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廣陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué) 生 姓名： 朱明智 學(xué)號： 100007150
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
設(shè)計(jì)（論文）題目： 激光測量機(jī)縱軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
指導(dǎo) 老 師： 張 軍
2014年 4 月 8 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
1、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
1.測量機(jī)的簡況與基本構(gòu)成
測量機(jī)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(diǎn)的坐標(biāo)尺寸。根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)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(jī)是在1959年由英國制造的?，F(xiàn)在,國內(nèi)外的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。目前, 世界上生產(chǎn)測量機(jī)的廠商已超過50家, 品種規(guī)格已達(dá)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(jī)用于：
（1）對三維復(fù)雜零件的尺寸、形狀和相互位置進(jìn)行高準(zhǔn)確度測量；
（2）實(shí)物模型數(shù)字化,例如對飛機(jī)機(jī)翼的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑵囃庑蛯?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏y量；
（3）在線質(zhì)量控制。
可以看出,測量機(jī)的萬能性強(qiáng),自動(dòng)化程度高。它是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究必不可少的精密測量儀器。
測量機(jī)是以精密機(jī)械為基礎(chǔ), 綜合應(yīng)用光學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的測量儀器。稱它為坐標(biāo)測量系統(tǒng)更名符其實(shí)。它包括:1）測量機(jī)；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(jī)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(yàn)。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(jìn)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(diǎn)。 既可作為獨(dú)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(jī)。該項(xiàng)目屬于國防科工委“八五”重點(diǎn)項(xiàng)目先進(jìn)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(xué)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(diǎn)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(shí)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(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測量過程
激光非接觸式三坐標(biāo)測量系統(tǒng)主要由：三維掃描機(jī)構(gòu)、激光非接觸測量頭及對準(zhǔn)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(shí)質(zhì)上是由一個(gè)水平X軸、一個(gè)垂直Y軸、一個(gè)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(biāo)機(jī)。
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(dāng)測量一圈時(shí),主控程序啟動(dòng)控制模塊控制橫梁和滑動(dòng)臂沿水平及垂直方向運(yùn)動(dòng),使得測量點(diǎn)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(zhǔn)被測部件。轉(zhuǎn)頭運(yùn)動(dòng)完畢后,運(yùn)動(dòng)控制模塊通知主控程序運(yùn)動(dòng)結(jié)束,然后由主控程序啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊在高精度定時(shí)線程的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。當(dāng)測量完一圈后,數(shù)據(jù)采集模塊暫停,同時(shí)通知主控程序完成一圈數(shù)據(jù)采集。這時(shí)候主控制程序再啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制模塊 來調(diào)整測量頭的位置,準(zhǔn)備測量下一圈。這樣一直測量到最后一圈,然后系統(tǒng)復(fù)位。數(shù)據(jù)利用串行化技術(shù)存儲(chǔ),以供數(shù)據(jù)處理程序處理。
4.機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類
通常來說，用于步進(jìn)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般有以下幾類：
機(jī)構(gòu)
特點(diǎn)
滾珠絲杠(直接連接)
用于距離較短的高精度定位。
電機(jī)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(jī)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(bǔ)償措施。
齒條和小齒輪
用于距離較長的(臺車驅(qū)動(dòng)等)定位。
小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)一圈的移動(dòng)量中包含π值，因此需要修正。
鏈條驅(qū)動(dòng)
多用于輸送線上。必須考慮鏈條本身的伸長并采取相應(yīng)的措施。在減速比比較大的狀態(tài)下使用，機(jī)械系統(tǒng)的移動(dòng)速度小。
進(jìn)料輥
將板帶上的材料夾入輥間送出。
由于未嚴(yán)密確定輥?zhàn)又睆剑诔叽玳L的物件上將產(chǎn)生誤差，需進(jìn)行π補(bǔ)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(shè)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(dòng)
在卷繞線材時(shí)，由于慣性矩大，需要設(shè)定夠的減速比。
在等圓周速度控制中，必須把周邊機(jī)械考慮進(jìn)來研究。
5.滾珠絲杠副
當(dāng)今世界中,能代表機(jī)械的、有各種運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝置,可以說無一不是具有某種形式的運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng),或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的最合理的產(chǎn)品。
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)以滾珠作為滾動(dòng)媒介的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的體系。以傳動(dòng)形式分為兩種：
（1）將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)。
（2）將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
滾珠絲杠副特性有：
（1）傳動(dòng)效率高?
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率高達(dá)90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)可逆）。??
（2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)?
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動(dòng)時(shí)無顫動(dòng)、低速時(shí)無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進(jìn)給。
（3）高精度?
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。
（4）高耐用性?
鋼球滾動(dòng)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(dòng)，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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)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(dòng)機(jī)械，液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進(jìn)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(dòng)系統(tǒng)采用歌德式溝槽形狀、使鋼珠與溝槽達(dá)到最佳接觸以便輕易運(yùn)轉(zhuǎn)。若加入適當(dāng)?shù)念A(yù)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(dá)到更高的精度。
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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(biāo)激光測量機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，要求按照設(shè)計(jì)參數(shù)完成縱軸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)校核。完成縱軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的二維裝配圖，設(shè)計(jì)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(gè)由許多環(huán)節(jié)構(gòu)成的復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，動(dòng)力學(xué)建模是對動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)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(gè)過程包括：基于物理模型確定力學(xué)模型，基于力學(xué)模型確定數(shù)學(xué)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(jī)械模型對其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)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(huì)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(dòng)質(zhì)量的高速主軸的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，用 Timoshenko 梁理論把滾珠絲杠作為一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)軸來建模，把螺母作為一個(gè)移動(dòng)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(jī)床x 軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型。關(guān)于數(shù)控工作臺模型，王軍平等運(yùn)用集中參數(shù)法建立了機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)時(shí)作用在其上的軸向力和扭轉(zhuǎn)力矩。
滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的數(shù)控工作臺的物理模型如圖 1所示?？梢钥闯? 它是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)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(dǎo)軌和工作臺等組成，是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。
傳動(dòng)部分主要利用步進(jìn)電機(jī)2作為動(dòng)力源輸出轉(zhuǎn)矩，電機(jī)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(dòng)工作臺 X 向或 Y 向運(yùn)動(dòng)，X 向工作臺機(jī)構(gòu)，（Y 向圖中未示，結(jié)構(gòu)與此類似），如圖2所示。
換向機(jī)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(diǎn)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(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撝?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)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(yīng)度與靈敏度。因此在x、y向用滾動(dòng)導(dǎo)軌副。
滾珠絲杠副的選用：
1. 滾珠絲杠副的導(dǎo)程 Ph的確定
2. 精度選擇
3. 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算
4. 依據(jù)當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm及當(dāng)量載荷 Fm確定預(yù)期額定動(dòng)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(fù)載校核
10. 強(qiáng)度校核
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
指導(dǎo)教師意見：
1、對“文獻(xiàn)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(shè)計(jì)（論文）結(jié)果
的預(yù)測：
指導(dǎo)老師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
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