用于检测全跳动的偏摆检查仪设计

I用于检测全跳动的偏摆检查仪设计摘要：本课题拟对原有偏摆检查仪进行改进，扩展其功能，设计能满足检测径向和端面全跳动项目的实验装置。用以测量实际被测要素对理想回转面的允许变动量。解决了在实际使用对整个表面的形位公差综合控制，并且测量简便。本课题针对此问题设计了一种全新的偏摆检查仪，通过资料查询，文献参考，对原有的偏摆检查仪进行结构分析，设计出用于检测全跳动的偏摆检查仪。新的偏摆检查仪和原有的偏摆检查仪相比具有结构稳定，操作简单，精度高等优点。它不仅能反映单个测量面内被测要素轮廓形状的误差情况，而且能反映整个被测面上的误差。更加的贴近实际。本课题通过对偏摆检查仪的改进与设计，得出了偏摆检查仪能够提高企业生产效率，提高产品精度的结论。测量仪器的测量方式的改进，不仅可以提升机械加工生产的效率，而且可以极大的改善人们的工作形式，对建设科技强国也具有重要作用。关键词：全跳动； 偏摆检查仪；测量仪器。 IIBounce tester design for detecting full runoutAbstract：This subject intends to improve the original yaw tester, expand its function, and design an experimental device that can meet the radial and end-to-end full jerk. It is used to measure the allowable variation of the ideal revolution surface for the actual measured element. Solve the practical use of the whole surface of the geometric tolerance control, and measurement is simple.This subject has designed a new type of pendulum tester for this problem. Through data query and literature reference, the structural analysis of the original pendulum tester is designed to design a pendulum tester for detecting full runout. Compared with the original pendulum tester, the new pendulum tester has the advantages of stable structure, simple operation and high precision. It can not only reflect the error of the contour shape of the measured element in a single measurement plane, but also reflect the error of the entire measured surface. More close to reality.This subject through the improvement and design of the pendulum tester, concluded that the pendulum tester can improve the production efficiency of the company and improve the accuracy of the product. Improvements in the measurement methods of measuring instruments can not only improve the efficiency of mechanical processing and production, but also can greatly improve peoples working methods, and also have an important role in building a strong science and technology nation.IIIKeywords:Full beat，Bending tester，Measuring instrument目 录摘要 .IAbstractt.II1 绪 论 .11.1 研究的目的及意义 .11.2 国内外研究状况 .11.3 主要研究内容 .21.4 研究的方法及步骤 .22 结构设计 .32.1 全跳动偏摆检查仪的技术条件及其原理 .32.1.1 全跳动与全跳的公差的概念 .32.1.2 圆跳动的概念及与全跳动的区别 .32.1.3 各公差项目的详细检测方案 .42.2 偏摆检查仪的基本结构设计 .42.2.1 确定结构 .42.2.2 全跳动偏摆检查仪的工作原理 .52.3 底座与尾座的设计 .5IV2.4 测量机构的设计 .62.5 变换机构的设计 .62.6 位移传感器的选择 .63 设计计算 .83.1 电动机的设计 .83.1.1 电动机的容量 .83.1.2 电动机的转速 .83.2 计算传动装置的运动和动力参数 .83.2.1 传动装置的传动比 .83.2.2 各轴转速，输入功及扭矩 .93.3 齿轮的设计 .93.3.1 选定齿轮精度等级，材料，齿数和模数 .93.3.2 齿面接触强度计算 .93.3.3 按齿根弯曲疲劳强度设计 .103.3.4 几何尺寸计算 .123.4 滚珠丝杠的计算 .123.4.1 确定滚珠丝杠副的导程 .123.4.2 滚珠丝杠的载荷及转速计算 .123.4.3 估算丝杠的最大允许轴向变形量 .133.4.4 计算滚珠丝杠长度及螺纹底 X.133.4.5 确定滚珠丝杠副的规格代号 .144 精度与误差计算 .154.1 误差分析 .154.2 在垂直平面的直线度误差而引起的误差 .154.3 在水平面的直线度误差而引起的误差 .164.4 装置精度设计 .165 三维模型绘制 .185.1UG 绘图软件介绍 .185.1.1UG 介绍 .18V5.1.2UG 的特点 .185.2 零件的建模 .185.2.1 底座的建模 .185.2.2 头架的建模 .195.2.3 测量机构的建模 .205.3 零件的装配 .21结 论 .22参考文献 .23致 谢 .24附录 A 外文翻译 .25附录 B 三维装配图 .4011 绪 论1.1 研究的目的及意义在实际机械的加工生产的过程中，为了提高产品的精度以及质量，就必须运用某些特定的仪器对产品进行校核，而偏摆检查仪就是其中的一种。偏摆检查仪作用非常广泛，存在机械、电力、水利等多种行业，尤其是在机械制造业中具有极高的地位，它主要用于检测轴类零件的圆跳动误差。可以提高产品的精度与质量，实现高效率的生产。其中以重工业使用最为普遍，近些年来，民营企业的蓬勃发展，导致了社会需求的明显增加，这样一来使得偏摆检查仪在小企业的使用比例上占据了很大的比重，第三产业的快速发展也使得电子行业加入到这个队伍中。偏摆检查仪的制作工艺性较高，是直线度和平行度及垂直度为一体的检测型仪器，具有良好的耐磨性、使用寿命长、测量精度高等优点。市场上存在的偏摆检查仪大多为圆跳动偏摆检查仪，而圆跳动有着很大的局限性，它不能反映被测件所有面上的误差。圆跳动的概念决定了被测件的各个表面之间并没有建立起联系，而各个截面的读数是分开进行的。但是在实际的生产加工与使用过程中要求能够对被测件的各个表面的形位公差都能够进行控制，所以为了满足实际的需求。设计出作用于检测全跳动的偏摆检查仪就显得尤为重要。在原有偏摆检查仪结构上，扩展其功能，装置结构紧凑，操作方便，设计能满足检测径向和端面全跳动项目的实验装置。用于检测全跳动偏摆检查仪器能够将被测件各个表面上的轮廓误差情况反映出来，更加的贴近人们的实际需求。1.2 国内外研究状况我国的制造业发展迅速，带动了偏摆检查仪的市场发展，不仅社会需求快速增长，而且产品的出口量也持续增长。国家也出台了相关的政策，鼓励偏摆检查仪产业向高技术产品方向发展，企业对于市场的投资力度也逐渐增大。偏摆检查仪的市场也获得了国家和投资者的青睐，这样一来偏摆检查仪市场的前景也越来越好。目前为止美国与德国在偏摆检查仪生产规模在世界上一直处于领先地位。无论是精度还是工艺在世界上都受到一致的好评。我国距离全球顶尖制造还是有许多差距。根据机械大国得到经验，要想先进制造技术得到发展，必须先提高自身的2产品精度与质量，我国制造业正在向技术型制造转型，企业对于高精度产品的需求量越来越大。所以制造业产品精度的高低已经成为衡量国家实力的一个重要标志。2013-2017 年我国偏摆检查仪市场规模由 9 亿元增长至 27 亿元。并且增速常年保持在 25%以上。2018 年将是偏摆检查仪行业发展关键的一年，从国家层面来讲，新的政策和新的法规都陆续出台，不断的改善市场的发展环境。但是另一方面偏摆检查仪行业也面临着新的危机：严格的节能减排政策对市场的发展都产生了深刻的影响，另外还有通货膨胀、人民币升值等外部因素的影响，经济发展所带来的人力成本的提升也在不断的冲击着这个行业 1。1.3 主要研究内容互换性与测量技术、机械设计、计算机辅助设计及计算机辅助制造为一体。主要围绕结构设计，结构优化两方面进行。主要内容有：改进原有偏摆检查仪扩展其功能，使其可以测量物件全跳动。优化偏摆检查仪的操作使其实现自动化测量。