畢業(yè)論文-CNC齒輪測量中心三維測頭模塊及測試軟件設(shè)計（送全套CAD圖紙 資料打包）

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下載論文就送你全套 CAD圖紙，Q 咨詢 414951605或1304139763下載論文就送你全套 CAD圖紙，Q 咨詢 414951605或 1304139763目錄摘要 ...............................................................1Abstract ..........................................................2主要符號表 ........................................................11 緒論 .............................................................11.1引言 ........................................................11.2研究意義 ....................................................11.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ..............................................11.4本文 的主要任務(wù) ..............................................32 齒輪測量原理與總體方案設(shè)計 ...................................42.1齒輪齒形測量的方法與誤差分析 ................................42.1.1齒形誤差的定義 ........................................42.1.2齒形誤差測量方法 ......................................42.1.3齒形測量范圍的確定 ....................................42.1.4齒形誤差評定與分析 ....................................62.2齒輪齒向測量的方法與誤差分析 ................................82.2.1齒向誤差的定義 ........................................82.2.2齒向誤差測量方法 ......................................82.2.3齒向誤差評定與分析 ....................................82.3 總體方案設(shè)計 ...............................................103 板卡操作 .......................................................113.1接口方案 ...................................................113.2 HY6040板卡介紹及操作 ......................................113.3 HY6110板卡介紹及操作 ......................................113.4 CA220-PCI..................................................12下載論文就送你全套 CAD圖紙，Q 咨詢 414951605或1304139763下載論文就送你全套 CAD圖紙，Q 咨詢 414951605或 13041397633.4.1 CA220-PCI簡介 .......................................123.4.2 CA220-PCI操作過程 ...................................124 EFRS-401MZ齒輪測量機軟件設(shè)計 ...............................144.1開發(fā)軟件簡介 ...............................................144.2用戶需求 ...................................................144.3軟件的界面設(shè)計 .............................................154.3.1界面應(yīng)具備的功能元素 .................................154.3.2具體界面設(shè)計 .........................................164.4總體程序流程圖 .............................................204.5分功能模塊的實現(xiàn) ...........................................224.5.1齒形測量程序流程設(shè)計 .................................224.5.2數(shù)據(jù)處 理程序流程設(shè)計 .................................234.5.3數(shù)據(jù)采樣流程及部分程序代碼 ...........................254.5.4按鍵掃描流程圖設(shè)計 ...................................265 伺服機械子系統(tǒng)設(shè)計及校核 ....................................295.1原理方案設(shè)計 ...............................................295.2結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ...............................................295.2.1結(jié)構(gòu)布局 .............................................295.2.2驅(qū)動裝置 .............................................295.2.3傳動系統(tǒng) .............................................305.2.4滾動導(dǎo)軌 .............................................305.3伺服機械子系統(tǒng)設(shè)計計算 .....................................305.3.1伺服電機的選擇 .......................................305.3.2設(shè)計并校核齒輪 .......................................315.3.3同步帶傳動設(shè)計 .......................................335.3.4導(dǎo)軌設(shè)計 .............................................355.3.5各支承件的設(shè)計 .......................................355.4強度校核 ...................................................36下載論文就送你全套 CAD圖紙，Q 咨詢 414951605或1304139763下載論文就送你全套 CAD圖紙，Q 咨詢 414951605或 13041397635.4.1伺服電機校核 .........................................365.4.2軸承校核 .............................................376 結(jié)論 ............................................................387 致謝 ............................................................39參考文獻 .........................................................40下載論文就送你全套 CAD圖紙，Q 咨詢 414951605或13041397631主要符號表n 轉(zhuǎn)速 F 集中載荷，力V 線速度 M 彎矩，力矩傳動效率 計算拉壓應(yīng)力??P 功率 E 材料的彈性模量i 傳動比 L、l 長度T 轉(zhuǎn)矩 齒形系數(shù)FaYZ 齒輪齒數(shù) J 轉(zhuǎn)動慣量m 模數(shù) 應(yīng)力校正系數(shù)Sad 直徑 K 載荷系數(shù)KV 動載荷系數(shù) B 寬度a 中心距 ZE 彈性影響系數(shù)KA 使用系數(shù) ZP 接觸系數(shù)Vs 相對滑動速度 N 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605k?載荷分布不均系數(shù) KHN 壽命系數(shù) 1 緒論11 緒論1.1引言齒輪傳動是廣泛應(yīng)用于機器和儀表中的一種重要形式。它用來傳遞位移、速度和動力。隨著我國汽車摩托車制造業(yè)的迅速發(fā)展，汽摩齒輪制造業(yè)也得到了空前快速的發(fā)展。盡快成為汽摩齒輪的全球制造與供應(yīng)基地，是我國齒輪制造業(yè)的總體發(fā)展戰(zhàn)略，并已經(jīng)成為我國眾多齒輪制造商的共識。航空航天工業(yè)的崛起、造船業(yè)的興盛、機械裝備制造業(yè)的復(fù)蘇以及 IT行業(yè)的快速發(fā)展，都對齒輪制造業(yè)提出了更高的要求，也提供了前所未有的機遇。無論是國有企業(yè)、股份公司還是民營企業(yè)，齒輪制造商在擴大齒輪產(chǎn)量、品種的同時，更加注重提高齒輪制造質(zhì)量。為此，最近幾年來在引進技術(shù)、購置設(shè)備、更新工藝、加強信息化管理等技術(shù)改造和技術(shù)升級方面進行了大量的投入；強化并提高齒輪制造全過程的測量與監(jiān)控技術(shù)水平獲得了空前的重視，并成為確保齒輪質(zhì)量的一個關(guān)鍵。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的齒輪測量技術(shù)和儀器，滿足我國齒輪制造質(zhì)量檢測的迫切需要，提高國產(chǎn)齒輪儀器在國內(nèi)市場的占有率，是我國齒輪測量儀器制造業(yè)當(dāng)前所面臨的一項重要而緊迫的任務(wù)。1.2研究意義目前，我國齒輪行業(yè)測試儀器和設(shè)備十分缺少，有不少齒輪生產(chǎn)企業(yè)竟然沒有一臺齒輪量儀；有些國有大中型企業(yè)所使用的齒輪量儀，還是國外六七十年代的產(chǎn)品，已遠遠滿足不了技術(shù)發(fā)展的要求。造成這種現(xiàn)象的主要原因是：a. 前幾年齒輪制造業(yè)的發(fā)展以量為主，對質(zhì)的要求尚不迫切，但今后，能否保證齒輪產(chǎn)品的質(zhì)量，是否擁有與產(chǎn)品等級相適應(yīng)的齒輪量儀，將成為企業(yè)能否生存的關(guān)鍵；b.信息溝通不夠，技術(shù)交流偏少是造成我國齒輪生產(chǎn)企業(yè)儀器裝備落后的另外一個原因。許多齒輪生產(chǎn)企業(yè)對國內(nèi)齒輪量儀的發(fā)展了解不夠，對齒輪量儀的性能了解不夠，制約著齒輪量儀進入齒輪生產(chǎn)企業(yè)。事實上，這幾年在齒輪制造業(yè)迅猛發(fā)展的同時，我國齒輪量儀制造水平也經(jīng)歷了跨越式發(fā)展，特別是 2000年以來，以 3903系列為代表的 CNC齒輪測量中心投放市場，標志著我國齒輪量儀的制造水平達到了當(dāng)今國際先進水平，基本上可以滿足齒輪行業(yè)對測量儀器的需求。1.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r [1]1923年，德國 Zeiss公司在世界上首次研究成功一種被稱為“Tooth surface Tester”的儀器，實際上是機械展成式萬能漸開線檢查儀。