1、圓柱體零件幾何誤差綜合測量儀設(shè)計(jì),1、課題研究的背景及意義 2、儀器總體方案設(shè)計(jì)及選取 3、典型零部件設(shè)計(jì) 4、測量儀誤差分析,1、課題研究的背景及意義,圓柱體零件在眾多儀器中都有著廣泛的應(yīng)用，且大多數(shù)情況下屬于設(shè)備的關(guān)鍵零件，對產(chǎn)品的性能、壽命起著舉足輕重的作用。 圓柱體零件精密化程度日益加深，對測量儀器的要求更高： （1）更精密的測量裝置； （2）更先進(jìn)的測量器件； （3）更高測量精度。,1、課題研究的背景及意義,國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國機(jī)械制造行業(yè)雖然在不斷的創(chuàng)新和進(jìn)步，但存在創(chuàng)新點(diǎn)不多，對國外產(chǎn)品依賴度高等缺點(diǎn)。特別是測量行業(yè)，品種較單一，自動(dòng)化程度低。,國外研究現(xiàn)狀 世界上生產(chǎn)擁有獨(dú)立研發(fā)

2、形位測量儀的國家并不多，僅有美、英、德、日、瑞士、和俄羅斯。國外關(guān)于圓柱體零件幾何測量的同類產(chǎn)品很多，如圓度儀、圓柱度儀、三坐標(biāo)測量儀等。,2、儀器總體方案設(shè)計(jì)及選取,設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)圓柱體零件幾何誤差綜合測量儀，用于測量圓柱體零件的徑向全跳動(dòng)、端面全跳動(dòng)、圓度誤差、直線度誤差等。 設(shè)計(jì)任務(wù)書給出的設(shè)計(jì)要求如下： 測量范圍：300800mm 測量精度： 示值誤差：0.002mm 重復(fù)精度：0.001mm,2、儀器總體方案設(shè)計(jì)及選取,總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)測量裝置與圓柱體零件的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同實(shí)現(xiàn)方式，則可以設(shè)計(jì)兩種方案。 方案一 圓柱體零件不動(dòng)，測量裝置上的測量器件在被測零件表面做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此

3、可衍生為本次設(shè)計(jì)的總體方案一。 方案二 測量裝置被鎖緊在某一固定位置，圓柱體零件在電機(jī)帶動(dòng)下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此可衍生為本次設(shè)計(jì)的總體方案二。,2、儀器總體方案設(shè)計(jì)及選取,方案一 由固定在測量裝置上的電機(jī)帶動(dòng)內(nèi)齒輪盤回轉(zhuǎn)（內(nèi)齒輪盤外圈固定在測量裝置上），而在內(nèi)齒輪盤上安裝有測量器件，從而帶動(dòng)測量器件在工件表面做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測量裝置與圓柱體零件的回轉(zhuǎn)相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系。,步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過絲杠螺母的傳動(dòng)關(guān)系，由螺母帶動(dòng)測量裝置在底座的矩形導(dǎo)軌上的滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)測量裝置與圓柱體零件的軸向相對運(yùn)動(dòng)。,2、儀器總體方案設(shè)計(jì)及選取,方案二 測量裝置被鎖緊在某一固定位置，圓柱體零件通過連接器，與主軸箱內(nèi)安裝

4、的頂針連接，隨主軸箱內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)頂針回轉(zhuǎn)，從而頂針帶動(dòng)工件回轉(zhuǎn)。,通過測量支撐桿2在夾緊套內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)和伸出長度的調(diào)節(jié)，以及夾緊套在測量支撐桿1上的角度調(diào)節(jié)，來實(shí)現(xiàn)對微位移傳感器的位置的調(diào)節(jié)。測量滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，由安裝在底座內(nèi)部的微型電機(jī)（自動(dòng)）和安裝在底座上手輪（手動(dòng)）來提供驅(qū)動(dòng)力。,2、儀器總體方案設(shè)計(jì)及選取,方案的比較及選取 方案一的提出，在設(shè)計(jì)的新思路，新理念方面都是獲得了一個(gè)較大的突破，但是又有很大的局限性。比如，在測量裝置的設(shè)計(jì)上，總體尺寸較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且在測量裝置上安裝一個(gè)微型電機(jī)，對于加工生產(chǎn)，安裝以及操作使用方面，都容易產(chǎn)生較多的問題；而且對于兩個(gè)測量器件的使用上，調(diào)整時(shí)，自

