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)選擇3.2.1步進(jìn)電機(jī)的容量要求步進(jìn)電機(jī)中的保持轉(zhuǎn)矩，相當(dāng)于普通電機(jī)的功率，但是兩者的實(shí)際結(jié)構(gòu)卻存在著本質(zhì)區(qū)別。步進(jìn)電機(jī)的對(duì)外輸出功率是可以根據(jù)工況發(fā)生變化的，可以先確定裝置運(yùn)行所需轉(zhuǎn)矩的范圍，再選擇步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)[23]。比如：如果需求扭力數(shù)據(jù)是小于0.8N·m的，一般情況下，電機(jī)機(jī)身的尺寸小于42mm，所以可以選取35mm、28mm等尺寸型號(hào)的電機(jī)。此外，還要考慮轉(zhuǎn)速、頻率，步距角等重要參數(shù)，如果這些數(shù)據(jù)不滿足使用需求，將會(huì)降低設(shè)備的機(jī)械使用效率，無(wú)法有效地完成機(jī)械運(yùn)行任務(wù)。有可能會(huì)發(fā)生過載現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的損壞，進(jìn)而引起設(shè)備故障等。3.2.2選取原則電機(jī)內(nèi)部是由若干線圈組成的，所以無(wú)法避免的會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，在選取相關(guān)參數(shù)的過程中，要確保電機(jī)在負(fù)載的工作狀態(tài)下，線圈產(chǎn)生的最高溫度始終保持在允許的最大值以下。這樣才能保證電機(jī)在正常工作狀態(tài)下，不會(huì)因?yàn)榫€圈溫度過高而造成設(shè)備故障。能承受部分允許范圍內(nèi)的過載，這種情況與日常中一種常見的現(xiàn)象十分相似。日常家用電器在打開的一瞬間，通過電器的瞬時(shí)電流比較大，如果電器無(wú)法接受這個(gè)電流，在那一瞬間就會(huì)燒壞電器設(shè)備。電機(jī)也是一樣的，特別是剛啟動(dòng)的剎那，通過電機(jī)的瞬時(shí)電流比較大，同時(shí)，由于電機(jī)需要帶動(dòng)后續(xù)設(shè)備運(yùn)作，在那短暫的瞬間，它所要求的瞬時(shí)力矩也相對(duì)較大。所以這就要求，電動(dòng)機(jī)選用的最大轉(zhuǎn)矩以及允許通過的電流，要大于設(shè)備在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)的最大值[24]。3.2.3電機(jī)參數(shù)的確定結(jié)合裝置的整體參數(shù)預(yù)設(shè)分析，本課題裝置結(jié)構(gòu)主要針對(duì)的是小型產(chǎn)品的加工處理。所以在電機(jī)的選取功率上，不宜過大，初步選定電機(jī)的輸出功率P為0.5kw，轉(zhuǎn)速大概在600r/min左右。最終選取的電機(jī)參數(shù)如表1所示：表1電機(jī)參數(shù)型號(hào)步距角電阻電感保持力矩轉(zhuǎn)子慣量引線數(shù)量Y07-59D1-171551.80.602.22.447043.3系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩分配根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的確定，作為減速換向的錐齒輪組部分的減速傳動(dòng)比i=1.5，通過查閱數(shù)據(jù)可知：一般的直齒錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，它的傳遞效率范圍一般在0.94~0.98，在設(shè)計(jì)時(shí)，選用8級(jí)精度，所以它的效率η1=0.96；另外，在線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)，梯形絲杠的傳動(dòng)效率最高可以達(dá)到百分之八十五，我們選取它的效率η2=0.8。QUOTEi1=d大3.3.1轉(zhuǎn)速分配根據(jù)此前電機(jī)型號(hào)的選擇中確定，電機(jī)轉(zhuǎn)速n電=600r/min，電機(jī)的輸出軸直接與主動(dòng)錐齒輪聯(lián)接，從動(dòng)錐齒輪直接與梯形絲杠聯(lián)接，可得出以下數(shù)據(jù)：（1）主動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)速n1：n1=n電=600r/min；（2）從動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)速n2：n2=n1/i=600/1.5r/min=400r/min；（3）梯形絲杠的轉(zhuǎn)速n3：n3=n2=400r/min；3.3.2功率分配（1）電機(jī)輸出功率P電：P電=0.5kw；（2）錐齒輪組輸出功率P1：P1=P電η1=0.5kw0.