全自動(dòng)偏擺儀的設(shè)計(jì)與仿真含proe三維及5張CAD圖,全自動(dòng),偏擺儀,設(shè)計(jì),仿真,proe,三維,cad 全自動(dòng)偏擺儀的設(shè)計(jì)與仿真 DESIGN AND SIMULATION OF A FULLY AUTOMATIC PENDULUM 摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，全自動(dòng)化成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。全自動(dòng)偏擺儀的產(chǎn)生極大的方便了人們的生活。全自動(dòng)偏擺儀提高生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備的可靠性及運(yùn)行效率。全自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)主要包括：實(shí)時(shí)性強(qiáng)；精度準(zhǔn)確；可靠性高；通道多；功能強(qiáng)。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高 單片機(jī)把各功能部件集成在一個(gè)芯片上，內(nèi)部采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線(xiàn)，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。(2)控制能力強(qiáng) 單片機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是它“五臟俱全”，已經(jīng)具備了足夠的控制功能。單片機(jī)具有較多的I/O口，CPU可以直接對(duì)I/O進(jìn)行操作、算術(shù)操作、邏輯操作和位操作，指令簡(jiǎn)單而豐富。所以單片機(jī)也是“面向控制”的計(jì)算機(jī)。(3)低電壓、低功耗 單片機(jī)可以在2.2V的電壓下運(yùn)行，有的已能在1.2V或0.9V下工作；功耗降至為μA級(jí)，一顆紐扣電池就可長(zhǎng)期使用。(4)優(yōu)異的性能/價(jià)格比，由于單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)周期短、控制功能強(qiáng)、可靠性高，因此，在達(dá)到同樣功能的條件下，用單片機(jī)開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)比用其它類(lèi)型的微型計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)價(jià)格更便宜。為了進(jìn)一步提高全自動(dòng)偏擺儀的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用單片機(jī)來(lái)控制全自動(dòng)偏擺儀這個(gè)課題。本設(shè)計(jì)介紹了采用8051單片機(jī)進(jìn)行編程進(jìn)行全自動(dòng)偏擺儀控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)詳細(xì)講解了根據(jù)全自動(dòng)偏擺儀的工作原理，利用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，并介紹了詳細(xì)的硬件及軟件設(shè)計(jì)方法，最終實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)偏擺儀的基本功能。 關(guān)鍵詞 單片機(jī)；偏擺儀；8051；全自動(dòng) Abstract With the development of social economy and the improvement of science and technology, full automation has become an inevitable development trend. The production of a fully automatic deflection device greatly facilitates people's lives. The automatic deflection meter increases the reliability and operating efficiency of the production process or equipment. The characteristics of automatic detection technology mainly include: real-time performance; accurate accuracy; high reliability; multiple channels; The advantages of the MCU are: (1) Small size, simple structure, and high reliability. The MCU integrates each functional component on a single chip. The internal bus structure is used to reduce the connection between the chips and greatly improves the reliability of the MCU. With anti-jamming capability. In addition, its small size makes it easy to take shielding measures against strong magnetic fields and is suitable for working in harsh environments. (2) Strong control ability Though the structure of the single-chip microcomputer is simple, it is "completely-equipped" and already has enough control functions. The microcontroller has more I/O ports. The CPU can directly perform I/O operations, arithmetic operations, logic operations, and bit operations. The instructions are simple and rich. Therefore, SCM is also a "control-oriented" computer. (3) Low-voltage, low-power microcontrollers can operate at 2.2V, and some can already work at 1.2V or 0.9V; power consumption is reduced to μA, and a button cell can be used for a long time. (4) Excellent performance/price ratio, due to the simple hardware structure of the single-chip microcomputer, short development cycle, strong control function, and high reliability, the control system developed with the single-chip microcomputer is better than other types under the same function. Microcomputer development control system is cheaper. In order to further improve the function and performance of the automatic deflection tester and avoid some of the drawbacks of the traditional control, the subject of using the single-chip microcomputer to control the automatic deflection tester