对偏摆检查仪进行结构设计及主要零部件的计算。提高全跳动偏摆检查仪的精度，进行偏摆仪三维图的建模。本设计的主要内容有：通过阅读资料、文献、期刊研究并且掌握检测全跳动的偏摆检查仪的技术条件掌握其工作原理。熟悉其内部结构及主要零部件。确定检测全跳动的偏摆检查仪的基本结构。拟定出总体设计方案，绘制简图。对检偏摆检查仪的主要零件进行设计计算和校核。使用 UG 软件对偏摆仪的零件图进行建模与装配。1.4 研究的方法及步骤1.研究的方法：文献研究法：以查阅图书为主要手段，通过网络查询和数据库等手段进行辅助研究，进行资料的收集、数据的整理等工作。比较分析法：通过比较全跳动和圆跳动的区别，分析在检测过程中的个中测量办法。从中找出最佳的设计方案。2.研究的步骤： 第一阶段：通过阅读资料、文献、期刊研究检测全跳动的偏摆检查仪的技术条件及其原理；确定检测全跳动的偏摆检查仪的基本结构；第二阶段：对主要零件进行设计计算和校核；绘制检测全跳动的偏摆检查仪的装配图，绘制主要零件的工作图。第三阶段：绘制三维图；分析总结进行反思。主要解决的问题为：如何对原有的偏摆检仪进行改进实现检测全跳动。3如何提高偏摆检查仪的测量精度使其满足需求。结构需可靠性高、工作稳定，适应多种环境状况。2 结构设计2.1 全跳动偏摆检查仪的技术条件及其原理2.1.1 全跳动与全跳的公差的概念全跳动指的是被测件绕着基准轴线做回转运动时，测量仪器沿着 x 轴方向做匀速直线运动时，测量头上所读取到的最大值与最小值的差。全跳动公差是将测量机构与被测件进行接触，沿着被测件的径向作匀速直线运动。所允许的最大跳动量。由于测量方式与测量点的不同可具体分为三类：即斜向全跳动公差、径向全跳动公差和轴向端面全跳动公差。全跳动公差所表示的实际意义是由测量机构的测量位置与测量方向所决定的，可分为以下两种：(1)径向全跳动：当测量仪器的运动方向与基准轴线相互垂直的同时被测件绕基准轴线作持续的回转运动，使得测量装置与工件同时进行沿着轴向的相对运动，在被测件上所测得的各个点间的值。(2)端面全跳动：当测量装置的测量方向与基准轴线平行时，被测件围绕着基本轴做间断的回转运动，并且使测量装置与工件同时进行沿着径向的相对运动，在被测件上所测得的各个点间的值。2.1.2 圆跳动的概念及与全跳动的区别圆跳动指的是当测量机构固定不动时，被测件以基准轴线为参考基准进行回转运动且只转动一周，在给定的方向上偏摆检查仪上的测量机构所测得的最大数值与最小数值的差。圆跳动公差指的是测量机构和被测件进行无轴向运动的同时被测件在一个确定的固定参考点绕基准轴线旋转一周时，被测件所允许的最大误差。圆跳动公差适性没有限制，它可以用于被测件上任意位置。由于被测件的形状特征不同，且被测件的测量方向是根据实际需求所确定，所以圆跳动公差的种类也不同。由于测量方式的不同具体的分类也有所区别，可以分为以下三4类：端面的圆跳动公差、径向的圆跳动公差和斜向的圆跳动公差。而斜向圆跳动公差可分为两类：即给定角度和任意角度。圆跳动在测量结果的表达上具有很大的局限性，它只能反映出一个被测面上的轮廓形状误差状况，并不能反映整个被测面上所有的误差。因为在圆跳动的概念中并没有建立各个被测量面的联系，各个被侧面之间都是区分开的。但是在实际的生产加工中往往需要测量仪器能够控制被测件整体的公差。为了能够满足实际加工生产的需求，在测量时增加了全跳动公差这个概念。全跳动公差所反映的不只是单个被测面内被测件的轮廓形状的误差，并且能够反映出被测件上所有的被测面上的误差情况。更加贴切实际。2.1.3 各公差项目的详细检测方案各公差项目的详细检测方案：被测件做连续回转运动的同时，测量滑板固定不动。可以检测零的圆跳动误差；测量滑板固定不动且被测件做连续回转运动的同时，可以检测零件端面全跳动；测量滑板做 x 轴的匀速直线运动的同时，使被测件进行回转运动，可以检测被测件的轴向全跳动误差；测量滑板做轴向匀速直线运动的同时，被测件固定不动。可以检测被测件的直线度误差；被测件与测量滑板都被固定时，通过改变测量头的测量方向，可以检测被测件的平面度与端面圆跳动。2.2 偏摆检查仪的基本结构设计2.2.1 确定结构根据全跳动及全跳动公差的概念设计出用于检测全跳动偏摆检查仪的基本结构如图 2.1 所示：5图 2.1 全跳动偏摆检查仪的内部结构机械结构主要包括：头架、底座、测量滑板三大部分定位方法：通过顶尖法对被测件进行夹持定位。电机的选择：全跳动偏摆仪的左侧选择一个三相同步小功率电机，带动被测件进行回转运动。底座部分选择一个三相异步小功率电动机通过滚珠丝杠来实现测量机构沿着 x 轴做匀速直线运动。夹紧装置：全跳动偏摆仪的左侧顶尖为固定的顶尖不可移动，右侧顶尖为可伸缩式。主要目的是为了将不同尺寸的被测件夹紧。测量机构：测量机构的底部与导轨进行连接，测量机构与右侧的电动机通过滚珠丝杠链接实现发动机带动测量机构进行 x 轴的移动。