1965 年，1 緒論2英國的3R.Munro博士研制成功光柵式單嚙儀，標志著高精度測量齒輪動態(tài)性能成為可能。1970年，美國 Fellow公司在芝加哥博覽會展出 Microlog50，標志著數(shù)控齒輪測量中心開始投入使用，這是齒輪測量技術(shù)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點。70 年代以前，機械展成式測量技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，并在生產(chǎn)實踐中經(jīng)受了考驗。經(jīng)過 30多年的完善和推廣，齒輪整體誤差測量方法在我國已發(fā)展成為傳統(tǒng)元件的運動幾何測量法，其基本思想是將被測對象作為一個剛性的功能元件或傳動元件與另一標準元件作嚙合運動，通過測量嚙合運動誤差來反求被測量的誤差。最近幾年一些新的齒輪測量儀器也在不斷的涌現(xiàn)，在新的齒輪精度國家標準中，齒輪精度的檢測項目有齒距偏差、齒廓偏差、螺旋線偏差、切向綜合偏差、徑向綜合偏差、徑向跳動等項目。這里主要介紹以下幾種最為先進的齒輪測量儀：a. CNC 齒輪測量中心 3903/3906 3903/3906型 CNC齒輪測量中心是哈量集團精密量儀公司開發(fā)出的新產(chǎn)品，具有測量功能強、精度高、速度快等特點，達到了當(dāng)代國際先進水平．該中心可滿足用戶對齒輪精度的全面檢測，工藝間檢測、刀具檢測等需求?？赏瓿升X輪的齒距、齒廓 、螺旋線、徑跳、切向綜合（單截面整體誤差）等項目的檢測，可測量的工件有齒輪、齒輪刀具（滾刀、插齒刀、剃齒刀等） 、蝸輪、蝸桿、弧齒錐齒輪等。由于其工作原理上不需要標準齒輪、標準蝸桿等標準件和機械展成機構(gòu)，測量運動由計算機數(shù)控系統(tǒng)來完成，因此可以根據(jù)用戶的要求，開發(fā)出各種特殊軟件。整個操作界面漢字提示，操作簡單，對操作人員的要求不高b. PFSU系列齒輪測量機 640/1200/1600[2] 該系列測量機是引進德國克林貝格公司技術(shù)生產(chǎn)的，主要用于對大齒輪的測量。目前哈量集團精密量儀公司已經(jīng)完成了該測量機控制系統(tǒng)國產(chǎn)化改造．將過時的控制電路、記錄器等全部淘汰，采用新的工業(yè)控制計算機和可編程控制器，改造后的 PFSU系列齒輪測量機不僅保留了儀器原有的全部功能，而且使儀器的功能和性能都有很大提升。齒輪的測量項目有齒廓、螺旋線、齒距、徑跳等，還可以測量齒輪刀具（滾刀、插齒刀、剃齒刀等） 、蝸桿及工件表面粗糙度、工件錐度、圓度等形位誤差。針對國內(nèi)已有 PFSU系列測量機的用戶，公司可提供升級改造服務(wù)。 c. 3004B、3006B、3008B 系列萬能齒輪測量機 該系列齒輪測量機是哈量集團具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能化齒輪量儀，在工作原理和儀器功能上接近 CNC齒輪測量中心．測量中不需要標準齒輪、標準蝸桿，即可測量齒輪、齒輪刀具等工件的多項誤差，在測量效率要求不很高的情況下，可廣泛用于工廠計量室和車間檢測站，進行精密測量。 d. 3100系列雙面嚙合檢查儀 主要檢測齒輪的徑向綜合誤差，可廣泛用于除汽車、摩托車行業(yè) 4級以下精度齒輪的分選檢測，工作效率高，精度穩(wěn)定。 e. 3200、3300 系列齒形、齒向檢查儀 該系列測量儀是機械展成式測量機．根據(jù)測量要求的不同，有多種不同的4機械結(jié)構(gòu)，主要完成對齒輪齒形、齒向等單項誤差測量，儀器結(jié)構(gòu)簡單、效率高、精度穩(wěn)定，可廣泛用于生產(chǎn)車間使用。1.4本文的主要任務(wù)本文分析了齒輪誤差測量的發(fā)展?fàn)顩r和特點，針對國內(nèi)外出現(xiàn)的各種測量儀器的局限和不足，提出改進齒輪測量軟件測量齒輪的方法，并設(shè)計完成一種新型的、人機界面友好的，自動化程度較高的齒輪測量軟件。a. 首先通過對齒輪齒形和齒向測量原理以及齒輪測量機機械部分運動機理的理解，完成總體方案設(shè)計；b. 依據(jù)齒形、齒向測量原理建立齒形、齒向誤差測量算法，并完成齒形誤差軟件的程序流程；c. 針對測量中出現(xiàn)特性和整個界面的易于操作性和美觀性，利用VisualC++6.0編程語言來實現(xiàn)齒形測量系統(tǒng)軟件的設(shè)計；d. 最后對所編寫的測量軟件進行模擬調(diào)試，并進一步肯定了整個測量系統(tǒng)的合理性和實用性。2 齒輪測量原理與總體方案設(shè)計52 齒輪測量原理與總體方案設(shè)計2.1齒輪齒形測量的方法與誤差分析2.1.1齒形誤差的定義 [3]根據(jù)標準 J B179-83規(guī)定，齒形誤差的定義是：在端截面上，齒形工作部分內(nèi)（齒頂?shù)估獠糠殖猓┌輰嶋H齒形的兩條最近的設(shè)計齒形間的法向距離。由定義可知，在齒形誤差測量中應(yīng)測出實際齒形相對于設(shè)計齒形之誤差,設(shè)計齒形是指以漸開線理論齒形為基礎(chǔ)，考慮彈性變形和誤差對噪聲的影響而加以修正的齒形,在成對齒輪副中，可以設(shè)計為兩個齒輪都作齒頂修緣，也可以設(shè)計為一個齒輪（常是小齒輪）作齒頂修緣，齒根過切或設(shè)計為凸齒形，另一個相配的齒輪不作修正,修正量是很小的，僅有（0.01-0.05）m,或從 2-3μm 到30-50μm。因此，齒形誤差測量還是以實際齒形與理論漸開線進行比較作為基礎(chǔ)。2.1.2 齒形誤差測量方法a. 坐標法 將被測齒形上若干點的實際坐標與相應(yīng)的計算坐標進行比較從而計算出齒形誤差的方法稱為齒形誤差坐標測量法。以坐標法測量齒形誤差，既可以在以坐標為測量原理所構(gòu)成的專用齒形誤差測量儀上進行，也可以在坐標測量機或測量顯微鏡上測量。b. 標準軌跡法 將被測齒形與儀器復(fù)現(xiàn)的理論漸開線軌跡進行比較從而求出齒形誤差的方法稱為齒形誤差的標準軌跡測量法。由于電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了用電子和機械共同組成的系統(tǒng)來復(fù)線理論漸開線軌跡，這種系統(tǒng)可以進行數(shù)控（NC） ，也可以由計算機進行數(shù)控（CNC） ，稱這種方法為電子展成法。