was proposed. This design describes the use of 8051 microcontroller for automatic deflection control system. This design fully explained the operation principle of the automatic deflection tester and controlled it with a single-chip microcomputer. It also introduced detailed hardware and software design methods, and finally realized the basic functions of the automatic deflection tester. Keywords MCU；Deflection tester；8051；Au II 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1全自動(dòng)偏擺儀的研究背景 1 1.2選題的意義和目的 1 1.3偏擺檢查儀的發(fā)展趨勢(shì) 2 2 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 2.1全自動(dòng)偏擺儀的工作原理 4 2.2全自動(dòng)偏擺儀頂尖 5 2.3全自動(dòng)偏擺儀電機(jī) 5 2.4百分表 7 2.5全自動(dòng)偏擺儀底座基本參數(shù)的估算 8 2.6偏擺檢查儀測(cè)量底座的改進(jìn)設(shè)計(jì) 8 2.6.1鑄造工藝分析 9 2.6.2鑄造的工藝方案 9 2.6.3技工工藝參數(shù) 10 2.6.4設(shè)計(jì)澆鑄系統(tǒng) 10 2.7頂尖座 11 2.7.1鑄造工藝分析 11 2.7.2鑄造的工藝方案 11 2.7.3技工工藝參數(shù) 11 2.8頂尖座頂尖孔的加工工藝設(shè)計(jì) 12 2.8.1選擇定位基準(zhǔn) 12 2.8.2表面加工方法的選擇 13 2.8.3加工階段的劃分 13 2.8.4加工順序安排 13 2.8.5確定切削用量及定額時(shí)間 13 3 全自動(dòng)偏擺儀的改進(jìn)設(shè)計(jì)與分析 18 3.1全自動(dòng)偏擺儀的分析設(shè)計(jì) 18 3.2對(duì)全自動(dòng)偏擺儀所測(cè)量工件創(chuàng)建載荷 18 3.3安裝情況對(duì)測(cè)量精度的影響 20 3.4表架剛度對(duì)測(cè)量精度的影響 21 4 電氣控制設(shè)計(jì) 22 4.1電氣控制系統(tǒng)方案的確定 22 4.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)體的聯(lián)結(jié) 22 4.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 4.4脈沖分配器 23 4.5復(fù)位電路 26 4.6數(shù)顯百分表 27 結(jié)論 28 致謝 29 IV 1 緒論 1.1 全自動(dòng)偏擺儀的研究背景 偏擺儀主要用于測(cè)量軸類(lèi)零件徑向跳動(dòng)誤差，偏擺儀利用兩頂尖定位軸類(lèi)零件，轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)零件，數(shù)顯百分表在被測(cè)零件徑向方向上直接測(cè)量零件的徑向跳動(dòng)誤差。 檢測(cè)軸，齒輪等零件的徑向尺寸公差，達(dá)到生產(chǎn)所需要的精度，保證機(jī)械傳動(dòng)的平穩(wěn)性，提高傳動(dòng)效率，提高零件的使用壽命。 全自動(dòng)偏擺儀是將普通偏擺儀改造實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，在全在動(dòng)偏擺儀檢測(cè)軸類(lèi)零件的徑向跳動(dòng)誤差時(shí)，只需要人工安裝夾緊被測(cè)零件，其余測(cè)量過(guò)程啟動(dòng)完成。全自動(dòng)偏擺儀可以提高自動(dòng)化水平，排除人為因素，大大提高了偏擺儀檢測(cè)結(jié)果的效率和準(zhǔn)確性，節(jié)省了大量時(shí)間，具有很大的實(shí)用性，其功能強(qiáng)悍。 本設(shè)計(jì)的目的是一單片機(jī)作為控制器，擴(kuò)展必要外部電路電路，并設(shè)計(jì)一個(gè)偏擺儀控制電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能控制。單片機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，例如，單片機(jī)體積小，控制功能強(qiáng)大，擴(kuò)展靈活，功耗低和使用方便等等。單片機(jī)適用于很多儀器儀表中，在與不同類(lèi)型的傳感器鏈接后，可以對(duì)各種零部件進(jìn)行厚度，角度，硬度，長(zhǎng)度，壓力等等物理量的測(cè)量。利用單片機(jī)來(lái)控制儀器儀表的智能化，數(shù)字化，微型化，使儀器儀表具有比采用數(shù)字電路或電子電路更強(qiáng)大的功能。 1.2 選題的意義和目的 在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的現(xiàn)在化社會(huì)，機(jī)械電子設(shè)備對(duì)測(cè)量控制儀器儀表的精確度要求也越來(lái)越高，并且對(duì)儀器儀表測(cè)取結(jié)果的可靠性要求也在逐步提高，尤其是在航空航天這種需要高精度的設(shè)備檢測(cè)儀器中，測(cè)量?jī)x器的精度與可靠度具有非常重要的意義，儀器的精度可靠度直接決定了機(jī)械電子設(shè)備設(shè)計(jì)的成敗。要想在現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展上有重大突破必須提高檢測(cè)技術(shù)，為發(fā)展打好基礎(chǔ)，做足鋪墊。在自動(dòng)化的而生產(chǎn)中，有許多信息需要通過(guò)檢測(cè)來(lái)提供，并且通過(guò)檢測(cè)來(lái)預(yù)防和發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備中的各種故障，以確保零件所需要的精度。如果沒(méi)有精密可靠的檢測(cè)儀器儀表，就不會(huì)有現(xiàn)代化與自動(dòng)化，就會(huì)導(dǎo)致低效率和低質(zhì)量。測(cè)試技術(shù)，作為機(jī)械工業(yè)發(fā)展得重要基礎(chǔ)技術(shù)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步甚至在與西方高科技技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)揮著不可估量的作用，所以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展和科學(xué)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志就是發(fā)展和使用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)。 選題目的： 了解偏擺檢查儀的結(jié)構(gòu)和原理，掌握其三維建模的原理。 了解偏擺儀原理，對(duì)偏擺儀進(jìn)行自動(dòng)化改造，加入單片機(jī)，鍛煉單片機(jī)的使用，培養(yǎng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新和三維建模的能力。 熟練掌握proe軟件的使用。 彌補(bǔ)電路設(shè)計(jì)方面的不足，鍛煉設(shè)計(jì)思維能力和空間三維圖形的想象力，全面掌握并提高自身專(zhuān)業(yè)可知識(shí)儲(chǔ)備，為以后的學(xué)習(xí)研究生活打下良好的基礎(chǔ)。 通過(guò)此次的全自動(dòng)偏擺儀的設(shè)計(jì)與仿真讓我把在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合，使我重新認(rèn)識(shí)了專(zhuān)業(yè)課技能的重要意義，讓我在今后的學(xué)習(xí)生活中，刻苦鉆研，不輕易放棄，攻克一個(gè)有一個(gè)難關(guān)建立起了堅(jiān)實(shí)的信心。 