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廣陵學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 學 生 姓名： 朱明智 學號： 100007150 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 設計（論文）題目： 激光測量機縱軸傳動機構(gòu)設計 指導 老 師： 張 軍 2014年 4 月 8 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 1、結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1.測量機的簡況與基本構(gòu)成 測量機的測量原理是將被測零件放入其容許的測量空間以獲得被測幾何型面上各測點的坐標尺寸。根據(jù)這些點的空間坐標值進行計算, 求出被測零件的幾何形狀位置尺寸及其不確定度。 世界上第一臺測量機是在1959年由英國制造的。現(xiàn)在,國內(nèi)外的應用已相當普遍。目前, 世界上生產(chǎn)測量機的廠商已超過50家, 品種規(guī)格已達300種以上。全世界擁有2萬臺以上, 我國也擁有400臺以上。 現(xiàn)代測量機用于： （1）對三維復雜零件的尺寸、形狀和相互位置進行高準確度測量； （2）實物模型數(shù)字化,例如對飛機機翼的實驗模型、汽車外型實驗模型的測量； （3）在線質(zhì)量控制。 可以看出,測量機的萬能性強,自動化程度高。它是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)、科學研究必不可少的精密測量儀器。 測量機是以精密機械為基礎(chǔ), 綜合應用光學、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等先進技術(shù)的測量儀器。稱它為坐標測量系統(tǒng)更名符其實。它包括:1）測量機；2）數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)；3）測頭和4）軟件等四部分。 2.激光測量機的工作原理 隨著我國工業(yè)的發(fā)展, 人們越來越關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量, 而保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是檢驗。為解決生產(chǎn)中箱體零件的檢測而研制的通用激光測量儀，可對零件的高度、寬度、長度、厚度、距離、位移和各種有關(guān)的行位、誤差進行高速的、非接觸式檢測。該儀器具有體積小、功能多等優(yōu)點。 既可作為獨立的光電檢測儀，也可作為激光測頭與其他系統(tǒng)相結(jié)合成為具有柔性的多功能測量機。該項目屬于國防科工委“八五”重點項目先進制造技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)——激光測量技術(shù)的研究。 儀器的基本工作原理是利用光學系統(tǒng)將被測頭的空間位置成像于PSD ( 光電位置傳感器) 上, 通過光、物、像之間的三角關(guān)系, 獲得像點在PSD 上的位置, 經(jīng)PSD, 將光信號轉(zhuǎn)換成電信號, 再通過信號處理實現(xiàn)空間位置測量。這種測量方法又稱光三角測量法。 3.激光測量機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測量過程 激光非接觸式三坐標測量系統(tǒng)主要由：三維掃描機構(gòu)、激光非接觸測量頭及對準裝置、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等四部分組成。它實質(zhì)上是由一個水平X軸、一個垂直Y軸、一個回轉(zhuǎn)工作臺加上CCD激光測量頭等構(gòu)成的特別適合回轉(zhuǎn)體高速非接觸測量的三坐標機。 系統(tǒng)工作過程為：主控程序先完成系統(tǒng)的初始化,然后把被測量部件放在轉(zhuǎn)臺上,在測量過程中轉(zhuǎn)臺一直勻速旋轉(zhuǎn)。測量從最底圈開始,一圈一圈測量。當測量一圈時,主控程序啟動控制模塊控制橫梁和滑動臂沿水平及垂直方向運動,使得測量點在測量頭的測量范圍內(nèi),然后轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn),使得測量頭對準被測部件。轉(zhuǎn)頭運動完畢后,運動控制模塊通知主控程序運動結(jié)束,然后由主控程序啟動數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊在高精度定時線程的控制下進行數(shù)據(jù)采集。當測量完一圈后,數(shù)據(jù)采集模塊暫停,同時通知主控程序完成一圈數(shù)據(jù)采集。這時候主控制程序再啟動運動控制模塊 來調(diào)整測量頭的位置,準備測量下一圈。這樣一直測量到最后一圈,然后系統(tǒng)復位。數(shù)據(jù)利用串行化技術(shù)存儲,以供數(shù)據(jù)處理程序處理。 4.