96=0.48kw；（3）梯形絲杠輸出功率P2：P2=P1η2=0.48kw0.8=0.384kw；3.3.3轉(zhuǎn)矩分配（1）電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T電：T電=9550P電/n電=95500.5/600=7.96N·m；（2）錐齒輪軸上轉(zhuǎn)矩T1：T1=T電=7.96N·m；（3）梯形絲杠輸入轉(zhuǎn)矩T2：T2=T1iη1=7.961.50.96=11.4624N·m；3.4錐齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)將兩個(gè)錐齒輪組的兩個(gè)軸中心呈90度安裝，傳動(dòng)比為i=1.5，工作時(shí)所承受的載荷較穩(wěn)定，普遍進(jìn)行短期往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不計(jì)壽命。該齒輪的主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為600r/min，輸入功率為0.5kw，主動(dòng)小齒輪輪選用40Cr材料，調(diào)質(zhì)處理，選擇硬度260HBS左右；從動(dòng)大齒輪選用42SiMn材料，同樣進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度取230HBS，具體設(shè)計(jì)計(jì)算過程如下[25]。3.4.1根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算（1）齒數(shù)確定及精度等級(jí)設(shè)定小齒輪的齒數(shù)為z1=20，根據(jù)傳動(dòng)比大齒輪的齒數(shù)為：z齒輪精度選擇為8級(jí)精度由此得出：z1=20（2）選取相關(guān)系數(shù)查書上表8-8，使用系數(shù)可選取：K查書上圖8-9，動(dòng)載系數(shù)可選取：K查書上表8-9，齒間載荷分配系數(shù)可選?。篕查書上表8-19，齒向載荷分布系數(shù)可選?。篕（3）載荷系數(shù)根據(jù)書上公式計(jì)算得：K=由此得出：載荷系數(shù)K=1.87（4）轉(zhuǎn)矩T根據(jù)書上公式計(jì)算得：T=9.55×由此得出：轉(zhuǎn)矩T=7958.3N·m（5）彈性系數(shù)查書上表8-11，根據(jù)材質(zhì)選取對(duì)于數(shù)值由此得出：彈性系數(shù)Z（6）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)查書上圖8-16，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z（7）接觸疲勞極限查書上圖8-17c，根據(jù)材料對(duì)應(yīng)的硬度值選取由此得出：σHlim1=171MPa（8）接觸最小安全系數(shù)查書上表8-13，接觸最小安全系數(shù)S（9）接觸壽命系數(shù)根據(jù)結(jié)社設(shè)計(jì)需求壽命得出：Z（10）許用基礎(chǔ)應(yīng)力根據(jù)書上公式8-9得：σσ（11）小齒輪大端分度圓直徑根據(jù)數(shù)據(jù)可以取?Rd==50.37mm由此得出：小齒輪大端分度圓之間初取d（12）驗(yàn)算圓周速度v根據(jù)書上公式計(jì)算如下：dv=由此計(jì)算數(shù)據(jù)，結(jié)合書上表8-6，得出結(jié)論：符合要求（13）驗(yàn)算K根據(jù)結(jié)合書上公式計(jì)算如下：Fb==K由此得出：計(jì)算結(jié)構(gòu)小于100N/mm。與原估計(jì)相同，驗(yàn)算合格。3.4.2確定傳動(dòng)的主要尺寸（1）模數(shù)確定根據(jù)模數(shù)公式計(jì)算如下：m=查書上表8-3可以取m=2.5mm（2）實(shí)際大端分度圓直徑根據(jù)書上分度圓公式d=mz計(jì)算如下：dd由此得出：小齒輪大端分度圓直徑d1=50mm（3）錐頂距根據(jù)書上公式計(jì)算如下：R=由此得出：軸頂距R=45.07mm（4）齒寬根據(jù)書上齒寬計(jì)算公式計(jì)算如下：b=3.4.3齒根疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算（1）當(dāng)量齒數(shù)根據(jù)書上公式計(jì)算如下：zz由此得出兩個(gè)當(dāng)量齒數(shù)：zv1=21.05（2）齒形系數(shù)根據(jù)求出當(dāng)量齒數(shù)，查書上如8-29得出：YFα1=2.88（3）應(yīng)力修正系數(shù)也需要根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)，查書上8-30得出：YSα1=1.6（4）齒間載荷分配系數(shù)由書上表8-9得知：齒間載荷分配系數(shù)K（5）彎曲疲勞極限由書上圖8-23c中得知：彎曲疲勞極限σFlim1=600MPa（6）彎曲最小安全系數(shù)由書上表8-13可知：彎曲最小安全系數(shù)S（7）彎曲壽命系數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)的壽命需求確定：Y（8）尺寸系數(shù)由書上圖8-25可以得出：尺寸系數(shù)?。