1.3偏擺檢查儀的發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械找技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)真的支柱，推動(dòng)著全國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展中，要保證現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展必須重視檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)技術(shù)可以提供機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中很多信息。機(jī)械制造須通過(guò)檢查來(lái)檢測(cè)和防止各種生產(chǎn)失敗。所需的準(zhǔn)確度還取決于檢測(cè)。如果沒(méi)有可靠的檢測(cè)系統(tǒng)，就不可能存在高精度的現(xiàn)代化和自動(dòng)化技術(shù)，機(jī)械制造的效率和質(zhì)量就會(huì)大打折扣。當(dāng)我們?cè)谘芯咳魏螜C(jī)械制造技術(shù)時(shí)，我們不得不使用檢測(cè)技術(shù)來(lái)及時(shí)的為設(shè)備的正常使用來(lái)保駕護(hù)航，檢測(cè)測(cè)試是不可或缺的手段，也是最科學(xué)最實(shí)用的的方法。檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展也是一種科學(xué)，是一種科技發(fā)展得結(jié)果，在高科技飛速發(fā)展的現(xiàn)在化社會(huì)，檢測(cè)技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要作用，檢測(cè)技術(shù)包含多個(gè)領(lǐng)域的新成果，為機(jī)械制造設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了寬闊的道路。 測(cè)試技術(shù)是測(cè)量技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)，它是機(jī)械工程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)（特別是創(chuàng)新設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和控制設(shè)計(jì)），研究和開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)研究的重要組成部分。 在工程測(cè)試中，有必要測(cè)量各種物理量以獲得準(zhǔn)確的定量結(jié)果。 任何機(jī)械制造件在制造完成后都免不了測(cè)試工作，測(cè)試工作能夠體現(xiàn)機(jī)械制造件的整體質(zhì)量和性能，在進(jìn)行客觀評(píng)估后才能讓這些零件投入使用。對(duì)于測(cè)試結(jié)果不好的產(chǎn)品，測(cè)試工作則提供了產(chǎn)品的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為之后的改進(jìn)提供了合理的依據(jù)。測(cè)試技術(shù)不僅僅起到測(cè)試的作用，還未現(xiàn)代科技的發(fā)展，為科技的發(fā)展性和創(chuàng)造性提供了手段。可以想象，在沒(méi)有檢測(cè)技術(shù)的前提下，我們就不可能有機(jī)械設(shè)備零件原材料的數(shù)據(jù)，就不能完全計(jì)算實(shí)力；如果沒(méi)有檢測(cè)技術(shù)，復(fù)雜的機(jī)床設(shè)備就不能保證安全高效的工作，自動(dòng)化就難以實(shí)現(xiàn)。所以，檢測(cè)技術(shù)在機(jī)械制造的發(fā)展過(guò)程中起到重要作用，與機(jī)械未來(lái)發(fā)展相輔相成。因此在設(shè)計(jì)或者改造一項(xiàng)機(jī)械設(shè)備時(shí)，我們應(yīng)充分發(fā)揮檢測(cè)系統(tǒng)的作用，為產(chǎn)品的正常使用保駕護(hù)航。機(jī)械工程技術(shù)人員也必須掌握測(cè)試技術(shù)。這個(gè)測(cè)試可以用來(lái)驗(yàn)證理論的正確性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試開(kāi)發(fā)新的搜索和開(kāi)發(fā)理論。這是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)生產(chǎn)的重要手段。 在工程技術(shù)領(lǐng)域中，測(cè)試技術(shù)貫穿機(jī)械設(shè)計(jì)制造的始終，從工程研究到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到監(jiān)督到最后的性能試驗(yàn)。 我國(guó)儀器儀表檢測(cè)科技的發(fā)展現(xiàn)狀 ?(1)我過(guò)時(shí)全球最大的制造國(guó)家，在各種產(chǎn)品上習(xí)慣于防止國(guó)外產(chǎn)品，缺乏創(chuàng)新，我國(guó)的儀器儀表類(lèi)檢測(cè)設(shè)備也嚴(yán)重缺乏創(chuàng)新，大多國(guó)外引進(jìn)，很難滿(mǎn)足現(xiàn)代科學(xué)研究和工程建設(shè)的需要?? ??? (2)我國(guó)現(xiàn)在雖處于大量引用外來(lái)設(shè)備情況下，但在此期間我國(guó)的儀器儀表檢測(cè)科學(xué)技術(shù)上也漸漸積累了大量的經(jīng)驗(yàn)并取得了一些科研成果，甚至在一些領(lǐng)域已經(jīng)超越了很多發(fā)達(dá)國(guó)家。這些優(yōu)勢(shì)信息還有待篩選，還需進(jìn)行綜合分析，進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合最后完成產(chǎn)業(yè)化，在國(guó)際社會(huì)中站有利地位。 (3)在現(xiàn)有的科研成果基礎(chǔ)上，利用國(guó)外資源技術(shù)優(yōu)勢(shì)不斷改進(jìn)國(guó)內(nèi)儀器功能和創(chuàng)新研發(fā)能力，力爭(zhēng)趕上國(guó)外發(fā)達(dá)水平，以改變技術(shù)落后的現(xiàn)狀。 (4)加大儀器儀表檢測(cè)方面人才的培養(yǎng)，為創(chuàng)建科技強(qiáng)國(guó)奠定基礎(chǔ)。 在21世紀(jì)初的機(jī)械制造業(yè)中，總體發(fā)展趨勢(shì)是：柔性化、智能化、信息化。檢測(cè)技術(shù)在淡金科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著承上啟下的作用?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展的每一步都不能離開(kāi)檢測(cè)技術(shù)，只有在通過(guò)檢測(cè)技術(shù)后，才可以進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)。尤其在一些常常難以實(shí)現(xiàn)的極端條件下的檢測(cè)，檢測(cè)技術(shù)也是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然界的重要方法。如果沒(méi)有可靠的檢測(cè)系統(tǒng)，就不可能存在高精度的現(xiàn)代化和自動(dòng)化技術(shù)，機(jī)械制造的效率和質(zhì)量就會(huì)大打折扣。當(dāng)我們?cè)谘芯咳魏螜C(jī)械制造技術(shù)時(shí)，我們不得不使用檢測(cè)技術(shù)來(lái)及時(shí)的為設(shè)備的正常使用來(lái)保駕護(hù)航，檢測(cè)測(cè)試是不可或缺的手段，也是最科學(xué)最實(shí)用的的方法。儀器儀表測(cè)試將朝著高精度和數(shù)字化的方向發(fā)展。 