偏摆检查仪是由铁素体+珠光体灰铸铁（HT150）铸造而成，为了消除整体的应力，通过多次回火处理可将其消除 80%以上，可以防止因为变形现象导致的精度误差。铸件需要经过龙门刨床的刨削和人工反复刮研工后，才能控制平行精度和直线度精度的值分别小于 0.01m 和 0.005m。偏摆仪的夹紧装置为了提高其效率所使用的是锥面莫氏 6 号顶尖。本设计仅能用于测量尺寸范围 20- 60 的轴类零件的全跳动公差的测量仪器，但是要设计用于测量尺寸较大的轴类零件的全跳动偏摆检查仪时，设计思路与方案也具有参考价值。2.2.2 全跳动偏摆检查仪的工作原理使用顶尖法将被测件夹紧，利用左侧的三相同步小功率电机带动顶尖使被测件进行回转运动，且可以进行双速变换。根据被测件的实际的大小可以提供所需要的高回转运动或者低速回转运动，将被测件通过夹紧装置进行夹紧后，6测量机构通过偏摆检查仪右侧的三相异步小功率电动机通过滚珠丝杠带动测量机构进行 x 轴方向的移动。将测量装置上的指示器与被测量表面进行接触，然后使测量装置沿着 x 轴方向做匀速直线运动。通过改变测量机构上的变换机构（弹簧铁）的位置实现在被测件长度范围内测量其轴向全跳动和径向全跳动。在测量装置的所测量的范围内，指示器上读取到的最大值与最小值之差，即为零件的端面全跳动误差。2.3 底座与尾座的设计电动机利用一个高精度的丝杠螺母带动测量装置，使其能够在导轨上实现平稳的移动，在底座上装有一个刻度尺，能够在偏摆仪进行测量时准确的读出测量装置的相对位置，对于导轨的要求有以下几点：导轨应当具有较高的精度，良好的直线度。导轨本身不会对测量的结果产生较大的影响；要具有足够的承载能力；在安装方面要方便、在使用方面要足够便捷。能够使检测装置平稳的运动，不会产生爬行现象；导轨的精度为 10m/100mm。导轨采用燕尾封闭式导轨，由平导轨和侧导轨两部分组和而成，平导轨平面度的平面度较高，而侧导轨具有较高的平行度。采用高精度的滚珠丝杠进行传动不仅可以提高整体的测量精度，还可以满足在测量过程中对精密定位的要求。2.4 测量机构的设计全跳动偏摆检查仪的测量机构采用的是立柱式支臂测量机构，使用 M8 的螺钉将 20 的圆柱与全跳动偏摆仪的底座进行联接，而且应当使垂直度误差在允许误差范围内, 如图 2.2 所示。可以通过旋转可改变立柱式支臂上的检测头与被测件的相对位置。可以通过调整立柱式支臂上的摩擦轮来进行控制测量机构沿着 x 轴的来回运动。根据实际的测量需求，可以通过改变测量装置与被测件的接触状态，将被测件进行夹紧之后旋转小旋钮将支臂机构进行锁紧，即可开始测量。7图 2.2 立柱式支臂测量机构2.5 变换机构的设计测量装置能够实现轴向、径向测量方向的变换都是依靠如图 2.3 所示的弹簧铁来完成的，将一个装有弹簧铁的带螺纹的小圆柱拧到变换机构的槽形圆柱杆之中，然后用螺帽防松。即可通过改变弹簧铁的与测量机构的相对位置，完成测量方向的变换。通过改变测量装置的位置，使测量头进入被测件需要的测量范围内，电动机带动顶尖使得被测件做持续的回转，测量头可测量被测件上任意一段的误差情况；测量头通电动机带动滚珠丝杠做沿 x 轴的移动，也可测量任一区域内被测件形位误差；如果需要测量被测件端面上的形位误差，只需要通过弹簧铁将其测量机构的方向进行改变，纵向移动测量机构到所需测量的面进行测量即可，本设计之所以可以进行多种测量的主要原因就是存在变换机构。8图 2.3 弹簧铁2.6 位移传感器的选择测量仪器整体的稳定性与精度主要是由传感器自身的稳定性与精度所决定的，跳动误差的范围不得超过 0.01m0.1m 。因为在测量的过程中被测件仅进行回转运动产生其自身的振动幅度不大，所以在选择时采用了一般选择原则，选取了动态分辨率为 0.13m0.15m 的接触式位移传感器，在测量时应当保持测量头与被测件的表面进行接触，这样以来测量参数的每一次改变，都能够通过测量装置的位移量直观的反映出来。经过筛选，本设计采用 MCW-D 型线位移传感器，其主要量程为 1000mm，静/动态分辨率为 0.05/0.1m，精度为 0.25%。3 设计计算93.1 电动机的设计3.1.1 电动机的容量在使用全跳动偏摆检查仪时，在被测件进行稳定的回转速度的同时，且可以进行双速转换。设：V=1.0m/s，F=30N。则，工作机所需输入功率： WFVP31.250.9610w电动机轴至左顶尖轴的总传动效率为： 。则 ， 分别为：（7 级精度）a12圆柱齿轮传动效率，联轴器传动效率。查得： =0.98， =0.99。总效率参考公式为： 0.95.80.921a 电动机所需功率： WPaw87.32950.d3.1.2 电动机的转速初算电动机转速可选范围：本装置要求工作机可实现高速 30r/min 和低速 15r/min，所以工作机的转速取高速:n=30r/min，所以电动机的可选初速度的范围为： 。