篩（9）許用彎曲應(yīng)力根據(jù)書上公式計(jì)算如下：σσ（10）驗(yàn)算σ根據(jù)書上公式計(jì)算如下：σ==112.49MPaσ根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示；σF1=112.49MPa<[由此得出：合格錐齒輪三維模型圖如下：圖4.1小齒輪圖4.2大齒輪圖4.3錐齒輪嚙合3.5錐齒輪支承軸的設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，在其旋轉(zhuǎn)中心的部位都有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，作為中間樞紐傳遞動(dòng)力；除了傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)形式之外，更重要的作用是支承，為零部件提供受力點(diǎn)，是機(jī)械設(shè)備中的重要組成部分。齒輪軸的設(shè)計(jì)過程跟其它的齒輪、鏈、帶等的設(shè)計(jì)過程頗有幾分相似，都需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算等。在結(jié)構(gòu)方面，主要有以下幾點(diǎn)要求：齒輪軸上需要與之配合的零部件，需注意部件的相對(duì)安裝位置、定位方式以及部件的制造工藝；合理的結(jié)構(gòu)設(shè)置和尺寸設(shè)計(jì)，若齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能滿足工作需求，將會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行過程，甚至影響生產(chǎn)設(shè)備的使用安全性；盡可能使齒輪軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，避免不必要的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，盡量減少制造加工成本，降低裝配難度等。在參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，軸是否滿足工作要求，一般取決于軸的強(qiáng)度是否達(dá)到所需要求，所以在完成軸的參數(shù)設(shè)計(jì)后，還要對(duì)設(shè)計(jì)的軸進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)度計(jì)算。其目的是防止軸在工作過程中發(fā)生斷裂或者產(chǎn)生塑性變形，保證軸在使用過程中的可靠性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一些比較長(zhǎng)的軸，或者一些剛度需求比較大的軸，這時(shí)候便需要對(duì)軸進(jìn)行剛度計(jì)算。如果剛度要求不達(dá)標(biāo)，在工作過程中，很有可能發(fā)生彈性變形；除此之外，在一些必要情況下，還應(yīng)該附加對(duì)軸的穩(wěn)定性計(jì)算。在此傳動(dòng)過程中，軸所接觸的主要零件是聯(lián)軸器、主動(dòng)錐齒輪、定位套筒以及滾動(dòng)軸承。在軸與齒輪相互配合的軸段上，需要設(shè)置一段軸肩，用于齒輪軸向定位。根據(jù)此前的設(shè)計(jì)計(jì)算和相關(guān)設(shè)計(jì)條件，可知電機(jī)的輸入功率為0.5kw，并通過聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接傳遞動(dòng)力，相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算如下：（1）功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩電機(jī)輸出功率P電：P電=0.5kw；軸的轉(zhuǎn)速n：n=n電=600r/min；錐齒輪軸上轉(zhuǎn)矩T1：T1=T電=7.96N·m；由此得出：功率0.5kw、轉(zhuǎn)速600r/min、轉(zhuǎn)矩7.96N·m（2）錐齒輪受力情況分析結(jié)合此前齒輪設(shè)計(jì)中的計(jì)算結(jié)構(gòu)分析，齒輪在各個(gè)方向上受到的力，可以通過查閱書上的公式，計(jì)算過程結(jié)果如下：圓周力F徑向力F軸向力F由此得出：圓周力為318.4N、徑向力為115.9N、軸向力為338.8N（3）估計(jì)軸的最小直徑結(jié)合工況需求，選取軸的材料，一般選擇采用調(diào)制處理的45鋼，根據(jù)書上的相關(guān)數(shù)據(jù)查表12-3，選取計(jì)算常量A0為110。