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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用
專 業(yè) 名 稱 ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) ： 078105225
學(xué) 生 姓 名 ： 邱志慶
指 導(dǎo) 教 師 ： 賀紅林
填 表 日 期 2011 年 6 月 1 日
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
一、 選題的依據(jù)
1、合理的測(cè)量精度
坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是檢測(cè)工件尺寸與形位誤差的儀器，首要的是精度指標(biāo)應(yīng)滿足用戶要求。選用時(shí)，一般可根據(jù)被測(cè)工件要求的檢測(cè)精度與測(cè)量機(jī)給定的測(cè)量不確定度相對(duì)比，看測(cè)量機(jī)精度是否符合要求。
精度比對(duì)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的比較過程。測(cè)量機(jī)的技術(shù)規(guī)范中一般只給出單軸測(cè)長(zhǎng)和空間測(cè)長(zhǎng)的兩個(gè)不確定度公式及重復(fù)精度值。但在具體測(cè)件時(shí)需要將被測(cè)參數(shù)的測(cè)量不確定度限制在一定范圍內(nèi)。一般測(cè)量時(shí)，要測(cè)量很多測(cè)點(diǎn)。在形位測(cè)量時(shí)，更有大量測(cè)點(diǎn)參與并帶來(lái)測(cè)量誤差，精確計(jì)算是很難的。因此從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，在一般測(cè)量中，測(cè)量不確定度應(yīng)為被測(cè)工件尺寸公差帶的1/5～1/3。例如某一被測(cè)箱體上二孔的孔距為500mm，公差帶為15um，則所選用的測(cè)量機(jī)在500mm長(zhǎng)度上的測(cè)量不確定度應(yīng)不大于3um～5um。對(duì)于精密測(cè)量及復(fù)雜的形位測(cè)量要求還高，一般應(yīng)為被測(cè)尺寸公差帶的1/10～1/5。重要的是重復(fù)精度必須滿足要求，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差還可以通過一定方法補(bǔ)償，而重復(fù)精度應(yīng)由測(cè)量機(jī)本身保證。
總之，用戶應(yīng)選用精度（包括重復(fù)精度）高一些的測(cè)量機(jī)。這不僅由于測(cè)量復(fù)雜件時(shí)，測(cè)點(diǎn)可能帶入的誤差比預(yù)想的要大（由于測(cè)頭測(cè)桿變化或加長(zhǎng)會(huì)引入更大的誤差），而且測(cè)量機(jī)的精度會(huì)隨使用次數(shù)增多而有所下降。
2、合乎要求的測(cè)量范圍?
測(cè)量范圍的選擇時(shí)選擇測(cè)量機(jī)時(shí)的最基本參數(shù)。因?yàn)樵跍y(cè)量范圍內(nèi)才能獲得精確的測(cè)量值，超出了范圍，測(cè)量就難于進(jìn)行。選擇測(cè)量范圍時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。
（1）、工件的所需測(cè)量的部分，不一定是整個(gè)工件。如要測(cè)的部分集中在工件的某個(gè)局部，除了測(cè)量機(jī)的測(cè)量范圍能覆蓋被測(cè)參數(shù)之外，還要考慮整個(gè)工件能在測(cè)量機(jī)上安置，要求工件重量對(duì)測(cè)量精度不帶來(lái)顯著影響。為了把工件放入測(cè)量機(jī)中，應(yīng)根據(jù)工件大小選擇測(cè)量機(jī)。
（2）、Z軸與Z向空間高度的關(guān)系。Z軸行程是Z軸的測(cè)量范圍，而Z向空間高度是工件能放得下的高度。
（3）、接長(zhǎng)桿的問題。有的測(cè)頭上有星形探針，這些探針在測(cè)量時(shí)往往要求超出工件的被測(cè)部分。一般工件尺寸為l時(shí)，要求測(cè)量范圍L=l+2C，C為探針的長(zhǎng)度。因此測(cè)量范圍等于工件被測(cè)的最大尺寸再加上兩倍的探針長(zhǎng)度。
3、合適的測(cè)量機(jī)類型?