電子展成法正在發(fā)展中。c. 標準曲線法 這種方法是使被測齒形與標準漸開線齒形曲線直接進行比較，從而測出齒形誤差， （標準漸開線齒形曲線應(yīng)具有一定的準確度） 。這種方法可用于車間條件下的生產(chǎn)測量，也可用于高準確度的實驗室測量。本文采用標準軌跡法進行齒形與齒向的測量。2.1.3齒形測量范圍的確定 [4]a. 確定起測圓的方法(1).按與配對齒輪對嚙合的工作確定：當(dāng)被測齒輪 Z1配對齒輪 Z2相嚙合時，被測齒輪 Z1的實際部分是齒頂圓與工作圓之間的一段漸開線齒形。所謂工作圓2 齒輪測量原理與總體方案設(shè)計6是指通過相嚙合的齒輪 Z2的齒頂圓與嚙合線的交點 a1。,其半徑為 RA1的圓 [如7圖 2.1a] ,Ra1的計算如下:Ra1= （2.1）2rbli?（2.2）2asn1lirb??其中（2.3）/co'rbt（2.4）'(22)/1)ivtgXZinvat??（2.5）*ahmnm???式中 Xt,Xn----端面和法向變位系數(shù); --法向齒頂高降低系數(shù),高度變位時 =0,角度變位時 ≠0。n? n?（2.6） /cost?（2.7）(12)Xyt???（2.8）cs/1o'aytzt??????式中 ---端面齒頂高將位系數(shù);?---端面中心距變動系數(shù).t(2).按與標準齒條的工作圓確定：由于在測量單位個齒輪時，常常不知與其嚙合的齒輪的參數(shù)，為使測量的齒形工作部分稍大于齒形有效部分，可以按照被測齒輪與標準齒條嚙合時的有效工作部分來計算其工作圓。此時工作圓是指通過齒條的齒頂線與嚙合線的交點 a2,其半徑為 RA2的圓，[如圖 2.1b]所示。RA2的計算如下：2Rarli??（2.9）圖 2.1 齒輪漸開線 8（2.10）2*sinhamXlirb?????????(3).按進入圓確定：為了簡化計算，可以按進入圓來確定起測點。進入圓是指其半徑 RA3與分度圓半徑相差 C=(ha*-xs)ms的圓 [如圖 2.1c]所示.RA3 由下式計算:RA3=(mn*z/2cos )-C （2.11）?C=hn*mn-Xnmn （2.12）當(dāng)齒數(shù)少時按基圓確定：當(dāng)齒數(shù) Z≤33 時；rb≥RA3；當(dāng) Z≦16 時，rb≥RA2。因為只在基圓外才有漸開線，當(dāng)齒數(shù)少時，應(yīng)該以基圓作為起測圓。以上三種計算結(jié)果相比較,RA1≥RA2≥RA3,當(dāng)起測圓按進入圓計算時,齒形上被測范圍為最大,這將對切齒條件要求嚴格.如果測量高精度齒輪時,應(yīng)當(dāng)選RA1來確定起測圓,以免對加工條件要求過嚴.對非特殊要求的齒輪可按 RA2確定起測圓.b. 起測和終測展開角和展開長度的計算 [5]由于齒形測量是按照展成角度或展開長度進行的，實際的測量范圍是以展成角或展成長度來表示的。[如圖 2.2]所示 起測點 A所對應(yīng)的展開角與展開長度稱為起測展開角 ΦA(chǔ) 與起測展開長度 LA.終測點 B所對應(yīng)的為終測展開角 ΦB,終測展開長度 LB.ΦA(chǔ) 與 LA根據(jù)起測圓半徑 RA計算:ΦA(chǔ)= tgaA（2.13）LA= rb（2.14）1cosaRA??（2.15）RA根據(jù)選用的 RA1,RA2或 RA3代入上式ΦB 與 LB一般按齒頂圓作為終測圓計算:ΦB= tga（2.16）LB=rb?1cosRa??（2.17）92.1.4 齒形誤差評定與分析a. 齒形誤差的評定用齒形誤差曲線圖表示齒形誤差。曲線圖的橫坐標表示展開角度 Φ 或展開長度 L，縱坐標表示個測量點的齒形誤差 Δf fi（即展開長度的誤差 ΔL i） ，見圖 2.1。如果被測齒形與理論漸開線沒有差別，在記錄圖上記錄為平行于橫坐標的直線。在確定了齒形測量范圍（A、B）之后，在此范圍內(nèi)作兩條平行線分別與齒形誤差曲線的上下兩個最高點相切，平行線間的縱坐標格數(shù)乘以誤差放大比即可得到齒形誤差 Δf f。為了反映齒輪偏心等因素的影響，測量均布的四個齒面的齒形誤差，以期最大值作為該齒輪的齒形誤差，用來評定該齒輪的齒形質(zhì)量是否合于要求。b. 齒形誤差的分析對方程式 L=γ bΦ=(mzφcosα/2)全微分并取增量形式，可得ΔL=Δγ bΦ+γ bΔΦ （2.18）或 ΔL=- bΔΦ。 （2.19）展開長度的變化就是齒形誤差，有上式可以看出，基圓半徑的變化 Δγ b或壓力角的變化 Δα 都是影響齒形誤差的因素，其主要的工藝原因是刀具的齒形角有誤差。由于齒形角誤差 Δα 在一般情況下可以認為是定值，所以，ΔL與 Φ 的關(guān)系是線性關(guān)系。如果沒有其他的誤差因素，僅有由于齒形角誤差所造成的壓力角誤差，齒形誤差的記錄曲線是一條與橫坐標有一定夾角的傾斜直線。由以上分析可知，齒形誤差由兩部分組成：①由壓力角誤差 Δα（或基圓半徑誤差 Δγ b）引起的漸開線齒形的傾斜誤差 Δf fα ,以齒形誤差曲線的中線Cc在測量范圍內(nèi)相對于橫坐標的最大偏移量來度量；②由機床傳動鏈誤差引起的漸開線齒形的形狀誤差 Δf fx，沿中線 Cc的方向左兩條能包容齒形誤差曲線的平行線，它們之間沿著橫坐標的距離即為 Δf fx。c. 確定中線 cc的方法為了求出 Δfα 和 Δfx 的數(shù)值，首先要確定中線 cc的位置。(1).計算法：根據(jù)最小二乘法原理求出齒形誤差曲線的擬合直線即為中線。表征直線方程的參數(shù)為直線的斜率,計算擬合直線的斜率 K的方法為:在測得的曲線上取一系列點的坐標值(φ1, ΔL1 ),(φ2, ΔL2 )……(φ i,ΔL i), 斜率計算式為:圖 2.2 齒形誤差分析10（2.20）22iiiLnK??????式中 ΔL i： i 點的展開長度增量；、 分別為 及 的平均值；?L?iiL?n: 測量點的總數(shù)。這種方法的精度高，但計算較為復(fù)雜，一般為手工計算所不用，當(dāng)測量系統(tǒng)由計算機控制和進行數(shù)據(jù)處理時常常用這種方法，這時可由測出的各個坐標值直接進行計算。(2).作圖法：對于一般精度的測量，常常用目估作圖法確定中線。即在所得的齒形誤差曲線圖上畫一條直線，使在測量范圍內(nèi)，直線兩邊的齒形誤差曲線與直線間所包容的面積相等，這條直線就是中線 cc。 這種方法精度不高，但簡單易性。