結(jié)合書上公式12-2計(jì)算過程如下：d由此得出：軸的最小直徑為10.45mm這里計(jì)算出的直徑大小只是設(shè)計(jì)計(jì)算的最小值，并不是軸的實(shí)際尺寸結(jié)構(gòu)，實(shí)際的尺寸還需要在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加。根據(jù)使用要求部分軸段上需要設(shè)置鍵槽，所以直徑同比計(jì)算值還需要增加百分之五，另外考慮到軸和其他部件的配合，使得軸的受力存在微小的變化，計(jì)算得到的直徑值還不能用于實(shí)際工作中。（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸的工作情況和安裝位置，對(duì)錐齒輪傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。首先，軸的兩側(cè)分別有一段長(zhǎng)度為68mm、直徑為13mm的軸段，兩端軸段的基礎(chǔ)尺寸相同，但兩軸段的零部件在配合上存在一定的區(qū)別。左端軸段，首先要與聯(lián)軸器進(jìn)行固定配合，達(dá)到傳遞動(dòng)力的目的，其次是和滾動(dòng)軸承的配合，滾動(dòng)軸承能夠視為短套筒，對(duì)錐齒輪進(jìn)行軸向限位；而右端軸段，沒有與聯(lián)軸器的聯(lián)接，故需要兩個(gè)軸承作為滾動(dòng)支承，其中一個(gè)軸承和聯(lián)軸器位置相同，另一個(gè)則在靠近齒輪處作為軸向限位。其次，是左右兩端分別一段長(zhǎng)度為12mm、直徑為15mm的軸段，并且開有鍵槽，這兩個(gè)軸段是與錐齒輪相配合的軸段，鍵槽的設(shè)置帶動(dòng)錐齒輪與軸保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)，并且具有徑向定位的作用。然后，是左右兩端分別設(shè)計(jì)一段直徑為25mm、長(zhǎng)度為5mm的軸段，作為軸兩端的軸肩，設(shè)置軸肩的主要目的是實(shí)現(xiàn)齒輪在工作過程中的軸線定位，防止發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，所以它的直徑值與其他軸段相比較大。最后，是長(zhǎng)度為520mm、直徑為20mm的軸段，這是一段空軸段，不需要作任何的配合，主要是將左右兩端的軸段連接起來(lái)，在工作時(shí)，進(jìn)行扭矩的傳遞作用。支撐軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.4所示。圖4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（5）強(qiáng)度計(jì)算由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，軸基本上不存在承受重載的情況，其主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩，所以需要進(jìn)行強(qiáng)度的校核計(jì)算。查閱書上表12-3中材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[τT]以及計(jì)算常量。由此可以得出：[τT]的范圍在25~45MPa、A0為110結(jié)合書上公式計(jì)算如下：τ=由此得出：符合強(qiáng)度要求。3.6梯形絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算關(guān)于梯形絲杠的選擇，在強(qiáng)度要求方面，它需要參照兩個(gè)基準(zhǔn)：動(dòng)態(tài)容許扭矩以及動(dòng)態(tài)容許推力，這兩個(gè)參數(shù)分別表示在軸承齒面上，接觸面壓數(shù)值為9.8N/mm2情況下的扭矩和推力。在計(jì)算絲杠所承受的負(fù)荷時(shí)，需要部分固定工作條件下承載物品的重量以及需要的運(yùn)動(dòng)速度；在部分相關(guān)系數(shù)的獲取上，可能會(huì)因?yàn)楣ぷ鳁l件的變化，而存在不確定的系數(shù)。為減小工作誤差和不確定性，對(duì)梯形絲杠螺紋處的材料提出了如下要求：涉及到摩擦滑動(dòng)，并且還要進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以要考慮材料在工作時(shí)，是否有良好的耐磨性和較小的磨損；梯形絲杠屬于桿狀零件，故要求絲杠具有較好的塑性、韌性；作為中間傳動(dòng)部件，不免會(huì)受到外界的外力作用以及機(jī)器本身的外力負(fù)載，所以要具有足夠的抗壓強(qiáng)度、抵抗外力的能力和一定的抗疲勞能力；具有一定的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，可以增加使用壽命。設(shè)計(jì)過程中，假設(shè)整個(gè)測(cè)量平面質(zhì)量控制在5kg以內(nèi)，其中絲杠的精度需求不需要太高，8級(jí)精度即可，采用單條螺紋線，螺紋導(dǎo)程為4mm、螺紋牙型角30度、公稱直徑15mm，壓頂間隙ac=0.25，輸入轉(zhuǎn)矩11.4624N·m，材質(zhì)考慮用無(wú)錫青銅。