2機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖2-1 偏擺檢查儀的結(jié)構(gòu) 圖2-2 偏擺檢查儀的結(jié)構(gòu) 1固定頂尖座2頂尖3底座4指示表夾5表支架座6頂尖座鎖緊手柄 7 活動(dòng)頂尖座8 頂尖鎖緊手把9活動(dòng)頂尖移動(dòng)手柄 儀器精度：兩頂尖連線(xiàn)對(duì)儀器座導(dǎo)軌面的平行度0.04毫米 使用方法：擰緊偏心軸手把，首先將固定頂尖座在儀座上固定。按被測(cè)零件長(zhǎng)度將活動(dòng)頂尖座固定在合適的位置。壓下球頭手柄，裝入零件，用兩頂尖頂住零件中心孔。擰緊緊固手把，將頂尖固定。將活動(dòng)表座放在所需位置。配合百分麥（千分麥）即可進(jìn)行檢測(cè)工作。 2.1全動(dòng)偏擺儀的工作原理 全自動(dòng)偏擺儀利用頂尖加緊被測(cè)軸類(lèi)零件，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)被測(cè)零件轉(zhuǎn)動(dòng)，數(shù)顯百分表側(cè)頭在被測(cè)零件徑向方向上直接測(cè)量零件的獎(jiǎng)項(xiàng)跳動(dòng)誤差。通過(guò)單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)被測(cè)量零件旋轉(zhuǎn)一周，電機(jī)在零件旋轉(zhuǎn)一周后自動(dòng)結(jié)束。百分表測(cè)量頭緊靠被測(cè)零件表面并給予一定壓力，讀數(shù)通過(guò)單片機(jī)處理顯示測(cè)量結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)偏擺儀測(cè)量的全自動(dòng)。 圖2-3 全自動(dòng)偏擺儀統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 2.2全動(dòng)偏擺偏擺儀頂尖 回轉(zhuǎn)頂尖的種類(lèi)很多，我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候根據(jù)使用的具體情況選擇不同的回轉(zhuǎn)頂尖，回轉(zhuǎn)頂尖的耐磨性能很高，在使用回轉(zhuǎn)頂尖的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)損壞的情況，回轉(zhuǎn)頂尖經(jīng)常會(huì)使用在一些大型的設(shè)備中，我們?cè)谑褂没剞D(zhuǎn)頂尖的時(shí)候注意日常的維護(hù)，這樣可以保證機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 該設(shè)計(jì)選擇莫氏2號(hào)頂尖60°錐面對(duì)莫氏錐的徑向圓跳動(dòng)≤0.005mm， 頂尖軸線(xiàn)在100mm范圍內(nèi)對(duì)導(dǎo)軌的平行度（水平垂直方向）≤0.006mm。 2.3全自動(dòng)偏擺儀電機(jī) 全自動(dòng)偏擺儀需要使被測(cè)零件旋轉(zhuǎn)一周后停止，為了便于控制，本設(shè)計(jì)選用步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)使一種可以進(jìn)行精確角位移或者線(xiàn)位移的電動(dòng)機(jī)，它的工作原理是，利用電磁鐵轉(zhuǎn)變電脈沖信號(hào)。在近些年來(lái)，步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制裝置中。比如在加工復(fù)雜零件時(shí)，常常把被加工零件的各種行傳要求，打在穿孔紙帶上，輸入數(shù)字計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)在對(duì)這些信息進(jìn)行運(yùn)算后發(fā)出脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)隨著脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度或者一定線(xiàn)位移，最終達(dá)到自動(dòng)加工零件的目的，這也是數(shù)控機(jī)床的控制原理。步進(jìn)電機(jī)的這種便于控制的特性為形狀復(fù)雜和加工高精度要求的零件提供了方便，更大大提高了零件加工的質(zhì)量和效率。 在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須要計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和電機(jī)軸上的負(fù)載，并計(jì)算各種工況下所需的轉(zhuǎn)矩，然后根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)動(dòng)作的頻率特性。負(fù)載慣性傳動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)之一對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的選擇和傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)具有重要意義。如果負(fù)載慣性與電機(jī)不匹配，系統(tǒng)將不能快速響應(yīng)甚至讓步。 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其地位相當(dāng)于剛體平動(dòng)中的質(zhì)量，是衡量剛體抵抗旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性的物理量，或者理解為質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)形式。在選擇步進(jìn)電機(jī)是，我們必須計(jì)算出負(fù)載在電機(jī)主軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算例句，再根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大精專(zhuān)局和啟動(dòng)頻率特性才能選擇合適的電機(jī)。首先，步進(jìn)電機(jī)的選擇和傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)是非常重要的。如果慣性和電機(jī)的匹配不當(dāng)，系統(tǒng)就不能得到快速響應(yīng)甚至失敗。因此，在計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，必須考慮多個(gè)方面，選擇合適的電機(jī)是重要的一步。它直接決定了設(shè)計(jì)的成敗。選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟： 圖2-4步進(jìn)電機(jī)選擇步驟 已知： 平均速度為0.2m/s，被測(cè)零件質(zhì)量為10kg 1.運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 正常情況下，步進(jìn)電機(jī)的加速時(shí)間為0.1—1s，本設(shè)計(jì)取極速時(shí)間為0.1s，因此加減速時(shí)間總共為0.2s。 根據(jù)加速度易知，再加減速過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)的平均速度為其最大速度的一半。 圖2-5 =0.4m (2-1) =2.11m/ (2-2) 加速長(zhǎng)度 =0.0106m (2-3) 勻速長(zhǎng)度 (2-4) 2.動(dòng)力學(xué)計(jì)算 拉力 (2-5) =9.8N (2-5) =21.1N (2-7) =30.9 (2-8) 設(shè)直徑Φ＝30 mm =94.2mm (2-10) =9.44 (2-11) =2.24m/s (2-12) 圖2-6 第2級(jí)主動(dòng)輪直徑?。? 第1級(jí)主動(dòng)輪直徑?。? 傳動(dòng)比?。篿 ＝ 1 ：3 =6.72r/s (2-13) 驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù) (2-14) 細(xì)分?jǐn)?shù)為4 實(shí)際脈沖當(dāng)量 =0.04mm0.05mm (2-15) 滿(mǎn)足重復(fù)定位誤差 3.