5、動(dòng)化程度不高，全部靠手動(dòng)調(diào)節(jié)，費(fèi)事費(fèi)時(shí)，也很難保證和工件的接觸精度。 而方案二具有結(jié)構(gòu)簡單可操作性好，測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。并且相比于方案一的軸向運(yùn)動(dòng)直接用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，更為合理。并且，由于錐齒輪嚙合傳動(dòng)的存在，兩者存在一定傳動(dòng)比，可對手輪的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的降速，從而可以實(shí)現(xiàn)對軸向運(yùn)動(dòng)的微量調(diào)節(jié)。在一定意義上，實(shí)現(xiàn)了軸向位移的粗調(diào)和細(xì)調(diào)。 考慮到總體方案二較總體方案一的諸多優(yōu)點(diǎn)，采用總體方案二是更為明智的選擇。因此，在本次圓柱體零件的幾何誤差綜合測量儀的設(shè)計(jì)上，采用總體方案二。,3、典型零部件設(shè)計(jì),測量裝置的選取 1、測量器件選擇微位移傳感器LVDT。 其重復(fù)精度的最大值為

6、0.001mm，滿足使用要求。 2、測量架設(shè)計(jì)如右圖所示。,3、典型零部件設(shè)計(jì),測量裝置運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1、測量裝置軸向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，如圖所示。 2、測量裝置徑向運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，如圖所示。,3、典型零部件設(shè)計(jì),測量裝置鎖緊設(shè)計(jì) 1、測量裝置軸向鎖緊設(shè)計(jì)，如圖所示。 2、測量裝置徑向鎖緊設(shè)計(jì)，如圖所示。,3、典型零部件設(shè)計(jì),驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 1、測量裝置軸向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的來源有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，即低速電機(jī)或人工轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，然后通過一系列的運(yùn)動(dòng)傳遞實(shí)現(xiàn)。 自動(dòng)的方式為：采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠，再由絲杠與螺母的螺旋傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對測量裝置軸向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。 手動(dòng)的方式為：人工轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，手輪帶動(dòng)軸上安裝的錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過錐齒輪的嚙

7、合，將運(yùn)動(dòng)傳遞到裝有另一錐齒輪的絲杠上。,2、測量裝置徑向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的來源為手輪，徑向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置同樣采用螺旋傳動(dòng)，由人工轉(zhuǎn)動(dòng)手輪提供徑向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。,4、測量儀誤差分析,原理誤差 本次設(shè)計(jì)并沒有采用近似的理論或數(shù)學(xué)模型，因此沒有原理誤差。 制造及安裝誤差 在當(dāng)今制造工藝下，精密儀器導(dǎo)軌安裝誤差在0.81.6um之間，因此取導(dǎo)軌安裝誤差1um。 運(yùn)行誤差 導(dǎo)軌滑動(dòng)表面粗糙度應(yīng)小于0.2um，因此取導(dǎo)軌滑動(dòng)誤差誤差為0.2um。 導(dǎo)軌導(dǎo)向面也存在導(dǎo)向精度問題，而隨著磨損的加劇，誤差也會(huì)越來越大，因此取運(yùn)行誤差為0.5um。,4、測量儀誤差分析,主軸回轉(zhuǎn)誤差 主軸箱內(nèi)電機(jī)帶動(dòng)圓柱體零件回轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)誤差，在采用密珠軸系的情況下，回轉(zhuǎn)誤差目前能控制在0.5um以內(nèi)，本設(shè)計(jì)采用回轉(zhuǎn)誤差為0.75um。 傳感器誤差 本次采用的高精度微位移傳感器 LVDT，查參數(shù)詳情，其分辨率為0.001mm ，那么此傳感器的測量顯示誤差為1um。,4、測量儀誤差分析,總體誤差計(jì)算 按照上述的各項(xiàng)誤差的分析，可綜合計(jì)算出圓柱體零件幾何誤差綜合測量儀的總體誤差為： 由設(shè)計(jì)任務(wù)書給出的要求，示值誤差：0.002mm。 可知1.69um2um。因此，滿足