而且目估的方向，對于一個熟練的測量者來說也不會偏離最小二乘法所確定中線的 2度的范圍，這是測量精度所允許的。d. 基圓半徑誤差 Δrb由式(2.18)的前一項可以知道,當(dāng)僅有基圓半徑誤差 Δrb 時,齒形誤差曲線是一條與橫坐標有夾角的直線,由計算法求出中線的斜率即為基圓半徑誤差:Δrb=K （2.21）由作圓法確定中線后可以在曲線上直接量出傾斜誤差 Δfa,這時由下式計算基圓半徑誤差:Δrb=Δfa/Φab （2.22）式中 Δf a----曲線圖中傾斜誤差的坐標值,單位為 μm;Φab----曲線圖中測量范圍內(nèi)展開角,單位為 rab;Rb----基圓半徑,單位 μm.2.2齒輪齒向測量的方法與誤差分析2.2.1齒向誤差的定義在分度圓柱面（允許在齒高中部測量）上，齒寬工作部分范圍內(nèi)（端部倒角部分除外）包容實際齒向線的兩條最近的設(shè)計齒向線之間的端面距離。2.2.2齒向誤差測量方法(1). 標準軌跡法 測量儀器形成標準的螺旋運動與被測齒輪的螺旋線進行比較測量，齒向誤差直接由測量裝置指示出來。形成標準的螺旋線軌跡的裝置11可以是機械式的、光學(xué)機械式的，也可以是電子展成式的。(2). 坐標測量法　螺旋線是一條空間曲線，可按照螺旋線形成原理分別測量齒輪轉(zhuǎn)角和測頭齒輪方向的位置，然后與相應(yīng)的理論值進行比較，計算出齒輪向的誤差；或者按照空間直角坐標沿螺旋線逐點測量其三個坐標值，然后計算出齒向誤差。2.2.3齒向誤差評定與分析齒向誤差在一般情況下是由兩部分組成的，即齒向線的位置誤差和形狀,如下圖 2.3所示。齒向線的位置誤差也就是螺旋線角誤差的線值，用 Δfhβ 來表示。確定 Δfhβ 數(shù)值時要用最小二乘法回歸出一條中線，在要求不十分精確的情況下也可以用作圖法使中線兩邊曲線多包圍的面積相等來確定中線的位置。包容實際齒向誤差曲線且與中線平行的兩條直線之間的距離（仍為齒輪端面距離，在 ΔFβ 方向計算）即為形狀誤差，用 Δfhβ 來表示。將齒向誤差分為位置誤差和形狀誤差將有助于分析齒向的加工誤差。由 Δfhβ 即可以求的螺旋角的誤差，因為tgβ=rφ/b` (2.23)將此式微分并取增量形式，且 Δ（rφ）=Δfhβ，則Δβ=(Δfhβ/b`) cosβ*cosβ (2.24)式中 b`----齒寬工作部分。圖 2.4給出了兩種典型的齒向誤差曲線。圖 a是左、右齒面的齒向線位置誤差 Δfhβ 數(shù)值相近而符號相同（偏向齒體內(nèi)的誤差為負值） ，其螺旋角誤差方向相反，主要是由于加工時刀具沿著工件軸線方向進給時，刀具的運動方向與工件軸線方向不平行所引起的，其不平行度由左、右齒面的齒向線位置誤差的平均值來確定的，即：Δ=（ΔfhβL+ΔfhβR）/2tga (2.25)圖 2.4是左、右齒面的齒向線位置誤差 Δfhβ 的數(shù)值相近而符號相反，即左、右齒面螺旋角誤差方向相同的情況。這主要是由于刀具軸向進給方向相對于工件軸線傾斜所造成的，其傾斜度按左、右齒面齒向線位置誤差的絕對值之平均值來確定，即：Δ=ΔfhβL+ΔfhβR/2 （2.26）工件的安裝誤差也會造成工件軸線相對于刀具軸向進給方向傾斜，而且二者相對的傾斜度是工件轉(zhuǎn)角的函數(shù)，這就導(dǎo)致一個齒輪上各個齒的齒向誤差數(shù)值不同。12圖 2.3齒向誤差評定法圖 2.4齒向誤差曲線由于機床傳動鏈的傳動比不準確也會造成 Δfhβ 的值相近而異號的誤差，因此在分析工藝誤差的時候要結(jié)合具體加工條件進行分析。當(dāng)左、右齒面的齒向誤差曲線較大，ΔfhβL 的值也相差較大，則是兼有幾種工藝誤差因數(shù)的綜合作用，可先找出主要工藝誤差因數(shù)，再按照任一齒面的 Δfhβ 值對兩齒面 Δfhβ 的平均值之間來估算其它工藝誤差的因數(shù)。齒向誤差的形狀誤差 Δfβf 是由于切齒加工中刀具相對于工件軸線移動的導(dǎo)軌的直線度誤差及軸向進給絲杠的軸向竄動等因數(shù)所引起。2.3 總體方案設(shè)計 本設(shè)計采用標準軌跡法進行齒輪齒形齒向的誤差測量，將被測齒輪的實際齒形與儀器復(fù)現(xiàn)的理論漸開線進行比較從而得出誤差的測量方法，運動的合成經(jīng)參數(shù)設(shè)置完成后計算機自動進行計算，控制控制系統(tǒng)發(fā)出指令脈沖，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成相應(yīng)的運動，硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從安裝在滑架上的測頭采集數(shù)據(jù)，送入計算機進行計算，得出誤差結(jié)果，轉(zhuǎn)化為圖形和數(shù)字量形式的結(jié)果輸出。根據(jù)系統(tǒng)的特點，對軟件的編寫擬采用可視化編程語言 Visual C++6.0進行開發(fā)，因為該語言執(zhí)行速度快，人機界面友好，具有較高的操作系統(tǒng)訪問權(quán)。齒形測量程序設(shè)計時主要完成齒形測量中的數(shù)據(jù)采樣和結(jié)果的處理，并根據(jù)測量算法得到齒廓總偏差、齒廓斜率偏差、齒廓形狀偏差和齒廓誤差曲線，通過對齒形誤差測量方法的分析并結(jié)合機械部分運動機理，齒形誤差測量的理論方方法采樣坐標法；齒向測量程序設(shè)計時主要完成齒向測量中的數(shù)據(jù)采樣和結(jié)果的處理，并根據(jù)測量算法得到齒向總偏差 ΔFβ、齒向斜率偏差 Δfhβ、齒向形狀偏差 Δffβ 和齒向誤差曲線，通過對齒形誤差測量方法的分析并結(jié)合機械部分運動機理，齒向誤差測量的理論方方法采樣標準軌跡法。最后所有的誤差結(jié)39果以文字和圖形的方式顯示在屏幕上，而且用戶的所由參數(shù)以對話框的形式由用戶通過鍵盤輸入。3 板卡操作143 板卡操作3.1接口方案 [6]綜合考慮此設(shè)計，計算機需要完成如下任務(wù):a.從控制面板讀鍵產(chǎn)生相應(yīng)動作，當(dāng)測量者按下操作面板的按鍵時，計算機要能對其識別并發(fā)出指令，驅(qū)動系統(tǒng)動作完成測量，為此，測量系統(tǒng)需要一個開關(guān)量輸入設(shè)備；b.