計(jì)算力矩，選擇步進(jìn)電機(jī)型號(hào) =0.4635Nm (2-16) =0.155Nm (2-17) 取安全系數(shù)為2 電機(jī)力矩=0.310Nm 選57HS09，其靜力矩為0.9 Nm。 2.4百分表 百分表是一種萬(wàn)能長(zhǎng)度測(cè)量工具，由精密齒條和小齒輪機(jī)構(gòu)組成。它通常由彈簧絲、測(cè)量桿、探針、齒條、齒輪、防震彈簧、圓盤(pán)和指針組成。美國(guó)的B.C.艾姆斯在1890制造了表盤(pán)式量規(guī)。長(zhǎng)度測(cè)量通常用于形狀和位置誤差和小位移?？潭缺P(pán)的刻度盤(pán)用100個(gè)等刻度尺打印，也就是說(shuō)，每個(gè)刻度相當(dāng)于移動(dòng)0.01毫米的測(cè)量桿。如果在圓形刻度盤(pán)上印有100或200個(gè)等分，則每個(gè)分區(qū)為0.001毫米或0.002毫米。這種測(cè)量工具稱(chēng)為百分表。改變探頭形狀并匹配相應(yīng)的支架。百分表可制成其他變形品種，如深度刻度盤(pán)、內(nèi)徑百分表和厚度計(jì)。如果使用杠桿代替機(jī)架，則可以制作百分表和杠桿千分表。指示范圍小，靈敏度高。此外，它們的探針可以以一定的角度旋轉(zhuǎn)，可以適應(yīng)不同的方向和結(jié)構(gòu)緊湊。它們適用于用普通百分表測(cè)量難以測(cè)量的小孔、外圈和溝槽的位置和形狀誤差。 百分表的工作原理,是移動(dòng)由測(cè)量尺寸引起的測(cè)量桿的微小直線(xiàn)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)放大它，并將其轉(zhuǎn)換成刻度盤(pán)上指針的旋轉(zhuǎn)，從而讀出被測(cè)尺寸的大小。百分表是一種利用齒條或杠桿齒輪將測(cè)量桿的直線(xiàn)位移導(dǎo)入指針的角位移的測(cè)量?jī)x器。 2.5全自動(dòng)偏擺儀底座基本參數(shù)的估算 全自動(dòng)偏擺儀底座主要起支撐作用。底座應(yīng)具有良好的機(jī)械性能和物理性能。因此，全自動(dòng)偏擺儀的底座要有一定的耐磨性，耐高溫和耐低溫和耐腐蝕特性，來(lái)保證儀器測(cè)量準(zhǔn)確度。 全自動(dòng)偏擺儀就是在測(cè)量和檢測(cè)過(guò)程中，為檢測(cè)軸，齒輪等零件的徑向尺寸公差，達(dá)到生產(chǎn)所需要的精度，保證機(jī)械傳動(dòng)的平穩(wěn)性，應(yīng)避免測(cè)量軸向尺寸過(guò)大，質(zhì)量過(guò)大的零件。因此設(shè)計(jì)為被測(cè)零件最大直徑270mm，被測(cè)零件長(zhǎng)度小于300mm。 2.6偏擺檢查儀測(cè)量底座的改進(jìn)設(shè)計(jì) 圖2-8 1.左頂心支架 2.百分表底座3.導(dǎo)軌4.右頂心支架 圖2-9改進(jìn)的測(cè)量平臺(tái)構(gòu)圖 1.手柄 2. 進(jìn)給刻度表 3.5. 螺旋絲杠 4.移動(dòng)導(dǎo)軌6.平臺(tái)底座 在測(cè)量時(shí)，全自動(dòng)偏擺儀的百分表需要經(jīng)過(guò)多次調(diào)整側(cè)新呢過(guò)準(zhǔn)確地移動(dòng)到預(yù)定位置，這樣測(cè)量精度就不能保證，并且會(huì)浪費(fèi)測(cè)量時(shí)間。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須對(duì)偏擺儀的底座進(jìn)行一些改進(jìn)。在偏擺儀的導(dǎo)軌上安裝一個(gè)檢測(cè)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)可以供百分表位置微調(diào)，能夠讓百分表迅速調(diào)整，準(zhǔn)確定位，縮短調(diào)整時(shí)間，完成測(cè)量任務(wù)。 在使用全自動(dòng)偏擺儀測(cè)量粥類(lèi)零件徑向跳動(dòng)誤差是，要進(jìn)行左右移動(dòng)定心支架來(lái)固定轉(zhuǎn)子，還要對(duì)數(shù)顯百分表進(jìn)行上線(xiàn)，左右方向上進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)鑄造來(lái)制作偏擺儀的底座,鑄造工藝設(shè)計(jì)如下。 2.6.1鑄造工藝分析 （1）零件圖分析 零件圖要清晰準(zhǔn)確，根據(jù)零件圖上各部分的尺寸和結(jié)構(gòu)分析是否符合鑄造工藝性，另外還要考慮底座鑄造后產(chǎn)生的主要缺陷。 偏擺儀底座材料選擇為HT-200 （2）零件的技術(shù)要求 在澆鑄時(shí)不能出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象。鑄造完成后去除內(nèi)應(yīng)力，鑄件內(nèi)部不能出現(xiàn)縮松縮孔現(xiàn)象，保證鑄件的力學(xué)性能。清理鑄件表面，去除毛刺、飛邊及冒口，重要的工作面形狀清晰，不出現(xiàn)縮松縮孔等缺陷。 （3）鑄件材料 鑄件材料的選擇取決于零件的工作條件、技術(shù)狀況和經(jīng)濟(jì)成本等，本設(shè)計(jì)采用球墨鑄鐵鑄件，底座在整個(gè)偏擺儀的檢測(cè)中主要起支撐作用，符合全自動(dòng)偏擺儀的工作條件。 2.6.2鑄造的工藝方案 （1）鑄造方法的確定 鑄造方法有很多，根據(jù)實(shí)際情況，偏擺儀底座鑄造選擇使用砂型鑄造。在機(jī)器造型和手工造型上選擇使用手工造型。鑄型種類(lèi)為自硬砂。 （2）澆鑄位置的確定 鑄件分型面的選擇原則：鑄件的大端面和重要加工表面應(yīng)盡可能朝下，避免出現(xiàn)夾渣或氣孔等缺陷；鑄件的薄壁應(yīng)放在鑄型的下方或者側(cè)立位置，從而避免產(chǎn)生冷隔和澆不足的現(xiàn)象；應(yīng)盡量避免使用活塊或型芯；應(yīng)盡可能將大部分或者整個(gè)鑄件置于一個(gè)砂箱內(nèi)。 所以，全自動(dòng)偏擺儀的底座鑄件分型面選取如圖所示 圖2-10 2.6.3技工工藝參數(shù) （1）確定加工余量 查詢(xún)表表序號(hào)，加工余量等級(jí)為11-14，取12。 表2-11 公差等級(jí)CT 方法 鑄件材料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 砂型鑄造手工造型 11-14 11-14 11-14 11-14 10-13 10-13 砂型鑄造機(jī)器造型和殼型 8-12 8-12 8-12 8-12 8-10 8-10 金屬型鑄造(重力鑄造、低壓鑄造) 8-10 8-10 8-10 8-10 7-9 根據(jù)偏擺儀底座尺寸和加工余量等級(jí)，定基本公差值為10。 根據(jù)表2-11和表2-12。取鑄件的加工余量等級(jí)為F，查得上端面機(jī)械加工余量為2.5mm，?90孔上端面機(jī)械加工余量為1.5mm。 表2-12 方法 要求的機(jī)械加工余量等級(jí) 鑄件材料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 砂型鑄造手工造型 G-K F-H F-H F-H 砂型鑄造機(jī)器造型和殼型 F-H E-G E-G E-G 金屬型造型 D-F D-F D-F 最大尺寸 要求的機(jī)械加工余量等級(jí) 大于 至 E F G H 40 0.4 0.5 0.5 0.7 40 63 0.4 0.5 0.7 1 63 100 0.7 1 1.4 2 100 160 1.1 1.5 2.2 3 160 250 1.4 2 2.8 4 250 400 1.4 2.5 3.5 5 400 630 2.2 3 4 6 （2）最小鑄造圓角半徑取3 （3）鑄造收縮率取1% 2.6.4設(shè)計(jì)澆鑄系統(tǒng) 澆鑄位置選擇原則：逐漸的大端面和重要工作表面應(yīng)置于型腔地面或者側(cè)面；分型面應(yīng)放在收縮率大的部分的附近，以方便設(shè)置冒口。本設(shè)計(jì)選擇垂直澆鑄。并根據(jù)偏擺儀底座鑄件的大小選擇封閉式澆鑄系統(tǒng)。冒口補(bǔ)償鑄件收縮，減少縮松縮孔，條件應(yīng)滿(mǎn)足 (2-18) (2-19) 式中——冒口體積 ——鑄件體積 ——型壁移動(dòng)所擴(kuò)大的體積 ——體收縮率 ——冒口補(bǔ)縮效率 2.7頂尖座 全自動(dòng)偏擺儀頂尖座用于固定頂尖，兩頂尖座要保證頂尖在同一軸線(xiàn)上，頂尖座同上述全自動(dòng)偏擺儀底座累，采用鑄造方式加工出來(lái)。 