则：nid)(21min/120i/3min/0)41( rrrnd可选电机最大转速为： ，可选电机最小转速为： 。mi/30r根据分析上述的计算结果，通过筛选，选择型号为 60TDY060S4-2 的电动机，转速为 30r/min。3.2 计算传动装置的运动和动力参数3.2.1 传动装置的传动比总传动比为：10电动机满载转速为 ；工作机的转速为 。/min60rmin/30rw传动装置的总传动比 23i分配各级传动比：为高速圆柱齿轮的传动比， 为低速圆柱齿轮的传动比。取 则1i 2i 1i。223.2.2 各轴转速，输入功及扭矩各轴转速：连接电动机的轴为 1 轴，连接小齿轮的轴为 2 轴，工作轴为 3轴。则：电动机轴转速为： min/60rn连接小齿轮的轴转速为： i/21工作轴的转速为： min/3023rin各轴的输入功： ；wPd 89.31.987.21 d5.0312各轴的输入转矩： mNnPTmdd /23.687.95/07.5.130911mNnPT/1.30.522 113.3 齿轮的设计3.3.1 选定齿轮精度等级，材料，齿数和模数设计参数： ， ， 。wP89.31min/601r2全跳动偏摆检查仪为一般性质的测量仪器，它自身对于速度的要求并不高，所以本设计选用 7 级精度。小齿轮的材料为 40Cr（调质），调质处理表面淬火，硬度为 280HBS。大齿轮的材料为：45 钢（调质），调质处理表面淬火，硬度为 240HBS2。初选小齿轮齿数为 ，则201Z402212iZ3.3.2 齿面接触强度计算按齿面接触强度设计公式为: 2211 )()5.0(3HEtt ZuRTkd确定公式内的各项参数值，查得材料的弹性影响系数： ；查pa189.ME得大小齿轮的接触疲劳极限： ， ；试选载荷系pa6lim1MHlim2H数为 。3.1tk应力循环次数为： 81 1043.3080njLN726.9通过查抗点蚀寿命系数表 6可得齿轮的接触疲劳寿命系数为： ，97.01HNK。89.02HNK接触疲劳许用应力：取安全系数为 0.1HSMpaSHNH58216097.111limKHNH39.222li将 中的较小的值带入接触强度设计公式中即可求出分度圆直径，则：12mdt 56.4)3918.2(.5)0.31(0.37842241 smnv/.6计算尺宽： 2.7081udb1tR模数： 3.045.61zmtt根据 V=0.177m/s，装置采用 7 级精度，即可查得动载荷系数 ；假02.1vK设： ，则由表查得 ；查表得使用系数 ；NbFKtA/101.0aFHK5A根据 7 级精度，非对称分布，由插值法可得出 。86H512.012.5HVAH按照实际的载荷系数校正从而计算得的分度圆直径： mKdHtt 370.59.12345.631 计算模数 m= 68.207.91zdm3.3.3 按齿根弯曲疲劳强度设计齿根弯曲疲劳强度的计算公式为: 1)5.01(4321FSaYuzRkTm确定公式内的各项参数数值：通过查表可得齿轮的疲劳极限 , ；查得抗弯疲pa501MFNpa3802FN13劳寿命系数： ， ；取弯曲疲劳安全系数为：pa85.01MKFNpa90.2KFNS=1.7可得： MpaSFENF 285.91.70911 KFENF .06.322载荷系数计算可得： 1.72FVAKH计算当量系数： 取 ，则： =21.801， =68.1992tan5.u12，40.18.2cos011 zv 107.568.9cos422 zv查取应力校正系数，可得 ，通过插值法即可求得 ；.561aSY.2aSY通过插值法可求出 。2.761aFY2.8aF计算齿轮的 并且对结果进行对比：aFSY， 可得大齿轮的0.1528.9671aFSY 0.17829.6182aFSY数值大于小齿轮。则：aFS 2.90.54)35.0(.74323m14通过比较所得结果,可以分析出通过计算得到的齿面接触疲劳强度的模数大于计算所得到的齿根弯疲劳强度模数,通过查表可知抗弯强度的大小决定了齿轮的模数 m,而齿面接触疲劳强度与齿轮直径的大小决定了齿轮承载能力的强弱,所以可取由抗弯强度算得的模数 2.790,并取就近圆为标准值 3，接触强度算得分度直径为 56.455mm。由：；8.1345.61mdz考虑到装置的润滑增大齿数则： ，9112iz3.3.4 几何尺寸计算计算齿轮的分度圆直径： ，mzd573191。mzd14382计算齿轮的锥距： =53.31821uR计算齿轮的宽度： ，则 。mbR9.15308.5 mb1623.4 滚珠丝杠的计算3.4.1 确定滚珠丝杠副的导程根据电动机的转速以及测量机构沿 X 轴方向上运动的最大移动速度来计算滚珠丝杠的导程。为了使测量机构低速稳定的运行，满足本设计的需求，要求其最大速度不超过 30mm/s。