由于計算機只能對數(shù)字量進行處理，而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的信號為電壓模擬信號，因此在計算機與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間需要一塊 A/D轉(zhuǎn)換卡，本設(shè)計中采用北京華遠自動化公司的 HY6040A/D轉(zhuǎn)化卡、HY 6110數(shù)字量輸入卡，光柵數(shù)據(jù)采集卡選用CA220 -PCI，其中前兩個板卡為 ISA接口，設(shè)計中采用 Ntport library 軟件，它允許 win32 程序?qū)崟r直接訪問 pc 機的 i/o 端口而無須使用 windows drivers development kit(ddk) 或其他工具。 Ntport library 支持 windows 95/98 和windows nt/2000/xp。并且非常容易使用，在 windows nt/2000/xp 下，ntport library 驅(qū)動程序可以動態(tài)地加載和卸載，不需要做任何設(shè)置工作。ntport library也是 basic 的 inp 或 out 命令的替代品。ntport library 還可以獲得 lpt 端口的基地址。而 PCI-CA220 是基于 PCI 總線的采集卡，PCI 總線系統(tǒng)要求有一個 PCI 控制卡，它必須安裝在一個 PCI 插槽內(nèi)。根據(jù)實現(xiàn)方式，PCI 控制器可以與一次交換 32 位或 64 位數(shù)據(jù)，它允許智能 PCI 輔助適配器利用一種總線主控技術(shù)與CPU并行地執(zhí)行任務(wù)。3.2 HY6040板卡介紹及操作 [7]HY6040板是一種光電隔離型的多功能 A/D板，它有三種不同的觸發(fā)方式：軟件觸發(fā)、定時觸發(fā)和外部觸發(fā)。本設(shè)計采用軟件觸發(fā)，主要操作步驟如下：(1). 對“BASE+4”口進行讀操作，清除 A/D完成位，避免引起系統(tǒng)誤操作。(2). 對“BASE+1”口進行寫操作，選擇模擬輸入通道和程控增益。(3). 對“BASE+0”口進行寫操作，關(guān)閉定時觸發(fā)、外觸發(fā)。(4). 對“BASE+2”口進行寫操作，觸發(fā) A/D轉(zhuǎn)換。(5). 從“BASE+0”口進行讀操作，讀取板狀態(tài)字，檢測 A/D的轉(zhuǎn)換完成位 是否為“1” 。(6). 當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換完成位為“1”后，延時大約 25μs。(7). 從“BASE+3”和“BASE+4”口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。軟件在查詢方式下，用戶編程自行決定在檢測到 A/D轉(zhuǎn)換完成后延時多長時間，才讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。對應(yīng)部分程序代碼如下_outp(base_ad+2,0); //讀基地址 +2位，是否啟動 A/D轉(zhuǎn)換_inp(base_ad+3); //讀 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果低 8位_inp(base_ad+4) //讀 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果高 4位3 板卡操作15int mydata=ldata|(hdatan2?N=（n1＋n2）/2nm=n1-n2+1取 n點對應(yīng)的誤差計算每個采樣點誤差和 n點對應(yīng)的誤差的偏差求所有偏差的和除以 nm得到總偏差對 nm個點根據(jù)最小二乘法確定中線 c的斜率 k和在 y軸的截距由 y＝kx＋b 及實際采樣點處的偏差求形狀偏差和斜率偏差返回計算結(jié)果及測量值返 回圖 4.8 數(shù)據(jù)處理程序流程圖304.5.3 數(shù)據(jù)采樣流程及部分程序代碼采樣函數(shù)程序代碼如下 [12]：double Sample(int n_channel) {inty=0;int i=0; //采樣_outp(base_ad+2,0); //寫控制字觸發(fā) A/D轉(zhuǎn)換初始化讀基地址控制變量讀基地址+3 的數(shù)據(jù)送給 Ldata送給 Ldata給 6040基地址+2 寫控制程序讀基地址+4 的數(shù)據(jù)送給 Hdatadata=data-2047Ldata+(Hdata<<8)送給 dataY&0X40=1?data=data*400/1000/4096data=data*400/1000/4096data=data*400/1000/4096data=data*400/1000/4096返回 data圖 4.9 采樣函數(shù)流程圖31do{y=_inp(base_ad); //讀基地址}while(!(y //檢測 A/D轉(zhuǎn)化是否完成int ldata=_inp(base_ad+3); //讀 A/D轉(zhuǎn)換低 8位int hdata=_inp(base_ad+4) //讀 A/D轉(zhuǎn)換高 4位int mydata=ldata|(hdata<<8); //得到采樣數(shù)據(jù)送入 dataint mydata0=mydata-2047;double sample=0;sample=400;//AD分辨率 400um/10vdouble data=mydata0*sample/1000/4096; //數(shù)據(jù)運算return data;}4.5.4 按鍵掃描流程圖設(shè)計初始化 KEY=0i=0Key=i讀 6110值 賦 Nowintdati++i=8Nowintda&(o﹡01≤2*)i<4?32由于整個測量軟件要根據(jù)輸入按鍵的狀態(tài)決定什么時候開始測量，具體測量什么項目什么時候測量結(jié)束，開始測量時要控制電機帶動運動部件按要求軌跡運動，結(jié)束時還要控制電機停止運動。所以按鈕檢測與控制程序就顯的很重要，在按鈕檢測與控制程序中主要完成按鍵的讀取。