相關(guān)計(jì)算過程如下[26]：（1）軸向載荷根據(jù)重力相關(guān)公式計(jì)算得：G=mg=5kg×9.8N/kg=49N由此得出：軸向載荷F=G=49N（2）中徑根據(jù)公式計(jì)算如下，外螺紋：d2=d-0.5p=15-0.54=13mm、內(nèi)螺紋：D2=d+2ac=15+20.25=15.5mm由此得出：外螺紋中徑d2=13mm、內(nèi)螺紋中徑D2=15.5mm（3）牙高根據(jù)公式計(jì)算如下，外螺紋：h3=0.5p+ac=0.54+0.25=2.25mm、內(nèi)螺紋：H3=h3=2.25mm由此得出：外螺紋牙高2.25mm、內(nèi)螺紋牙高2.25mm（4）小徑根據(jù)公式計(jì)算如下，外螺紋：d1=d-2h3=15-22.25=10mm、內(nèi)螺紋：D1=d-p=15-2=13mm由此得出：外螺紋小徑10mm、內(nèi)螺紋小徑13mm（5）牙底寬根據(jù)公式計(jì)算如下：t=0.634p=0.6344=2.536由此得出：牙底寬為2.536mm（6）螺紋旋合長(zhǎng)度H根據(jù)公式計(jì)算如下：H=φd2=2.313=29.9由此得出：螺紋旋合長(zhǎng)度29.9（7）螺紋旋合圈數(shù)根據(jù)公式計(jì)算如下：z=H/p=29.9/4=8由此得出：旋合圈數(shù)至少8圈（8）剪切強(qiáng)度條件根據(jù)書上相關(guān)公式計(jì)算如下：F（9）彎曲強(qiáng)度條件3Fh（10）螺桿強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)對(duì)應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算如下：4F=計(jì)算結(jié)構(gòu)＜許用應(yīng)力[σ]。（11）螺紋自鎖根據(jù)條件選取對(duì)應(yīng)的當(dāng)量摩擦系數(shù)u=0.1根據(jù)螺紋自鎖條件公式計(jì)算如下：ψ=梯形螺紋中的牙形斜角取β=15°，根據(jù)公式求當(dāng)量摩擦角計(jì)算如下：ρ=對(duì)于螺旋類傳動(dòng)，要保證自鎖功能的可靠性，應(yīng)取ψ<ρ，在此前的計(jì)算結(jié)果顯示中，正好滿足這一條件，所以，此設(shè)計(jì)梯形螺紋能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。第4章重要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為一套數(shù)字化的自動(dòng)控制設(shè)備，要完成高精度、高效率的機(jī)械傳動(dòng)過程，不可或缺的是精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)零部件的測(cè)量，還能夠完成激光切割的加工任務(wù)，所以它在進(jìn)給方向上的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)?shù)撵`活、準(zhǔn)確。關(guān)于傳動(dòng)方案的選擇，曾考慮過直線導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌、絲杠等傳動(dòng)件，在綜合考慮各種情況和條件后，選擇了采用滾珠絲杠。滾珠絲杠在移動(dòng)過程中，內(nèi)部屬于密封狀態(tài)，而且絲杠的清潔保養(yǎng)也相對(duì)便捷，如圖3.2所示。圖3.2滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.絲杠2.絲杠螺母套3.移動(dòng)橋架4.固定導(dǎo)軌5.支承軸承座6.步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖中，1是公稱直徑30mm，導(dǎo)程為8mm，總長(zhǎng)約為800mm的滾珠絲杠。2是絲杠螺母套，它在使用過程中除了將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成X軸方向的線性運(yùn)動(dòng)之外，還起到主要的支撐作用，它的底平面開有槽口。3是移動(dòng)橋架，橋架的橫梁中也有一組滾珠絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，這組絲杠主要負(fù)責(zé)Y軸方向的線性運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)橋架所有的重量將會(huì)落在2上，通過筋板、螺釘?shù)呐浜瞎潭ㄔ谝黄稹?是固定導(dǎo)軌，主要是起支撐作用，它的槽型與3的底平面槽口緊密配合，使得整個(gè)橋架的受力點(diǎn)都放在了導(dǎo)軌的水平面上；此外，槽口間的緊密配合，使得滾珠絲杠移動(dòng)過程中，不會(huì)產(chǎn)生其它方向上的偏移，一定程度上減小了裝置在移動(dòng)過程中造成的誤差，提升了傳動(dòng)的平穩(wěn)性，保證了工件加工的準(zhǔn)確度。