測(cè)量機(jī)按自動(dòng)化程度分為手動(dòng)（或機(jī)動(dòng)）與CNC自控兩大類。選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的批量大小、自動(dòng)化程度、操作人員技術(shù)水平及資金投入大小去權(quán)衡。當(dāng)然CNC測(cè)量機(jī)水平高、測(cè)速快，但測(cè)量的準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、技術(shù)要求高、資金投入大。故應(yīng)從經(jīng)濟(jì)效益的角度進(jìn)行比較判定。
一般說，對(duì)于中等尺寸的工件，多采用移動(dòng)橋式；對(duì)于小型工件，多采用懸臂式、儀器臺(tái)式與移動(dòng)橋式等；對(duì)于大型工件，則多采用龍門式；對(duì)于需回轉(zhuǎn)測(cè)量的工件，可選用帶分度臺(tái)的測(cè)量機(jī)。
4、豐富的測(cè)量軟件
對(duì)復(fù)雜的測(cè)量對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量機(jī)應(yīng)有豐富的測(cè)量軟件支持，以完成測(cè)量任務(wù)。如缺少某些軟件，可根據(jù)被測(cè)對(duì)象向生產(chǎn)廠家索取。如果廠方提供了編程方法（多數(shù)廠家不提供），也可自行開發(fā)。
5、符合要求的測(cè)量效率
測(cè)量機(jī)運(yùn)行速度與采樣速度既是測(cè)量機(jī)效率高低的重要指標(biāo)，又與自動(dòng)化生產(chǎn)的要求密切相關(guān)。用于生產(chǎn)線或柔性加工線上的測(cè)量機(jī)，檢測(cè)的時(shí)間必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求。
6、功能齊全的測(cè)量頭
測(cè)量頭是測(cè)量機(jī)上重要的傳感器件。它不僅直接影響測(cè)量精度，而且是決定測(cè)量機(jī)功能和測(cè)量效率的重要因素。
7、滿意的經(jīng)濟(jì)效益
作為檢測(cè)儀器，測(cè)量機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益是投資購(gòu)買的一項(xiàng)重要指標(biāo)。雖然它不像生產(chǎn)機(jī)床那樣便于計(jì)算，也不如機(jī)床那樣可以較快地收回成本并創(chuàng)造效益，但作為保證生產(chǎn)質(zhì)量的手段和環(huán)節(jié)，檢測(cè)儀器有著特殊的重要性。
測(cè)量機(jī)的使用費(fèi)用，主要取決于測(cè)量機(jī)的折舊費(fèi)K、檢測(cè)人員的工資G、測(cè)量所用的時(shí)間T及輔助材料和設(shè)備等雜費(fèi)Q，即測(cè)量總費(fèi)用。
M=T（K+G）+Q
測(cè)量機(jī)效益的關(guān)鍵在于使用時(shí)間T。因此在考慮測(cè)量機(jī)資金的投入時(shí)，關(guān)鍵在于了解它的使用效率。如果使用效率高，則經(jīng)濟(jì)效益亦高。如果使用效率不很高，而又易于在當(dāng)?shù)亟鉀Q測(cè)量問題，則應(yīng)委托或協(xié)作檢測(cè)。只付檢測(cè)費(fèi)，比購(gòu)置一臺(tái)測(cè)量機(jī)更經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然有的場(chǎng)所，測(cè)量對(duì)象極為精密，不適宜搬動(dòng)，有的系軍工保密件等，此時(shí)配置一臺(tái)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有特殊性，也是必須的。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)
從60年代初發(fā)明到現(xiàn)在，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）在制造業(yè)得到世界范圍廣泛應(yīng)用，成為3D檢測(cè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)得到迅速發(fā)展，而配套檢測(cè)軟件的發(fā)展，更是突飛猛進(jìn)。最早的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)只能顯示XYZ坐標(biāo)，而目前的各種檢測(cè)軟件幾乎可以解決用戶的絕大部分問題。軟件日益成為影響用戶使用好壞的關(guān)鍵所在。CMM測(cè)量軟件發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)來(lái)說，通常是設(shè)計(jì)部門提供二維圖紙，檢驗(yàn)部門根據(jù)圖紙對(duì)工件進(jìn)行尺寸及形位公差的檢測(cè)。