按鈕檢測與控制程序代碼如下：UINT Testkey(LPVOID)//按鈕檢測與控制{int key;while(1){key=-1;//檢測按鍵long NowInData=~_inpd(base_in+0); //6110for(int i=0;i<4;i++){if(NowInData&(0x01<<(2*i)))key=i;}if(key==0||key==1||key==2||key==3)//SetItem 測量項目{SetItem=key;//0-齒形左 1－齒形右 2－齒向上 3－齒向下}for(i=8;i<10;i++) //8-測量 9－停止Nowintdat&(0x01<<2*i)data=data*400/1000/4096data=data*400/1000/4096data=data*400/1000/4096Key=i圖 4.10 按鍵掃描流程圖i<10?Key=i結(jié)束33{if(NowInData&(0x0100<<(2*i)))key=i;}if(key!=-1){SetKey=key;}}return 0;}5 伺服機械子系統(tǒng)設(shè)計及校核345 伺服機械子系統(tǒng)設(shè)計及校核5.1 原理方案設(shè)計 [13]圖 5.1 工作原理：計算機通過計算測量者輸入的數(shù)據(jù)得到一系列運動信息，傳遞給數(shù)控裝置發(fā)出運動的指令脈沖，再經(jīng)過傳動導(dǎo)向裝置使測頭工作臺與被測齒輪合成理論的漸開線運動，測頭檢測到的信息即為誤差信息，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)把采集到的數(shù)據(jù)送給計算機，經(jīng)過運算得出誤差結(jié)果。5.2結(jié)構(gòu)方案設(shè)計5.2.1 結(jié)構(gòu)布局EFRS-401MZ齒輪測量機采用立式布局 [14]。5.2.2 驅(qū)動裝置驅(qū)動系統(tǒng)：它是使機械結(jié)構(gòu)運動的裝置，伺服驅(qū)動裝置是帶有力或力矩或速度或位置反饋并可自動調(diào)節(jié)的驅(qū)動裝置。要求主要在以下幾方面：高精度、快速響應(yīng)、無超調(diào)、調(diào)速范圍寬、穩(wěn)定性要好、快速的應(yīng)變能力和較長時間的過載能力。綜合選擇，取電機類型為交流伺服電機。被測齒輪計算機 數(shù)控驅(qū)動裝置 傳動、導(dǎo)向裝置測量裝置結(jié)果輸出355.2.3 傳動系統(tǒng)由于此測量機 Z軸部分最終要求絲杠的轉(zhuǎn)速為 5r/min，正常工作時轉(zhuǎn)速極低，且測量系統(tǒng)為較高精度的測量，因此采用兩級轉(zhuǎn)速，考慮到整個測量機的安裝位置，第一級選錐齒輪傳動，傳動效率高，有很大的經(jīng)濟效益，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長，傳動比穩(wěn)定；第二級選擇同步帶傳動，它可保持恒定的傳動比，傳動精度較高，工作平穩(wěn)，效率高，達 98%，噪音小，不需要潤滑。5.2.4滾動導(dǎo)軌 [15]導(dǎo)軌是精密機械中用來保證各運動部件相對精度的一個重要部件。滾動導(dǎo)軌具有以下優(yōu)點：運動靈敏度高，沒有爬行現(xiàn)象；定位精度高；牽引力小，移動靈活；主要由導(dǎo)軌、滑塊以及滾珠組成。 5.3 伺服機械子系統(tǒng)設(shè)計計算5.3.1 伺服電機的選擇(1). 選擇滾珠絲杠已知正常工作狀態(tài)時絲杠的轉(zhuǎn)速約為 5r/min，而絲杠的預(yù)計壽命為 15000h，由 ， (5.1)610155h LL??得出 L=4.5。先初選絲杠的導(dǎo)程為 5mm/r,(5.2)3102.aFmN???由 ， (5.3)3aCL???????因此 33104.516.acF??因為受力不大，優(yōu)先選取絲杠的導(dǎo)程為 5mm/r，由因為需要安裝帶輪、軸承等零件，故絲杠軸徑取為 25mm，且預(yù)緊方式為雙螺母墊片式。根據(jù)表 5-6，選擇絲杠的型號為 CMD2505-2.5。相關(guān)參數(shù)為：絲杠中徑 25mm，基本導(dǎo)程 5mm/r ,鋼珠直徑為 3.175 mm，絲杠外徑為24.5mm，2.5 圈，一列。(2). 由于測量機 Z軸部分螺母副及滾珠導(dǎo)軌承受的徑向和軸向載荷不大，而36且在測量過程中絲杠的測量速度很慢，為 5r/min，故對電機要求為額定轉(zhuǎn)速低、響應(yīng)速度快，本設(shè)計選取上海贏雙電機有限公司生產(chǎn)的型號為 YS60SVN200 的交流電機，相關(guān)參數(shù)如下： 電壓：200v； 額定轉(zhuǎn)速：200r/min； 最高轉(zhuǎn)速：500r/min 額定轉(zhuǎn)矩：2.0nm 安裝尺寸：LA:60mm； LB:116mm； LC:130mm。 5.3.2 設(shè)計并校核齒輪(1). 總傳動比分配 [16]由于伺服電機轉(zhuǎn)速為 200r/min，最終絲杠轉(zhuǎn)速為 5r/min，故總傳動比i=n/v= =40，設(shè)計傳動系統(tǒng)為兩級減速，第一級采用直齒錐齒輪傳動，第二級采用同步帶傳動減速。分配的傳動比為 i1=6，i 2=40/6≈6.67。(2). 確定齒輪 1）選直齒錐齒輪傳動，精度為 6級，小齒輪與軸加工為一體，硬度為280HBS，大齒輪選用 45#鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS。硬度相差 40HBS。2）查表 2.3-13，取綜合系數(shù) K=1.53） 試驗齒輪的接觸疲勞強度極限，查圖 2.2-10小齒輪接觸疲勞強度： ，lim1650HaMP??大齒輪接觸疲勞強度： 。li24） 最小安全系數(shù)：查表 2.3-13，取 SHmin=1.15）許用接觸應(yīng)力：(5.4)limn6054..1.HP Pa???6） 功率：(5.5)1 2*6.80*41.9PTWw??小齒輪傳遞的額定轉(zhuǎn)矩：(5.6)553119.0/9.041.9/2.nNm?????7） 小齒輪分度圓直徑 d1：(5.7)3312 2..014.7.65HPKTdi????8）取齒數(shù) ； 。18z2188.z?因此 。6ctgctg???9）則分錐角 ； 。19.4?20.54?3710）大端模數(shù)： (5.8)124.71.32.8edmmz??