2.7.1鑄造工藝分析 （1）零件圖分析 零件圖要清晰準(zhǔn)確，根據(jù)零件圖上各部分的尺寸和結(jié)構(gòu)分析是否符合鑄造工藝性，另外還要考慮底座鑄造后產(chǎn)生的主要缺陷。 偏擺儀頂尖座材料選擇為HT-200 （2）零件的技術(shù)要求 在澆鑄時(shí)不能出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象。鑄造完成后去除內(nèi)應(yīng)力，鑄件內(nèi)部不能出現(xiàn)縮松縮孔現(xiàn)象，保證鑄件的力學(xué)性能。清理鑄件表面，去除毛刺、飛邊及冒口，重要的工作面形狀清晰，不出現(xiàn)縮松縮孔等缺陷。 （3）鑄件材料 鑄件材料的選擇取決于零件的工作條件、技術(shù)狀況和經(jīng)濟(jì)成本等，本設(shè)計(jì)采用球墨鑄鐵鑄件，頂尖座在整個(gè)偏擺儀的檢測(cè)中主要起固定頂尖作用，符合全自動(dòng)偏擺儀的工作條件。 2.7.2鑄造的工藝方案 （1）鑄造方法的確定 鑄造方法有很多，根據(jù)實(shí)際情況，偏擺儀頂尖座鑄造選擇使用砂型鑄造。在機(jī)器造型和手工造型上選擇使用手工造型。鑄型種類(lèi)為自硬砂。 （2）澆鑄位置的確定 全自動(dòng)偏擺儀的頂尖座鑄件分型面選取如圖所示 2.7.3技工工藝參數(shù) （1）確定加工余量 查詢(xún)表2-9，加工余量等級(jí)為11-14，取12。 根據(jù)偏擺儀底座尺寸和加工余量等級(jí)，定基本公差值為10。 根據(jù)表2-10，取鑄件的加工余量等級(jí)為F，查得上端面機(jī)械加工余量為2.5mm。 圖2-13 2.8頂尖座頂尖孔的加工工藝設(shè)計(jì) 全自動(dòng)偏擺儀尖孔的直徑小于60mm，因此，頂尖孔不能直接鑄造出來(lái)，需要鏜孔。 2.8.1選擇定位基準(zhǔn) 加工零件時(shí)，用來(lái)作定位的基準(zhǔn)叫定位基準(zhǔn)。選擇定位基準(zhǔn)的正確與否，對(duì)零件的技術(shù)要求、加工工序順序的確定起著關(guān)鍵的作用。定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，一般將毛坯上的還沒(méi)有加工的表面作為基準(zhǔn)，叫粗基準(zhǔn)；后面用加工過(guò)得表面作為基準(zhǔn)，叫精基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選用，一般先根據(jù)零件的加工要求選擇精基準(zhǔn)，再選擇一個(gè)表面作為粗基準(zhǔn)，先利用粗基準(zhǔn)將精基準(zhǔn)的表面加工出來(lái)。 （一）如何選擇精基準(zhǔn) 基準(zhǔn)重合原則：加工時(shí)可以選擇要加工的表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)當(dāng)做定位基準(zhǔn)，能夠防止因?yàn)榛鶞?zhǔn)不重合造成的誤差。 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則:每個(gè)工序選擇的基準(zhǔn)盡量相同，可以避免由于換基準(zhǔn)造成的誤差。 互為基準(zhǔn)原則:如果兩個(gè)表面的位置精度要求很高，形狀精度要求也很高，這時(shí)可以用這兩個(gè)表面作彼此的基準(zhǔn)，進(jìn)行后續(xù)的多次加工； 自為基準(zhǔn)原則:當(dāng)一個(gè)某個(gè)工序要求的加工余量很小，可以將加工表面作為自己的基準(zhǔn)； 粗基準(zhǔn)選擇原則 粗基準(zhǔn)一般是第一道工序選擇的定位基準(zhǔn)，主要是為了加工精基準(zhǔn)平面，方便后續(xù)的加工，選擇要遵循以下原則： 保證相互位置要求的原則。當(dāng)工件上存在不需要被加工的平面時(shí)，在滿(mǎn)足條件的情況下，可以選擇該平面為粗基準(zhǔn)，這樣可以使得兩個(gè)表面之間的相互位置關(guān)系得到保證； 合理分配加工余量的原則。選擇重要的表面當(dāng)做粗基準(zhǔn)，可以確保加工余量均勻； 便于工件裝夾原則。粗基準(zhǔn)平面要盡量平和光整，不要有缺陷，這樣可以使工件裝夾穩(wěn)定，可靠； 粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用原則。由于粗基準(zhǔn)的平面很粗糙，故通常粗基準(zhǔn)在同一尺寸方向上只允許用一次，重復(fù)使用會(huì)使誤差變大，影響加工。 故選擇?52的大平面為粗基準(zhǔn)。 2.8.2表面加工方法的選擇 一個(gè)工件的加工表面通常要經(jīng)過(guò)多道工序加工才能符合要求，故加工方法的選擇對(duì)加工表面的精度要求影響很大，對(duì)后續(xù)和之前的加工影響也很大。 加工方法的選擇原則: 1.選擇的加工方法的經(jīng)濟(jì)性要確保符合所要求的精度和粗糙度； 2.能確保工件的形狀精度和位置精度； 3.確保零件的可加工性； 4.要適應(yīng)零件的生產(chǎn)類(lèi)型。 2.8.3加工階段的劃分 1.加工表面要求的精度不同，加工階段的劃分也不同，主要有以下加工階段： 2.粗加工階段，在粗加工階段，主要時(shí)切除被加工表面的余量的大部分； 3.半精加工階段，除去粗加工時(shí)，表面上留下的一些誤差，為后續(xù)的精加工做好準(zhǔn)備； 4.精加工階段，保證工件的各項(xiàng)要求都符合零件圖上所要求的。 2.8.4加工順序安排 切削加工順序的安排：先粗后精，先主后次，先面后孔，基面先行。 2.8.5確定切削用量及時(shí)間定額 確定切削用量 工序1——粗銑左側(cè)端面 確定背吃刀量，取ap=2mm； 確定進(jìn)給量，取=0.13mm/z 銑削速度按照d/z=100/5，=0.13mm/z，選取銑削速度v=135m/min 由 (2-21) 可知，n=429.9r/min,取n=380r/min,故實(shí)際銑削速度v=nπd/1000=119.3m/min。 表2-14硬質(zhì)合金面銑刀銑削平面的進(jìn)給量 要求達(dá)到的粗糙度Ra/μm 3.2 1.6 0.8 0.4 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量/(mm/r) 0.5`1 0.4`0.6 0.2`0.3 0.15 當(dāng)n=380r/min,工作臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量為： =×z×n==247mm/min (2-22) 由式 (2-23) 可知取=0.03d； 故 =10.2mm 取=10.2mm； 取=1mm則基本時(shí)間： =1min=60s (2-24) 輔助時(shí)間由式 (2-25) 取=0.15×60=90s 其他時(shí)間 9%×（359+52.5）=36s (2-26) 故工序1的單件時(shí)間為 (2-27) 工序2——粗車(chē)右側(cè)端面 頂尖座兩邊對(duì)稱(chēng)，其工序與工序一相同。 工序3——精車(chē)左端面 表2-16 機(jī)床功率/kW 鋼 鑄鐵及銅合金 每齒進(jìn)給量/(mm/z) YT15 YT5 YG6 YG8 5`10 0.09`0.18 0.12`0.18 0.14`0.24 0.20`0.29 >10 0.12`0.18 0.16`0.24 0.18`0.28 0.25`0.38 （1）背吃刀量：ap=0.5mm； （2）進(jìn)給量:f=0.4mm; （3）切削速度:v=90m/min;則n=（1000x90）/（3.14x454）=63r/min; 由公式 (2-29) 計(jì)算得=13.6s; 輔助時(shí)間：=0.15x13.6=2S; 其他時(shí)間：=18.4s 單件時(shí)間定額：=33.6s。 工序4——精銑左端面 （1）確定背吃刀量：取ap=0.5mm （2）確定進(jìn)給量：取=0.5mm/r,即=0.04mm/z； （3）計(jì)算銑削速度：確定銑削速度v=66mm/min。計(jì)算=84r/min;取轉(zhuǎn)速n=95r/min.則實(shí)際銑削速度為=74.5m/min。 由公式計(jì)算出 =0.04×2.5×95=95mm/min (2-30) =203mm,=15mm,=1mm上述結(jié)果代入公式有 =2.3min=138s (2-31) 輔助時(shí)間由式 (2-32) 取=0.15×138=21s 其他時(shí)間 9%×（138+21）=14s (2-33) 故工序1的單件時(shí)間為 (2-34) 工序5——精車(chē)?14孔上端面 （1）背吃刀量：ap=1.5mm; （2）進(jìn)給量：f=0.4mm/r; （3）切削速度：確定V=90m/min;則n=1000x90/3.14x454=63r/min; 由公式 =54.7s (2-35) 輔助時(shí)間：=0.15x54.7=8.2s; 其他時(shí)間：=5.6s 單件時(shí)間定額：=68.5s。 