隨著三維CAD軟件的應(yīng)用，越來(lái)越多的技術(shù)部門使用三維CAD建模技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，各坐標(biāo)機(jī)廠家紛紛推出了基于三維CAD技術(shù)的測(cè)量軟件，直接將客戶設(shè)計(jì)好的三維CAD模型導(dǎo)入測(cè)量軟件進(jìn)行檢測(cè)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，不需要額外的圖紙，理論值可以直接捕獲，更可以進(jìn)行測(cè)量仿真，測(cè)頭干涉檢查等，所以，受到用戶的一致好評(píng)?；贑AD的測(cè)量成為目前三坐標(biāo)測(cè)量軟件的發(fā)展熱點(diǎn)。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和對(duì)測(cè)量方法的深入研究，在機(jī)電行業(yè)中人們對(duì)三維坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)的要求也越來(lái)越高。物體的三維輪廓以及形位測(cè)量已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航海、航空航天、反求工程等領(lǐng)域。目前物體三維輪廓測(cè)量的主要方法有導(dǎo)軌式三坐標(biāo)機(jī)的高精度接觸測(cè)量、激光點(diǎn)掃描和激光線掃描式三坐標(biāo)輪廓測(cè)量、激光散斑物體輪廓高精度顯微全場(chǎng)測(cè)量。在這些諸多的測(cè)量方法中，激光散斑物體輪廓測(cè)量法測(cè)量精度最高，屬非接觸和全場(chǎng)測(cè)量，測(cè)量速度高，但其測(cè)量范圍小。此外，三坐標(biāo)機(jī)的測(cè)量精度高，已被廣泛采用。但它只能進(jìn)行接觸測(cè)量，并且測(cè)量速度很慢。目前，三坐標(biāo)機(jī)主要有兩種:導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和無(wú)導(dǎo)軌式三坐標(biāo)儀，無(wú)導(dǎo)軌式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類產(chǎn)品問世。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的多功能測(cè)量臺(tái)是一種高精度測(cè)量臺(tái)?？赏瑫r(shí)裝夾兩只測(cè)量表或傳感器對(duì)工件進(jìn)行多參數(shù)測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)廣泛的應(yīng)用于機(jī)械零件加工，模具制造等個(gè)方面。CLY系列單臂三為測(cè)量?jī)x是一款具有較大測(cè)量范圍的高精度測(cè)量設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了使用者對(duì)沖壓件、儀表板件、塑料件、中型模具件的測(cè)量要求。由于采用開放式測(cè)量，從而保證了在現(xiàn)場(chǎng)、在模具制造和仿型、在部件檢測(cè)和設(shè)計(jì)室里都可以方便的使用。特點(diǎn)： 1、 X軸移動(dòng)方向的導(dǎo)軌采用天然花崗巖，并配備進(jìn)口雙直線導(dǎo)軌，三軸位移傳感器采用進(jìn)口金屬反射光柵和讀數(shù)頭，結(jié)合空間誤差修正技術(shù)，使用中處處體現(xiàn)高精度的3D測(cè)量。 2、 配件萬(wàn)向電子測(cè)頭，并通過各種測(cè)頭配件，既可以對(duì)遠(yuǎn)程和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能完成中、小型零部件的測(cè)量 3、 本測(cè)量?jī)x具有方便的現(xiàn)場(chǎng)自校定功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。
三、 研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案
目標(biāo)：采用單臂實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的動(dòng)作。
研究?jī)?nèi)容： 單臂實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量，其中涉及的各種器件的選擇原則。
擬解決的關(guān)鍵問題： 傳動(dòng)方式、電動(dòng)機(jī)、傳感器的選擇。
設(shè)計(jì)方案（須有文字和示意簡(jiǎn)圖說明）
一、初步設(shè)定采用單臂完成三維空間的測(cè)量，采用接觸式測(cè)量。