因此带动测量机构进行 X 向运动的驱动电机选择为 MDMA152PIV，其最高转速为 4500rpm，电机与滚珠丝杠通过传动比为 1 的齿轮链接，则传动比也为 1，X 轴向的最大速度为 25mm/s，即 1500mm/min。则丝杠导程为： mniVPMAXK34.051且根据实际测量与本设计对速度的需求取 =10mm。KP3.4.2 滚珠丝杠的载荷及转速计算因为动摩擦与静摩擦系数比较类似，所以可以通过略微增大动摩擦系数当15作为静摩擦。且导轨在匀速直线运动时所产生的摩擦力系数的最大值为 0.004，此处则可以取导轨的静摩擦系数为 0.006，则导轨的静摩擦力为： NfgMF8.20.91506.0 式子中：M 即为工件及工作台的总质量，本设计底座大小为100mm35mm，材料采用铁素体+珠光体灰铸铁（ HT150），用于承受中等应力的结构铸件。经过估算得约为 15kg。f 导轨滑块密封阻力，约为 20N。全跳动偏摆检查仪是一般测量仪器，滚珠丝杠在工作时不受切削力的影响。因为在检测过程中检测装置始终保持着匀速直线运动。所以检测装置所受到的阻力主要是导轨自身所产生的动摩擦力，则有： rpmPvnK102560miax 滚珠丝杠副的当量载荷为： NFF2.10832minaxm偏摆检查仪根据市场需求以及材料为采用铁素体+珠光体灰铸铁（HT150）构成，根据实际需求选择预期工作时间为 15000 小时；查表 2得负载荷系数 ，wf在平稳运行且无冲击力影响的情况下选择 1；因为偏摆仪为一般测量机构，所以精度系数 选择 1，可靠性系数 一般选择 1。af cf按照滚珠丝杠副的预期工作时间来计算： NfFLnCm 06.5102.815601603caw3 按照滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算： 为预加负载系数，全跳动偏ef摆检查仪属于一般检测类仪器，选用轻预载，则 =6.7；所以可得： NFfCeam139.820.76163.4.3 估算丝杠的最大允许轴向变形量根据公式可以得知： （1/31/4）重复定位精度m本设计 X 向重复定位精度要求为：0.005mm则： =1/40.1=0.00125mmm3.4.4 计算滚珠丝杠长度及螺纹底 X根据设计可知偏摆检查仪在 X 向的最大移动距离为 600mm，可以计算出滚珠丝杠左右两侧固定点的最大距离。 mPlLK86014602.1)410(.2）（滚珠丝杠的一端是固定在测量机构的测量滑板上，另一端是固定在底座中，所以本设计应当计算滚珠丝杠的螺纹底。 LFdmm 10.2510768.391039.2 3.4.5 确定滚珠丝杠副的规格代号根据滚珠丝杠的导程与螺纹底的值，通过筛选，选择型号为：FYND6917-2的内循环双螺母式滚珠丝杠，其精度等级为 2 级，丝杠螺纹底X=45mm 10.01，公称直径： =58mm，额定动载荷 C=15530N 555.06N，额d0X定静载荷 P=6257N。174 精度与误差计算4.1 误差分析全跳动偏摆仪的设计使用的是国家标准的测量数学模型，所以在测量原理上不会出现误差，而机械装置自身的误差决定了偏摆检查仪的误差。即包括：被测件在进行回转运动时产生的回转误差、由于装夹而引起的偏心误差、测量机构在沿 x 轴方向移动时产生的误差，由于水平面和垂直面都不同程度的存在着不均匀现象从而导致产生了直线度误差，使得测量头的位置与标定的位置发生偏移而引起误差 3。偏摆检查仪是通过头座上的两个顶尖利用顶尖法对被测件进行夹紧，工件顶尖孔的尺寸偏差决定了回转误差。顶尖孔一般都是车制而成的，出现的回转误差非常小。仅为4 。m18由于被测件的顶尖孔既是加工过程的定位基准也是测量装置的测量基准，所以其偏心值的范围不会超过0.1mm。工件顶尖孔的偏心不足以对整体的测量产生较大影响故忽略不计。4.2 在垂直平面的直线度误差而引起的误差定义 为标定时传感器与标准件间的距离； 为理想位置传感器与被测件3L4L间的距离； 测量头的相对偏移量； 传感器与被测件间的距离； 为标准件14 r半径； 为被测件半径。则导轨在垂直平面所产生的直线度误差的数学模型如R图 4.1 所示：图 4.1 垂直平面直线度误差模型由几何关系可得： ， ；被测件的真实值为：raL3R4。）（标测 r-2RD则 ，由于 远远小于 1，可将其省略。21214 ）（aL 1所以： )(214R所以偏移后被测件直径为： 。RDLD2143r2 ）（）（ 标标测则，在垂直面内的导轨的直线度误差为：19。RD211测测可知，在垂直平面内导轨的直线误差与被测件的半径成反比，因此只要对本测量仪器最大测量范围 600mm 内，即被测件直径 600mm 内进行误差分析，即满足整个系统要求。4.3 在水平面的直线度误差而引起的误差同理，定义 偏移后传感器与被测件间的距离； 导轨在水平面的直线度4L 2误差。