取模數(shù)的標準值： .5.e11）分度圓直徑 d: 12218.3724.7.0518edzmm???12）平均分度圓直徑：(5.9)??121.524.70.20.65;360615Rmd??????????????13）平均模數(shù): (5.10)??..71.46.mRm?14）外錐距： (5.11)221 64.5.9.uRd??????（15）齒寬： (5.12)7.9..3Rb m?16）大端齒頂高 ha:(5.13)??112 1.5;.aahxm???17）大端齒根高 hf:(5.14)??*112 0.2.371.65;.ffcxmh?????18）齒頂角 ：a?21.,af f?19）齒根角：(5.15)1121 .65rctnarctn10779.ffffhR????A(3). 校核齒輪由于設(shè)計的齒輪為閉式傳動，故應(yīng)按齒面接觸疲勞強度校核：強度條件： .HHP??38計算應(yīng)力：(5.16)2310.85tHEKAVHmFiZKbd?? ?????1〉查表 2.2-35取 KA=1，2〉取 KV=1.13〉 1.5..2.875HHbe??????4〉 ?5〉Z H=2.5，6〉查圖 2.3-11，Z E=2.47〉查圖 2.2-9得 1.5???8〉 12094..62tmTFNd??9〉Z K=1，10〉代入上式，求得(5.17)2310.8594.6.32.51. 1.8751.05367tHEKAVHmFiZKbdMPa?? ?????????許用應(yīng)力：(5.18)limli61.9.0534.6.HNLVRWxPZ MPaS????由上知 .P?故設(shè)計的齒輪滿足強度要求，符合條件。5.3.3 同步帶傳動設(shè)計1）由于 P1=41.9w，故 (5.20).41.98%57.49dAKw????2) 由于 ，120/63./minnr查圖 2.1-3，選帶型為 XXL（超輕型） ，節(jié)距 Pb=3.175mm。3）查表 2.1-14，取小帶輪的齒數(shù) Z1=14。4）小帶輪節(jié)圓直徑(5.21)14.754.16.3bPd????5）大帶輪齒數(shù)：Z 2=6.67*14=93.38，取為 94。396）大帶輪節(jié)圓直徑：(5.22)2943.1759.0.bZPd m????7）帶速：(5.23)1 ax3.4.16.02/3/60nv svs????8）初定軸間距： ????1212.7ad???09. 9.?6.4584mm初定 013a?9）帶長及帶齒數(shù)：(5.24)????2210012024167.460.535. dLdam?????查表 2.1-3，選取帶的齒數(shù) Z=112，L P=355.60mm。帶長代號：140。10）實際軸間距：(5.25)003.9112.2PLam??????11）小帶輪嚙合齒數(shù)：(5.26)2180.914.766265mdZZa???????????????故嚙合齒數(shù)為 4。12）基本額定功率 P0：查表 2.1-15，得 bs0=6.4mm。Ta查表 2.1-16為 31N。故(5.27)??22 2031.05.() 7.810.1amv kw???????13）帶寬：K z=0.6,(5.28)21.41.400.7169.080dssZPb m???標準帶寬 b s,由表 2.1-8查得應(yīng)選帶寬代號為 025。 ..m?14）作用在軸上的力 40(5.29)21007.8130.5drPFNv????15）帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸，查表 2.1-2，節(jié)距(Pb): 3.175mm； 齒形角 : 50； 齒根厚 s: 1.73;()??齒高 hf: 0.76mm； 帶高 hs: 1.52mm； 齒根圓半徑（r r）: 0.20;齒頂圓角半徑(r a）: 0.30mm。16）帶輪材料：HT200,采用漸開線齒形，實心式帶輪。小帶輪為雙邊擋圈，大帶輪為單邊擋圈。5.3.4 導(dǎo)軌設(shè)計選用滾動導(dǎo)軌中的雙 V型截面滾珠導(dǎo)軌，工藝性較好，摩擦系數(shù)小，導(dǎo)軌運動的靈活性好，承載能力較小，適用于載荷不大，行程較小而運動靈敏度較高的場合。查《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計手冊》表 2.9.2直線滾動導(dǎo)軌副的類型和特性，選取 GGA（徑向型）型，它的特性如下：(1)垂向向下和左右水平額定載荷大；(2)對垂向向下載荷的精度穩(wěn)定性好；(3)運行噪聲小。適用于各種電加工機床、各種檢測儀器、Ｘ－Ｙ工作臺。具體的尺寸見表 2.9-3，各部分參數(shù)如下：d0=16mm； B 1=4mm； B 2=26mm；B3=22mm； B 4=16mm； W=9mm，詳盡尺寸見裝配圖。5.3.5 各支承件的設(shè)計(1). 軸承的選擇 [18]錐齒輪部分軸承的選擇：小齒輪與電機的連接： 在電機軸上加工一個鍵槽，采用聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，由于電機軸直徑為 18mm，故選擇鍵的尺寸為 6*6*14， 。大錐齒輪：由于該從動軸基本上不受徑向力，只承受小的軸向力，故采用一對角接觸球軸承，由于連接錐齒輪部分的軸的直徑為 17mm，根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》P70GB/T292-94，選擇角接觸球軸承的型號為 7203C，基本尺寸為：d=17mm； D=40mm； B=12mm。軸承的下端采用雙螺母固定，根據(jù) GB/T6170-2000,螺母的尺寸為 GB/T 6170 M12， 其中 m=10.5mm。(2). 滾珠絲杠支承選擇滾珠絲杠主要承受徑向載荷，除絲杠自重外，一般無徑向外載荷，因此，滾珠絲杠軸承的軸向剛度和精度要求都較高。進給系統(tǒng)要求運動靈活，對微小位移（絲杠微小轉(zhuǎn)角）響應(yīng)要靈敏，因此軸承的摩擦力矩應(yīng)盡量小。滾珠絲杠41轉(zhuǎn)速不高，即使高速運轉(zhuǎn)時間很短，因而發(fā)熱不是主要問題。采用一端固定、一端游動的方式固定在豎直軸上。綜合選用，采用雙向推力角接觸球軸承，它