二、對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選擇，完成三個(gè)坐標(biāo)的動(dòng)作需選用三個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn) 。
三、傳動(dòng)方式的確定。
四、傳感器的選擇應(yīng)用。
題目的可行性分析：
現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的今天，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和精度的要求越來(lái)越高，那么對(duì)檢測(cè)裝置的需求量越來(lái)越大，對(duì)其質(zhì)量精度要求也非常高。零件的檢測(cè)和誤差分析都需要測(cè)量裝置來(lái)完成。
本項(xiàng)目的創(chuàng)新之處
進(jìn)給系統(tǒng)采用氣動(dòng)，很大程度上減少了再進(jìn)給過程中的摩擦阻力，提高了測(cè)量精度。
四、 目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種具有很強(qiáng)柔性的尺寸測(cè)量設(shè)備，CMM在工業(yè)界的應(yīng)用開始于對(duì)棱柱零件的快速、精確測(cè)量。但隨著CMM各方面技術(shù)的發(fā)展（如回轉(zhuǎn)工作觸發(fā)式測(cè)頭的產(chǎn)生），特別是計(jì)算機(jī)的CMM的出現(xiàn)，目前，CMM已廣泛應(yīng)用于對(duì)各類零件的自動(dòng)檢測(cè)。與投影儀、輪廓測(cè)量?jī)x、圓度測(cè)量?jī)x、激光測(cè)量?jī)x等比較，CMM具有適應(yīng)性強(qiáng)，功能完善等特點(diǎn)。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的出現(xiàn)，不僅提高了檢測(cè)設(shè)備的水平，而且在自動(dòng)化檢測(cè)中也是一個(gè)生重要的突破。
CMM在自動(dòng)化程度方面有很大的差別。計(jì)算機(jī)控制的CMM具有自動(dòng)執(zhí)行檢測(cè)、分析檢測(cè)數(shù)據(jù)和輸出檢測(cè)結(jié)果的功能，而一般的CMM僅有手動(dòng)控制功能或手動(dòng)控制加示教功能。目前，隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高和價(jià)格降低，絕大部分CMM均配有計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)可對(duì)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析，以判別被控件是否合格。同時(shí)也可以使用統(tǒng)計(jì)技術(shù)來(lái)確定工藝能力是否滿足，分析誤差等來(lái)源。
除了再質(zhì)量檢測(cè)方面使用CMM外，CMM還可以用于對(duì)實(shí)物的仿物的信制加工中，即所謂逆向工程。在這種情況下，由CMM測(cè)量實(shí)際工件，并將測(cè)量所得的數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)中，由CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，建立CAD模型，并進(jìn)一步生成加工指令來(lái)指導(dǎo)加工。
畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
（1）查閱文獻(xiàn)、熟悉相關(guān)軟件使用，撰寫開題報(bào)告； 2周
（2）相關(guān)外文文獻(xiàn)閱讀與翻譯（6000字符以上）； 1周
（3）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)總體方案設(shè)計(jì)； 2周
（4）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算； 2周
（5）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)總體裝配圖設(shè)計(jì)； 4周
（6）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)零部件工作圖設(shè)計(jì)； 4周
（7）基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的異形零件三維建模 1周
（8）畢業(yè)設(shè)計(jì)說明撰寫 2周
（9）答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 1周
五、 參考文獻(xiàn)
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