则导轨在水平面的直线度误差而引起的误差的数学模型如图 4.2 所示：图 4.2 水平面直线度误差模型由几何关系可得：; 。24L 2434322 ）（）（ 标标测 LDLD则导轨在水平面的直线度误差而引起的误差为： 2-标测 D4.4 装置精度设计由上述计算可得知，水平面内导轨的直线误差度是影响系统的精度的主要原因，所以减小导轨在水平面方向的直线度误差就显得尤为重要了。直线滚动导轨在水平面的直线度误差一般为 0.150.75 ，因此导轨在水平面存在的直m线度误差而引起的误差为：0.21.6 。在测量机构上由于导轨直线度误差产生的总误差为： 。21D轴类零件的精度一般为测量仪表的三倍 ，查表 7得知全跳动偏摆检查仪在测量轴类零件时的精度不得超过 3 。在垂直平面内直线滚动导轨副的直线度m20不会超过 0.3 ，在水平面的直线度误差 不超过 0.8 ，将 与 带入1m2m12上式可得出这本设计的精度为：0.8544 3 ，因此本设计的精度是满足实m际需求的。215 三维模型绘制5.1UG 绘图软件介绍5.1.1UG 介绍公司设计出的一款产品工程Software PLMiemns是NX UnigraphcG解决方案，它能够给予使用者产品上便利快捷的设计，还可以数字化加工造型。UG 可以根据使用者的对工艺设计需求，提供相应的解决方案UG 的功能非常强大，具有强大的建模功能，任何复杂的实体结构模型和复杂的轮廓表面都可以进行建模。具有强大的机械设计和机械制图功能有着较高的灵活性，为制造设计等方面提供了便利。UG 在制造业上运用非常广泛，包括了零件的设计、工业造型的设计、零件三维图的建模、动态模拟仿真、动力学与运动学分析等强大的功能。5.1.2UG 的特点UG 软件具有三维实体建模、装配建模等功能，能够生成用户所需要的三维模型图，并且可以对其进行运动分析、仿真运动及载荷分析。其主要的功能特点有以下四点：（1）设计者可运用三维图来直观的表达自己所设计的产品。（2）设计的全面性，使得理论上的设计成为可能。（3）UG 提供了完整的分析方案可以满足设计者的实际需求。（4）图形和数据的一致性可以更好的辅助设计者完成设计。22本设计主要运用到了 UG 的建模、装配、制图模块。5.2 零件的建模5.2.1 底座的建模首先，打开 NX10.0 的软件。在左侧文件选择栏里选择新建。类型选择模型进入模型绘制界面，对零件进行三维建模。（1）长方形建模：在主菜单中选择草图选择基准面（XY 轴为基本面）插入特征设计长方形，选择两点法，点击弹出的“块”对话框，在中输入尺寸即可得到对应的正方形。（2）拉伸与拔模在主菜单中选择拉伸命令，截面选择刚绘制好的草图，输入拉伸量，选择拉伸的方向。在拔模选项中选择“从起始限制”输入角度为 8deg，点击确定即可完成。（3）底脚的建模和长方形建模类似，在主菜单中选择草图，将底座底面设为基准面。进行草图绘制，对其进行拉伸处理。（4）滑块导轨的建模和长方形建模类似，在主菜单中选择草图，将底座顶面设为基准面。进行草图绘制，进行拉伸处理时将拉伸方向定为反向，选择开放轮廓智能体积，即可完成建模。（5）底脚的建模在主菜单中选择草图，选择底座的底面作为基准平面。进行草图绘制，进行拉伸处理时将拉伸方向定位反向，选择开放轮廓智能体积。在拔模选项中选择“从起始限制”输入角度为 5deg，点击确定即可完成。通过如上步骤即可完成底座的建模，如图 5.1 所示：23图 5.1 底座建模图5.2.2 头架的建模（1）长方形头架建模在主菜单中选择草图选择基准面（XY 轴为基本面）插入特征设计长方形，选择两点法，点击弹出的“块”对话框，在中输入尺寸即可得到对应的正方形。（2）拉伸与倒圆角在主菜单中选择拉伸命令，截面选择刚绘制好的草图，输入拉伸量。即可完成拉伸。在主菜单中选择倒圆角命令，选择要倒圆角的角，形状选择为圆形，输入圆角半径，即可完成倒圆角。（3）顶尖建模与长方形建模类似，选择头架内部为基准面，绘制圆形，输入尺寸后进行拉伸即可完成顶尖建模。通过如上步骤即可完成头架的建模，如图 5.2 所示:24图 5.2 头架建模图5.2.3 测量机构的建模（1）长方形底座建模在主菜单中选择草图选择基准面（XY 轴为基本面）插入特征设计长方形，选择两点法，点击弹出的“块”对话框，在中输入尺寸即可得到对应的正方形。（2）滑块导轨建模与长方形建模类似，以滑块底部为基准面，绘制两个长方形草图，进行拉伸处理时将拉伸方向定为反向，选择开放轮廓智能体积，即可完成建模。（3）测量杆建模以滑块顶部为基准面，绘制圆形草图，输入拉伸量，即可完成建模。通过如上步骤即可完成测量机构的建模，如图 5.3 所示:图 5.3 测量机构建模图5.3 零件的装配首先，打开 NX10.0 的软件。在左侧文件选择栏里选择新建。类型选择装配功能进入零件装配界面，对零件进行装配。点击右上角菜单栏的添加组件功能，点击打开按钮，选择需要装配的零件图。选择“底座”作为装配基准。