機械傳動機構(gòu)的種類 通常來說，用于步進、伺服電機驅(qū)動的機械傳動機構(gòu)，一般有以下幾類： 機構(gòu) 特點 滾珠絲杠(直接連接) 用于距離較短的高精度定位。 電機和滾珠絲杠只用聯(lián)軸節(jié)連接，沒有間隙。 滾珠絲杠(減速) 選擇減速比，可加大向機械系統(tǒng)傳遞的轉(zhuǎn)矩。 由于產(chǎn)生齒輪側(cè)隙，需要采取補償措施。 齒條和小齒輪 用于距離較長的(臺車驅(qū)動等)定位。 小齒輪轉(zhuǎn)動一圈包含了π值，因此需要修正。 同步皮帶(傳送帶) 與鏈條比較，形態(tài)上的自由度變大。 主要用于輕載。 皮帶輪轉(zhuǎn)動一圈的移動量中包含π值，因此需要修正。 鏈條驅(qū)動 多用于輸送線上。必須考慮鏈條本身的伸長并采取相應的措施。在減速比比較大的狀態(tài)下使用，機械系統(tǒng)的移動速度小。 進料輥 將板帶上的材料夾入輥間送出。 由于未嚴密確定輥子直徑，在尺寸長的物件上將產(chǎn)生誤差，需進行π補償。 如果急劇加速，將產(chǎn)生打滑，送出量不足。 轉(zhuǎn)盤分度 轉(zhuǎn)盤的慣性矩大，需要設定足夠的減速比。 轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速低，多使用蝸輪蝸桿。 主軸驅(qū)動 在卷繞線材時，由于慣性矩大，需要設定夠的減速比。 在等圓周速度控制中，必須把周邊機械考慮進來研究。 5.滾珠絲杠副 當今世界中,能代表機械的、有各種運動機構(gòu)的裝置,可以說無一不是具有某種形式的運動傳導機構(gòu)。滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動,或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的最合理的產(chǎn)品。 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)是一個以滾珠作為滾動媒介的滾動螺旋傳動的體系。以傳動形式分為兩種： （1）將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動。 （2）將直線運動轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運動。 滾珠絲杠副特性有： （1）傳動效率高? 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的2～4倍，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動（運動可逆）。?? （2）運動平穩(wěn)? 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)為點接觸滾動運動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動時無顫動、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進給。 （3）高精度? 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運動中溫升較小，并可預緊消除軸向間隙和對絲杠進行預拉伸以補償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復定位精度。 （4）高耐用性? 鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 （5）同步性好? 由于運動平穩(wěn)、反應靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 （6）高可靠性? 與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。 （7）無背隙與高剛性? 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)采用歌德式溝槽形狀、使鋼珠與溝槽達到最佳接觸以便輕易運轉(zhuǎn)。若加入適當?shù)念A緊力，消除軸向間隙，可使?jié)L珠有更佳的剛性，減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達到更高的精度。 參考文獻 [1]王弘鈺，通用激光測量儀，長春郵電學院學報，1999.12 [2]田振亞，高東強，郭文舉，王海波，二維數(shù)控工作臺設計，機械設計與制造，2009.2 [3]楊萍，數(shù)控工作臺的設計， 淮南聯(lián)合大學，1996.8 [4]陳孝庫，激光測量儀，沈陽信號工廠，1978 [5]E.B.Anekcehko，李紹貴，激光測量儀信號的形成,1989.5 [6]武勇軍，李向，曹芒，李達成，超精加工表面粗糙度的激光測量儀，清華大學精儀系，1996.4 [7]岳臨萍，孫德宏，叢榮葵，靳兆錄，刁魯南，李剛，多普勒激光測量儀原理簡析及應用，濟鋼中厚板廠，2007.12 [8]石成英，林輝，姜勤波，翟曉穎，激光非接觸式三坐標測量系統(tǒng)的幾何參數(shù)標定方法，第二炮兵工程學院，2005 [9]閆國珍，線路激光測量儀的設計思路，鄭州鐵路局科學技術(shù)研究所，2008.6 [10]彭彥平，菅磊，張偉，非接觸式鉆頭幾何形狀激光測量儀設計，大連工業(yè)大學機械工程與自動化學院，2011.3 [11]蔣東，快速掃描三坐標激光測量技術(shù)研究，東北大學，2005 [12]羅竟?jié)?