三坐标测量机的机械结构设计及应用
摘要：从60年代初发明到现在，三坐标测量机（CMM）在制造业得到世界范围广泛应用，成为3D检测工业标准设备。三坐标测量技术得到迅速发展，而配套检测软件的发展，更是突飞猛进。最早的三坐标测量机只能显示XYZ坐标，而目前的各种检测软件几乎可以解决用户的绝大部分问题。软件日益成为影响用户使用好坏的关键所在。CMM测量软件发展趋势，对于传统的三坐标测量机检测来说，通常是设计部门提供二维图纸，检验部门根据图纸对工件进行尺寸及形位公差的检测。随着三维CAD软件的应用，越来越多的技术部门使用三维CAD建模技术进行设计。因此，各坐标机厂家纷纷推出了基于三维CAD技术的测量软件，直接将客户设计好的三维CAD模型导入测量软件进行检测。这样做的优点非常明显，不需要额外的图纸，理论值可以直接捕获，更可以进行测量仿真，测头干涉检查等，所以，受到用户的一致好评。基于CAD的测量成为目前三坐标测量软件的发展热点。
关键词: 三坐标测量机 传感器 三维 传动装置
目 录
摘要………………………………………………………………………………I
Abstract………………………………………………………………………II
1 绪论…………………………………………………………………………1
1.1 三坐标测量机的应用与发展…………………………………………1
1.2 三坐标测量机测量原理………………………………………………5
1.2.1 三坐标测量机的组成…………………………………………7
1.2.2 三坐标测量机的结构特点……………………………………7
1.3 设计要求………………………………………………………………8
2 三坐标测量机的总体设计方案……………………………………8
2.1 设计任务和内容………………………………………………………8
2.2 总体设计方案拟订……………………………………………………9
2.2.1 三坐标测量机机械部分设计…………………………………9
2.2.2 三坐标测量机电路部分设计………………………………10
2.3 参数的确定……………………………………………………………18
3 三坐标测量进给系统的设计计算………………………………19
3.1 动机的选择计算……………………………………………………19 3.1.1 调速电动机的容量的计算…………………………………19
3.1.2 步进电动机的概述…………………………………………19
3.1.3 步进电动机的容量的计算…………………………………20
3.2 轴概述 ………………………………………………………………20
3.2.1 轴的用途……………………………………………………20
3.2.2 轴的材料……………………………………………………21
3.2.3 轴的材料……………………………………………………21
3.3 轴的结构设计………………………………………………………21
3.3.1 拟定轴上零件的装配方案…………………………………22
3.3.2 轴上零件的定位 ……………………………………………22
3.3.3 轴的结构设计………………………………………………23
3.3.4 初步设计轴的最小直径.............................24
3.3.5 拟定轴上零件的装配方案…………………………………25
3.3.6 根据轴向定位的要求确定轴的个段直径和长度…………26
3.3.7 轴上零件的轴向定位………………………………………27
3.3.8 确定轴上圆角和倒角尺寸…………………………………27
3.4 丝杠螺母副的选用计算……………………………………………27
3.4.1 丝杠螺母的导程的确定……………………………………27
3.4.2 确定丝杠的等效转速………………………………………27
3.4.3 丝杠的等效负………………………………………………27
3.4.4 确定丝杠所受的最大动载荷Cax……………………………27
3.4.5 临界压缩负荷Fcr……………………………………………28
3.4.6 临界转速验算………………………………………………28
3.4.7 计算轴承动载荷……………………………………………29
3.4.8 丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率验算………………30
3.5 丝杠的扭转刚度……………………………………………………30
3.6 传动精度计算………………………………………………………31
3.7 导轨的选型及计算…………………………………………………32
3.7.1 滚动导轨的结构及配………………………………………32
3.7.2 滚动导轨副的预紧…………………………………………33
3.7.3 滚动导轨副润滑防护………………………………………33
3.8 横向伺服进给系统的设计计算（同以上方法）……………………33
3.9 纵向、横向的移动工作台的装配图（见附图1）…………………33
4 夹具的初步设计………………………………………………………34
4.1 载要…………………………………………………………………34
4.2 机床夹具的基本要求………………………………………………34
4.3 机床夹具概述………………………………………………………35
4.3.1 机床夹具的分类……………………………………………35
4.3.2 夹具的作用…………………………………………………35
4.3.3 夹具的组成…………………………………………………36
4.4 螺旋夹紧装置………………………………………………………37
4.4.1 螺旋夹紧力计算……………………………………………37
4.4.2 螺旋夹紧的自锁性能和传力系数…………………………38
4.5 螺旋夹紧机构的特点………………………………………………39
4.6 横向伺服系统和立拄的设计计算…………………………………39
结论 …………………………………………………………………………40
致谢 …………………………………………………………………………41
参考文献 …………………………………………………………………42
附录 …………………………………………………………………………43
参考文献
1.吕 明. 曾志心 张福润 《机械制造技术基础》. 第一版. 武汉理工大学出版社.出版年: 2001.6
2.姜玉田 《画法几何及机械制图》..黑龙江科技学院技术出版社 2002 6
3.谢红 《数控机床机器人——机械系统设计指导》 同济大学出版社 2004 6
4.沈忠 《 机械设计》 高等教育出版社 第七版 2001 6
5.杨树人 刘瑞平 编著 《Sensors in Manufacturing》 化学出版社 2005 6
6.李庆祥 王东生 《现代精密仪器设计》 清华大学出版社 2004 3
7.龚定安 《机床夹具设计原理》 西安 。陕西科学出版社 1978
8.王绍竣 《机械加工工艺手册》 北京：机械工业出版社 1991
9.丁年雄 《机械加工工艺词典》。北京：科学技术出版社。1978
10.刘文剑 《夹具工程师手册》。哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987
11.成大先 《机械设计手册》 。北京：化学工业出版社。 1997
12.东北重型机械学院等，《机床夹具设计手册》。上海：上海科学技术出版社，1998
13.王启平 《机械制造工艺学》。第三版 ，黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，1994
14.徐立华 《机械制造工程学》 。北京：兵器工业出版社， 1997
15.程耀东 《机械制造学》 北京：中央广播电视大学出版社，1994
116.韩秋时 《机械制造技术基础》 ，武汉：华中理工大学出版社，1999
17.凌振邦 《机械制造工程基础》 ，北京：轻工业出版社，1988
18.卢秉恒 《机械制造技术基础》 ，北京：机械工业出版社，1999
19.朱正心 《机械制造技术》， 北京：机械工业出版社，1999
20.郭炽盛等 《机械制造工程学》 ，广州：华南理工大学出版社，1997