在放置定位选项中选择“绝对原点”作为原点。点击确定开始装配。25（1）头架装配打开添加组件功能，点击之前添加好的头架图。此时右下角出现头架的预览图片。在左侧的放置定位选项中选择“通过约束”，然后在类型选择栏中选择“距离”，点击头架与底座所需要约束的面，输入两者的距离，点击确定。即可通过距离定位来完成约束。（2）测量机构装配打开添加组件功能，点击先前添加的测量机构图。此时右下角出现头架的预览图片。在放置定位选项中选择“通过约束”，然后在类型选择栏中选择“对齐接触”，点击需要进行对齐接触约束的面（即头架底部的导轨与底座上方的导轨槽）即可通过对齐接触来完成约束。通过如上步骤即可完成装配，装配效果如图 5.4 所示：图 5.4 全跳动偏摆检查仪装配图26结 论偏摆检查仪是测量轴类零件各种跳动误差的必备仪器，在提高产品精度，延长产品寿命方面具有很大的实际意义。因此偏摆检查仪在制造业中具有非常重要的地位。本文通过对偏摆检查仪的改进，使其实现可以对工件进行全跳动误差的检测，并绘制出了三维图形。在此过程中总结出了到以下结论：（1）全跳动偏摆检查仪与一般偏摆检查仪相比较不仅反映单个测量面内被测要素轮廓形状的误差情况，而且能反映整个被测面上的误差。更加符合实际需求 3。（2）全跳动偏摆检查仪在设计时，利用两个独立的电机进行驱动，并配备合理的传动机构，实现了顶尖回转的同时底座进行 X 轴方向的平移。在测量机构上加入弹簧铁，实现了测量机构测量位置的变换，使其不仅能够完成径向全跳动的测量还能够完成轴向全跳动的测量。（3）全跳动偏摆检查仪在实际测量中还存在一些不足之处，如：当需要测量斜面时全跳动偏摆检查仪显然无法完成测量。因此在实际中应该将全跳动误差测量与圆跳动误差测量结合起来，能够更好的发挥各自的优势。偏摆检查仪的种类的丰富与精度的提升可以使企业加工节约大量成本，提升加工质量，也使得企业获得更多的利润。2728参考文献1 (美)约瑟夫 E.希格利.机械工程设计第 6 版.机械工业.2002:127-1292 周廷树.从偏摆检查仪的结构原理谈其检定D.技术监督与管理.1992:55-593 傅成昌.形位误差检测技术问答.机械工业出版社.1990:105-1174 赵西佳.偏摆检查仪校准结果的不确定度评定J.中国计量.2014:59-605 魏冰莹.浅谈跳动检查仪用偏心轴的设计J.计量与测试技术.2017:67-736 张锋.机械设计课程设计手册.高等教育出版社.2010:55-577 机械工程手册委员会.机械工程手册第 5 卷.机械工业出版社.1984:115-1248 廖念钊.互换性与技术测量M.中国质检出版社.2013:94-999 李舒宁.偏摆检查仪测量底座的改进设计J.四川机械.2009:21-2710 刘娟芳.自动检测偏摆仪的研究和探讨J.企业技术开发(上旬刊).2010:17-452930致 谢大学生活即将结束，四年的大学生活让我受益匪浅，心中倍感充实。毕业设计的过程是枯燥、复杂的。但在最终完成的时刻有一种如释重负的感觉，感慨良多。首先对我的论文指导老师周毓明老师表示真诚的感谢。他在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文。在选题与搜索资料等方面老师都倾注了极大的关怀和鼓励。还有教过我的所有老师们，他们不仅仅仅只是在学业上给我以悉心指导，更在思想、生活上给予了我关心和帮忙，是我工作、学习中的榜样。最后我要感谢参与我论文评审和答辩的各位老师，他们给了我一个审视几年来学习成果的机会，让我能够明确今后的发展方向四年中陪伴在我身边的同学、朋友、感谢他们为我提出的有意的建议和意见，步入社会才是我们这些萃萃学子生命历程中真正挑战的开始。在今后的生活与工作中我也会更加的努力。31附录 A 外文翻译原文：Design and uncertainty of an opto-mechanicaldevice for checking CMM touch trigger probesThis paper presents aspects of design of a test apparatus for checking touch trigger probes. It describes the probe test rig whose main objective is to check the probe repeatability and pre-travel variation (lobing effects). The results indicate that such a verification has been achieved with the additional advantage of testing the probe independent of the CMM error sources.