，基于正交試驗的非接觸式激光測量的偏差源研究，上汽通用五菱汽車股份有限公司，2012.9 [13]黃根林，激光測量系統(tǒng)，上海磨床研究所，1979.3 [14]黃戰(zhàn)華，蔡懷宇，李賀橋，張以謨，三角法激光測量系統(tǒng)的誤差分析及消除方法，2002.6 [15]孟獻豐，陸春華，倪亞茹，張其土，許仲梓，激光技術(shù)的應用與防護，2005.4 [16]季國平,我國激光技術(shù)的應用與發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)部電子信息產(chǎn)品管理司，2003.5 [17]鄭劍和，三維測量與三坐標測量，法如國際貿(mào)易(上海)有限公司，2009.7 [18]王亞平，郭敏，非接觸式激光測量點云數(shù)據(jù)預處理，2005 [19]張國雄，三坐標測量機的發(fā)展趨勢，天津大學，2000.2 [20]黎明，三維激光測量技術(shù)及應用研究，浙江大學，2005 2、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1.研究的問題 本課題面向三座標激光測量機的傳動機構(gòu)，要求按照設計參數(shù)完成縱軸的傳動機構(gòu)設計，并對設計機構(gòu)校核。完成縱軸傳動機構(gòu)的二維裝配圖，設計完成關(guān)鍵零件的零件圖，建立零件的三維模型。 2.研究手段 數(shù)控工作臺是一個由許多環(huán)節(jié)構(gòu)成的復雜的動力學系統(tǒng)，動力學建模是對動力學系統(tǒng)進行分析、仿真、修改、控制和優(yōu)化的基礎(chǔ)。關(guān)于建模方法，Leonard－Cristian Pop 等提出建模的整個過程包括：基于物理模型確定力學模型，基于力學模型確定數(shù)學模型；得到模型的部件參數(shù)有兩種方法：一種方法采用系統(tǒng)固有頻率方程求解，另一種方法是得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；通常用有限數(shù)量自由度( DOF) 機械模型對其機械結(jié)構(gòu)進行建模，模型的自由度數(shù)越少越好，盡管有限的自由度數(shù)會影響結(jié)果的精度，但是只要精度在可接受范圍內(nèi)。關(guān)于模型的尺度，U.C.Gu等研究了承受移動質(zhì)量的高速主軸的動態(tài)響應，用 Timoshenko 梁理論把滾珠絲杠作為一個高速旋轉(zhuǎn)軸來建模，把螺母作為一個移動的集中質(zhì)量來建模。R.Whalley等用混合的、分布-集總參數(shù)的方法建立機床x 軸驅(qū)動系統(tǒng)模型。關(guān)于數(shù)控工作臺模型，王軍平等運用集中參數(shù)法建立了機械系統(tǒng)進給機構(gòu)的非線性動力學模型。C Pislaru 等提出了基于傳遞線建模技術(shù)的一臺測試裝置的建模和仿真，強調(diào)了非線性( Coulomb摩擦力和粘性摩擦力、間隙) 的建模和在滾珠絲杠螺母直線運動時作用在其上的軸向力和扭轉(zhuǎn)力矩。 滾珠絲杠驅(qū)動的數(shù)控工作臺的物理模型如圖 1所示。可以看出: 它是由驅(qū)動電機、電機支承、聯(lián)軸器、前端軸承、前端軸承座、滾珠絲杠、滾珠螺母、后端軸承、后端軸承座、導軌和工作臺等組成，是一個復雜的動力學系統(tǒng)。 傳動部分主要利用步進電機2作為動力源輸出轉(zhuǎn)矩，電機輸出軸通過聯(lián)軸器 3 與滾珠絲杠 5 相聯(lián)接，最后通過滾珠螺母帶動工作臺 X 向或 Y 向運動，X 向工作臺機構(gòu)，（Y 向圖中未示，結(jié)構(gòu)與此類似），如圖2所示。 換向機構(gòu)采用滾珠絲杠，固定方式為一端固定，一段有隙，其優(yōu)點在于壓桿穩(wěn)定和臨界轉(zhuǎn)校高，而且絲杠有熱膨脹的余地。支承形式采用角接觸球軸承一對，背靠背組合的形式。滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當?shù)匿撝?，使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦大大降低二者之間的摩擦阻力，有助于提高數(shù)控系統(tǒng)的相應度與靈敏度。因此在x、y向用滾動導軌副。 滾珠絲杠副的選用： 1. 滾珠絲杠副的導程 Ph的確定 2. 精度選擇 3. 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計算 4. 依據(jù)當量轉(zhuǎn)速 nm及當量載荷 Fm確定預期額定動載荷 Cam 5. 初步確定滾珠絲杠公稱直徑 D0及規(guī)格型號 6. 精度校核 7. 壓桿 (拉) 穩(wěn)定性校核 8. 極限轉(zhuǎn)速及 DN 值校核 9. 最大靜負載校核 10. 強度校核 畢業(yè)設計（論文）開題報告 指導教師意見： 1、對“文獻綜述”的評語： 2、對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果 的預測： 指導老師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 9