工序6——粗鏜?14孔 （1）粗鏜?14孔工步 （2）背吃刀量ap=1.5mm； （3）進(jìn)給量;取f=1mm/r; （4）切削速度：由表4-4確定v=40m/min,則n=1000x40/3.14x90=318r/min; 由公式 (2-36) 得 輔助時(shí)間：=0.15x9.2=1.4s; 其他時(shí)間：=0.9s 單件時(shí)間定額：=11.5s。 表2-17硬質(zhì)合金鏜刀鏜孔的切削用量 加工工序 刀具類(lèi)型 鑄鐵 鋼（鑄鋼） V/(m/min) f/(mm/r) V/(m/min) f/(mm/r) 粗鏜 刀頭 40~80 0.3~1.0 40~60 0.3~1.0 鏜刀塊 35~60 0.3~0.8 - - 半精鏜 刀頭 60~100 0.2~0.8 80~120 0.2~0.8 鏜刀塊 50~80 0.2~0.6 - - 精鏜 刀頭 50~80 0.15~0.5 60~100 0.15~0.5 鏜刀塊 20~40 1.0~4.0 - - 工序7——半精鏜?14孔 半精鏜?14孔 （1）背吃刀量ap=0.8mm； （2）進(jìn)給量;取f=0.8mm/r; （3）切削速度：由表4-4確定v=60m/min;則n=1000x60/3.14x90=212r/min; 由公式 (2-37) 得 輔助時(shí)間：=0.15x17=2.6s; 其他時(shí)間：=1.7s 單件時(shí)間定額：=21.3s。 工序8——精鏜?14孔 精鏜?14孔 （1）背吃刀量ap=0.2m； （2）進(jìn)給量;取f=0.5mm/r; （3）切削速度：由表4-4確定v=80m/min;則n=1000x80/3.14x90=283r/min; 由公式 (2-38) 得 其他時(shí)間：=2.1s 單件時(shí)間定額：=25.9s。 3全自動(dòng)偏擺儀的改進(jìn)設(shè)計(jì)與分析 3.1全自動(dòng)偏擺儀的分析設(shè)計(jì) 全自動(dòng)偏擺儀的設(shè)計(jì)與仿真需要計(jì)算機(jī)輔助分析。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)包含計(jì)算機(jī)技術(shù)和共分析。 3.2 對(duì)全自動(dòng)偏擺儀所測(cè)量工件創(chuàng)建載荷 改進(jìn)偏擺儀，應(yīng)利用軟件對(duì)偏擺儀設(shè)計(jì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，能夠通過(guò)模擬真實(shí)環(huán)境，觀察工作狀況，發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題并進(jìn)行提前修改優(yōu)化，以驗(yàn)證全自動(dòng)偏擺儀的功能和測(cè)量結(jié)果的可靠性，減少實(shí)際制造中的困難，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高設(shè)計(jì)的可用性。 圖3-1 偏擺檢查儀的受力圖 偏擺儀被測(cè)工件的受力為： 圖3-2 軸類(lèi)零件的應(yīng)力分析 1、確定控制面與分段 利用內(nèi)力進(jìn)行受力分析，在假象面C出斷開(kāi)，取左端為研究對(duì)象，對(duì)左邊進(jìn)行受力分析，在截面上畫(huà)出彎矩和剪力的正方向。如圖 圖3-3 A C段受力分析 2、建立Axy坐標(biāo)系 以梁的軸類(lèi)零件左端A為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立Axy直角坐標(biāo)系，如圖 圖3-4 AD段受力分析 3、計(jì)算彎矩方程和剪力方程 AC段：由平衡方程 即 (3-1) 即 (3-2) 式中——表示在y軸方向的分力 ——表示力矩 解得 AD段：由平衡方程 即 (3-3) 即 (3-4) 解得 （3） 剪力與彎矩圖 圖3-5 剪力圖 圖3-6 彎矩圖 在剪力和彎矩圖中，我們?nèi)菀卓闯霰粶y(cè)量零件收到的剪力恒定，收到的彎矩在C點(diǎn)最大。 3.3 安裝情況對(duì)測(cè)量精度的影響 軸類(lèi)桿件零件在工程結(jié)構(gòu)中承受載荷大都沿著軸線(xiàn)方向，這種軸向載荷叫做軸向載荷。這類(lèi)零件在外力作用下會(huì)產(chǎn)生壓縮或者拉伸作用。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要保證偏擺儀的機(jī)構(gòu)和構(gòu)件具備足夠的剛度和強(qiáng)度。剛度表示構(gòu)件或零部件在外力作用下抵抗塑性變形的能力。強(qiáng)度表示在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱(chēng)為強(qiáng)度。 安裝時(shí)，左邊頂尖和右邊頂尖軸線(xiàn)重合。安裝如圖 圖3-7 正常安裝情況 3.4表架剛度對(duì)測(cè)量精度的影響 在測(cè)量時(shí)，如果百分表表架剛度不足，則表架會(huì)受到一定的力使其變形，從而影響偏擺儀的測(cè)量精度。材料的剛度是指材料在收到外力作用是，材料能夠保持原來(lái)形狀不變形的能力。材料在受力后發(fā)生變形，此時(shí)受力的大小為材料的剛度。材料的剛度主要取決有材料自身的性質(zhì)，另外還與材料的形狀，邊界條件和受力形式有關(guān)。在全自動(dòng)偏擺儀的檢測(cè)中，數(shù)顯百分表與被測(cè)零件接觸的牢固與否決定了本設(shè)計(jì)的成敗，因此材料的結(jié)構(gòu)與剛度設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)非常重要的工作。 （1）數(shù)顯百分表與被測(cè)零件表面不垂直 在實(shí)際操作過(guò)程中，百分表可能經(jīng)常出現(xiàn)與被測(cè)零件表面不垂直的現(xiàn)象。百分表與被測(cè)零件表面的傾斜度越大，讀書(shū)誤差就越大。當(dāng)百分表傾斜角度小于15度是，百分表讀數(shù)誤差一般會(huì)小于5%。百分表與被測(cè)零件表面不垂直，導(dǎo)致讀數(shù)的偏差均大于實(shí)際值。這種問(wèn)題導(dǎo)致的測(cè)量錯(cuò)誤在實(shí)際測(cè)量中屬于常見(jiàn)現(xiàn)象，應(yīng)盡量避免。 （2）表架撓度 支撐數(shù)顯百分表的表架及百分表的重力會(huì)使懸垂的表架產(chǎn)生彈性變形，從而向下產(chǎn)生彎曲，這種變形叫做表架撓度。這種撓度的存在會(huì)影響百分表的讀數(shù)，所以安裝時(shí)應(yīng)盡量避免表架和加長(zhǎng)桿的影響。 4電氣控制設(shè)計(jì) 4.1電氣控制系統(tǒng)方案的確定 圖4-1 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖 該系統(tǒng)主要包含步進(jìn)電機(jī)和適合于相位的驅(qū)動(dòng)電路。由上圖可以看出，將由數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖驅(qū)動(dòng)電路變換并放大傳送給步進(jìn)電機(jī)，隨后，步進(jìn)電機(jī)在接受到脈沖后旋轉(zhuǎn)一定角度，再通過(guò)齒輪副和頂尖帶動(dòng)被測(cè)零件轉(zhuǎn)動(dòng)。指令脈沖的頻率和個(gè)數(shù)，決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過(guò)的角度。由此可見(jiàn)，對(duì)于改造設(shè)計(jì)的全自動(dòng)偏擺儀的被測(cè)零件的旋轉(zhuǎn)指令，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)非常合適。該系統(tǒng)具有很高的可靠性，并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維修方便，成本低廉，具有較高的精度。 4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)體的聯(lián)接 全自動(dòng)偏擺儀，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)與頂尖相聯(lián)接。