5是支承軸承座，內(nèi)部配合有與絲杠同軸心的滾動(dòng)軸承，保證絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的平穩(wěn)性，同時(shí)，兩端設(shè)有軸承座，主要對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生限位作用，提供了受力點(diǎn)。6是步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)置可以直接與絲杠相聯(lián)接，傳遞運(yùn)動(dòng)所需動(dòng)力，控制系統(tǒng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。4.2二合一工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3.3所示，該工作平面采用的是二合一的兩面式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整個(gè)工作平面的最大尺寸是410mm470mm，兩個(gè)工作面的尺寸相同。圖中，1是進(jìn)行激光切割工作時(shí)使用的平面，從側(cè)面可以看出它表面并不平整，其表面是由每個(gè)尺寸為15mm15mm的四棱錐組成，每個(gè)四棱錐依次相鄰，由若干個(gè)四棱錐鋪成整個(gè)平面，設(shè)計(jì)目的是防止激光穿透被加工零件，對(duì)工作平面造成損壞。即便平面看上去凹凸不平，可是被加工零件依然可以平整的擺放在平臺(tái)上，在完成加工過后凹槽還能方便工作人員拿取零件。2是翻轉(zhuǎn)軸心，在二合一工作臺(tái)裝換裝置中，會(huì)將一根金屬軸穿過翻轉(zhuǎn)軸心，該金屬軸能夠承受一定平臺(tái)重量，還能幫助二合一工作平臺(tái)完成兩平面的180度轉(zhuǎn)換。3是對(duì)工件進(jìn)行尺寸檢測(cè)時(shí)使用的測(cè)量平面，為滿足測(cè)量精度和準(zhǔn)確性，該平面相當(dāng)平整且不容易發(fā)生變形。4是定位銷孔，在工作臺(tái)的四個(gè)角上對(duì)稱設(shè)置，與定位銷配合使用，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的定位。圖3.3二合一工作臺(tái)1.激光切割平面2.翻轉(zhuǎn)軸心3.測(cè)量平面4.定位銷孔4.3聯(lián)軸器的選用設(shè)計(jì)聯(lián)軸器是動(dòng)力傳遞過程中的重要部件，它通常是用于聯(lián)接兩根軸或者回轉(zhuǎn)件的機(jī)械裝置，其作用是實(shí)現(xiàn)不同部件整體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成動(dòng)力傳輸。雖然常見的聯(lián)軸器種類極多，但是主要可分為剛性聯(lián)軸器、繞性聯(lián)軸器兩種；選擇種類時(shí)，主要考慮對(duì)于工作軸間相對(duì)位移補(bǔ)償能力的區(qū)別[27]。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)需要，決定使用繞性聯(lián)軸器，它通常具有一定的相對(duì)位移補(bǔ)償能力，并且在工作過程中，還能提供一定的緩沖、減振能力。本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用的繞性聯(lián)軸器是LM型梅花型聯(lián)軸器，如圖5.1所示。圖5.1LM型梅花型聯(lián)軸器4.4定位插銷組合設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到多用途的設(shè)計(jì)要求，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)與激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相互融合。在研究過程中，發(fā)現(xiàn)這兩種設(shè)備在工作過程中存在一些不同的地方，比如，它們的工作平臺(tái)具有天差地別；三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的工作平面是光滑平整的，而激光切割機(jī)的平面，則不是平整的，反而多數(shù)是鏤空或者凹凸不同的。根據(jù)這個(gè)發(fā)現(xiàn)，對(duì)兩個(gè)工作平面進(jìn)行了二合一的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得在進(jìn)行加工功能切換的時(shí)候，平面的轉(zhuǎn)換更加方便、快捷。當(dāng)二合一工作平臺(tái)進(jìn)行工作平面轉(zhuǎn)換時(shí)，將會(huì)涉及到關(guān)于平面轉(zhuǎn)換完成后的定位問題。設(shè)備在進(jìn)行工件加工或者測(cè)量的過程中，要求擺放工件的工作平面保持相對(duì)設(shè)備的水平，只能通過定位結(jié)構(gòu)，保證加工平面的位置穩(wěn)定，只有實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的準(zhǔn)確定位才能保證工件的精度。平臺(tái)的定位結(jié)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)上四個(gè)角的定位，由于它們四個(gè)屬于對(duì)稱結(jié)構(gòu)，需要同時(shí)固定四個(gè)角的位置才能更好的完成平臺(tái)的定位，達(dá)到定位要求。在設(shè)計(jì)定位裝置時(shí)，利用定位插銷與插銷槽組合定位，一種類似機(jī)械門鎖的結(jié)構(gòu)。如圖5.2所示，此時(shí)，定位裝置處于非定位狀態(tài)，插銷并沒有插入定位孔內(nèi)，工作面就沒有得到固定。當(dāng)定位裝置處于這種狀態(tài)下時(shí)，開動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)換裝置，就可以進(jìn)行工作臺(tái)的轉(zhuǎn)換。圖5.2非定位狀態(tài)如圖5.3所示，此時(shí)，定位裝置處于定位狀態(tài)，可以看到插銷已經(jīng)插入定位孔內(nèi)部，工作臺(tái)四個(gè)角均已固定，無(wú)法發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)定位完成。在工作臺(tái)完成上升運(yùn)動(dòng)、翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，便可以使定位裝置處于這種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的定位。此外，該裝置的定位和非定位狀態(tài)，插銷位置不同，所以在兩種狀態(tài)的不同位置開設(shè)了一個(gè)卡槽，防止插銷發(fā)生不必要的軸向移動(dòng)，確保該結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性、穩(wěn)定性和可靠性。圖5.3定位狀態(tài)

第5章總體方案數(shù)字化建模5.1電動(dòng)機(jī)建模根據(jù)整體結(jié)構(gòu)分析，以及設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，選擇了型號(hào)為Y07-59D1-17155的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。其建模情況如圖5.1所示。圖5.1電機(jī)5.2移動(dòng)橋式整體框架建模由第二章的總體結(jié)構(gòu)分析、傳動(dòng)件選擇等，確定了移動(dòng)橋式總體結(jié)構(gòu)與滾珠絲杠傳動(dòng)件，根據(jù)產(chǎn)品其他設(shè)計(jì)要求與零部件的具體參數(shù)建立了如圖5.2主體模型。該模型主要包括了X、Y、Z方向的滾珠絲杠以及移動(dòng)導(dǎo)軌、底座、傳動(dòng)電機(jī)、測(cè)量頭頭套、導(dǎo)軌滑塊、絲杠軸承、軸承座等，通過合理的配合確定了最終模型。圖5.2移動(dòng)橋式三坐標(biāo)裝置5.3二合一工作臺(tái)建模根據(jù)測(cè)量機(jī)和雕刻機(jī)的工作平面的不同與自身特點(diǎn)，選擇了不同材質(zhì)、不同形狀的兩種平面進(jìn)行結(jié)合，將兩個(gè)工作面合體為一個(gè)二合一工作臺(tái)。測(cè)量工作平面選用花崗巖材料整個(gè)平面相當(dāng)平整，該平面整體建模效果如圖5.3所示；雕刻工作平面選用45號(hào)鋼，由若干個(gè)四棱錐組成，該平面整體建模效果如圖5.4所示。二合一工作面模型測(cè)量平面?zhèn)让嫒鐖D5.5，雕刻平面?zhèn)让嫒鐖D5.6。圖5.3測(cè)量工作平面圖5.4雕刻工作平面圖5.5測(cè)量平面?zhèn)让鎴D5.6雕刻平面?zhèn)让?.4二合一工作臺(tái)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)建模為方便二合一工作臺(tái)的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)了二合一工作臺(tái)轉(zhuǎn)換裝置，根據(jù)第3章相關(guān)計(jì)算結(jié)果，確定了模型的主要傳動(dòng)尺寸；由工作平面的相關(guān)重要參數(shù)，建立了該裝置的總體框架結(jié)構(gòu)，確保在轉(zhuǎn)換過程中的穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)主要由錐齒輪、支撐軸、電機(jī)、聯(lián)軸器、梯形絲杠、支撐架、支撐架底座等組成，通過有序的配合、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算最終裝配出了該結(jié)構(gòu)模型如圖5.7所示。