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與頂尖的聯(lián)接的方法有兩種。第一種連接方法是將頂尖與步進(jìn)電機(jī)直接連接，但此方法脈沖當(dāng)量不是5的倍數(shù)。第二種是步進(jìn)電機(jī)連接減速器，頂尖再與減速器進(jìn)行連接。該設(shè)計(jì)選擇采用第二種鏈接方法。 4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)使一種可以進(jìn)行精確角位移或者線(xiàn)位移的電動(dòng)機(jī)，它的工作原理是，利用電磁鐵轉(zhuǎn)變電脈沖信號(hào)。在近些年來(lái)，步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制裝置中。比如在加工復(fù)雜零件時(shí)，常常把被加工零件的各種行傳要求，打在穿孔紙帶上，輸入數(shù)字計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)在對(duì)這些信息進(jìn)行運(yùn)算后發(fā)出脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)隨著脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度或者一定線(xiàn)位移，最終達(dá)到自動(dòng)加工零件的目的，這也是數(shù)控機(jī)床的控制原理。步進(jìn)電機(jī)的這種便于控制的特性為形狀復(fù)雜和加工高精度要求的零件提供了方便，更大大提高了零件加工的質(zhì)量和效率。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)包含光隔離電路和脈沖放大器。其驅(qū)動(dòng)原理框圖如下圖所示。 圖4-2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)原理框圖 4.4脈沖分配器 脈沖信號(hào)源是由CNC系統(tǒng)根據(jù)程序控制脈沖頻率和頻率的個(gè)數(shù)，脈沖分配器將脈沖信號(hào)按一定順序分配；然后送到放大電路中進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作，其中脈沖分配器及前面的微機(jī)及接口芯片，工作電平一般為+5V， 而作為電動(dòng)機(jī)電源需要符合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)要求的額定電壓值。為避免強(qiáng)電對(duì)弱電的干擾，在它們之間設(shè)計(jì)采用光隔離電路。具體電路如下面所設(shè)計(jì)的。 對(duì)于開(kāi)環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)中，我們?cè)O(shè)計(jì)采用單片機(jī)脈沖分配器，如下圖5所 設(shè)計(jì)的8051單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制電路。 圖4.3 8051單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制原理框圖 8051單片機(jī)的P1口作為輸出口，用程序?qū)崿F(xiàn)脈沖分配功能。對(duì)于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，用P1.0，P1.1，P1.2作為輸出端，經(jīng)光電隔離電路，再由驅(qū)動(dòng)電路放大來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于我們改造設(shè)計(jì)的C616 車(chē)床的縱向伺服進(jìn)給單元機(jī)電一體化改造，選擇的是 三相六拍的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)——110BF003。因此，按三相六拍的步電動(dòng)機(jī)的通電順序，可以得出P1口的輸出控制字表如下表2所示。由表2可見(jiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第一個(gè)狀態(tài)字為01H，從上而下輸出控制字，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。假設(shè)這些控制字存在，根據(jù)狀態(tài)字在存儲(chǔ)器地址以及讀取控制字的順序，可以畫(huà)出三相六拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制程序框圖如下圖。 表4-4 P1口輸出控制字 轉(zhuǎn)向 通電順序 D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0 控制字 正轉(zhuǎn) A 0 0 1 01H AB 0 1 1 03H B 0 1 0 02H BC 1 1 0 06H C 1 0 1 04H CA 1 0 0 05H 假設(shè)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)總的運(yùn)行參數(shù)放在R4，轉(zhuǎn)向標(biāo)志存放在程序狀態(tài)寄存器用戶(hù)標(biāo)志FI（D5H）中，當(dāng)F1為“0”時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)時(shí)，8051的P1口的輸出控制字01H，03H，02H，06H，04H，05存放在8051的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元20H～25H中，26H 存放結(jié)束標(biāo)志00H。在2DH單元內(nèi)存放結(jié)束標(biāo)志00H。根據(jù)前面的控制程序表2和圖（7）的控制程序控制框圖，以及全自動(dòng)偏擺儀要去哦去電機(jī)一次只轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，我們可以編出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制程序，其控制程序如下。 void main() { maichong = 1O; while(maichong>O) { in1=O;in2=O;in3=1;in4=O;//1 Delay(5OOO); in1=O;in2=1;in3=O;in4=O; //2 Delay(5OOO); in1=O;in2=O;in3=O;in4=1; //3 Delay(5OOO); in1=1;in2=O;in3=O;in4=O; //4 Delay(5000); maichong--; } in1=O;in2=O;in3=O;in4=O; } FI（D5H）中，當(dāng)F1為“O”時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)時(shí)，8O51的P1口的輸出控制字O1H，O3H，O2H，O6H，O4H，O5存放在8051的片內(nèi)數(shù)據(jù)存假設(shè)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)總的運(yùn)行參數(shù)放在R4，轉(zhuǎn)向標(biāo)志存放在程序狀態(tài)寄存器用戶(hù)標(biāo)志儲(chǔ)器單元2OH～25H中，26H 存放結(jié)束標(biāo)志OOH。根據(jù)前面的控制程序表2和圖（7）的控制程序控制框圖，我們可以編出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速控制程序，其控制程序如下。 PUSH A； 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) M0V R4 #N 設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器 CLR C； 0RL C， D5H； 轉(zhuǎn)向標(biāo)志為“1”轉(zhuǎn)移 JC R0TE； M0V R0， #20H； 正轉(zhuǎn)控制字首地址 AJMP L00P；