圖5.7二合一工作面轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)5.5工作頭及工作頭支撐架建模根據(jù)測(cè)量機(jī)和雕刻機(jī)的常用工作頭的特征，分別創(chuàng)建了兩種工作頭的模型，測(cè)量頭如圖5.8所示，雕刻頭如圖5.9所示。圖5.8測(cè)量頭圖5.9雕刻頭為方便更換工作頭，設(shè)計(jì)了工作頭支撐架，只需將上一個(gè)工作頭取下，隨后安裝上另一個(gè)工作頭，即可進(jìn)行其他加工流程。工作頭支撐架模型如圖5.9所示圖5.10工作頭支撐架5.6整體裝配綜合考慮各個(gè)結(jié)構(gòu)的配合情況，以及各部分傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、重要的零部件參數(shù)、整體結(jié)構(gòu)布置、加工工件尺寸等多方面情況，確定了最終的整體結(jié)構(gòu)方案。在多次整裝嘗試后，得到了整體結(jié)構(gòu)模型如圖5.10所示。圖5.11多用途三坐標(biāo)測(cè)量圖5.12多用途三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x側(cè)視圖圖5.13多用途三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x俯視圖

第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本文對(duì)三坐標(biāo)裝置進(jìn)行了創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將測(cè)量與雕刻兩種用途相結(jié)合，提高了三坐標(biāo)裝置的實(shí)用性。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，研究了測(cè)量和雕刻兩者不同的工作情況和工作環(huán)境，比如，工作平臺(tái)的區(qū)別、工作原理的差異性等。針對(duì)兩種用途的不同，在固定橋式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作：分析各類三坐標(biāo)框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，確定了移動(dòng)橋式結(jié)構(gòu)方案，通過Solidworks、AutoCAD等制圖軟件進(jìn)行三維建模和二維制圖，多方位展示本裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；分析X、Y、Z軸的傳動(dòng)特點(diǎn)，在多種傳動(dòng)絲杠類型中，明確各類型的傳動(dòng)優(yōu)勢(shì)，根據(jù)絲杠類型的優(yōu)勢(shì)，確定了各個(gè)軸的傳動(dòng)絲杠類型。并完成了傳動(dòng)絲杠主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，保證傳動(dòng)件的準(zhǔn)確性，還進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算，檢驗(yàn)傳動(dòng)件的可靠性；研究分析了測(cè)量臺(tái)與雕刻臺(tái)，其中測(cè)量臺(tái)要求平整、穩(wěn)定，以此滿足測(cè)量的精準(zhǔn)度；雕刻臺(tái)則要求有足夠空間暫存廢料。根據(jù)兩種平臺(tái)的差異性，設(shè)計(jì)了二合一綜合工作臺(tái)，將測(cè)量臺(tái)與雕刻臺(tái)合為一體，滿足不同工作情況下的需求；為方便二合一綜合工作臺(tái)的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)了二合一工作臺(tái)轉(zhuǎn)換裝置，該裝置利用了錐齒輪、絲杠、傳動(dòng)軸等零部件完成工作臺(tái)的翻轉(zhuǎn)。節(jié)省了工作人員切換工作臺(tái)時(shí)的人力，達(dá)到了機(jī)械的自動(dòng)化要求。6.2未來(lái)展望在科技的不斷發(fā)展下，生產(chǎn)實(shí)踐、生活需求、教學(xué)實(shí)訓(xùn)等都在發(fā)生著前所未有的變化，在這樣的時(shí)代背景下，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)傾向于自動(dòng)化、便捷化、綜合化、智能化。手機(jī)就是一個(gè)最好的例子，它融合了許多不同領(lǐng)域的功能，比如：計(jì)算器、通訊、支付、地圖、指南針、購(gòu)物、上網(wǎng)、學(xué)習(xí)、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、文件處理等。正是由于手機(jī)融合了如此廣泛的功能與用途，才讓它成為我們生活中不可或缺的產(chǎn)品。