连杆建模与三坐标测量.docx

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连杆建模与三坐标测量

常州刘国钧高等职业技术学校

机电工程系

毕业设计（论文）说明书

题目：

连杆的建模与三坐标测量

专业：

机电设备与工艺

班级：

2430

姓名：

钱志娟

指导教师：

赵小飞

完成日期：

成绩：

1.1三坐标的发展重要性：

1.2三坐标测量机的工作原理：

1.2.1三坐标测量范围：

1.2.2影响三坐标测量系统精度的主要因素：

1.3三坐标测量机的测量系统的组成

1.3.1主机结构的组成：

1.3.2电气系统的组成

1.3.3CALYPSO软件的介绍

1.3.4三坐标测量机测头的分类

1.3.4.1CONTURAG2RDS的空间位置及步距角

1.3.4.2VASTXXT被动式扫描探头

1.3.4.3ViScan光学测头

1.3.4.4三维测头

2.1连杆示意图：

2.2连杆3D模型的建立的过程

3.1连杆综合测量的项目：

3.2.1连杆准确实现测量的方法

3.2.2.建立零件坐标系

3.3连杆测量程序的编制

3.3.1连杆新测量程序的建立

3.3.2连杆基准的建立

3.3.3连杆的安全平面的建立：

3.4连杆尺寸测量：

3.4.1连杆的大头孔径的评价

3.4.2评价连杆的垂直度的评价：

3.4.3评价连杆的圆柱度的评价：

3.4.4评价连杆的两孔中心距的评价：

3.5连杆评价结果：

4.1结论

连杆建模与三坐标测量

前言

为了适应已发生根本变化的市场，制造业正在大力开发具有更高附加值的产品。

在产品开发中，测量技术的作用显得日益重要。

目前在精密计量检测领域，测量精度已从原来的微米量级发展到纳米量级，对更微细加工形状的检测也受到更多关注。

不但对产品的精度质量如形状尺寸、表面粗糙度、圆度等提出了更高的检测要求，而且用于验证加工机床本身精度的各种检测技术也在不断进步。

质量管理对测量技术的需求

实际上在生产现场搜企网，使用量规来检测产品至今仍是主流检测方式。

量规是针对各种产品定制的专用量具，不具有兼用于其它零部件的通用性，如零部件的设计发生变更，就需要重新设计和制作量规。

随着市场对产品需求的多样化搜企网，零部件的种类在不断增加，使量规的数量也随之增加。

此外，高精度量规的制作需要高超的技艺，随着技术工人的更替换代造车网，现在已很难购买到高精度量规了。

随着现场测量仪器测量精度的提高，对仪器的环境适应性、可靠性和检测效率也提出了更高要求。

在精密测量领域，尺寸的管理可以说是制造的基本要素。

对在线检测的需求

为了满足不断追求高精度、低成本生产的用户需求，要求测量仪器不仅能为检查加工质量而进行尺寸测量（比较测量），还能实现在线检测（或测量仪器安装在生产线旁，便于被测工件的装卸和搬运）。

在汽车零部件的形状检测方面，越来越多地采用实时检测工件并将检测结果及时反馈回加工流程等方式，在线检测呈现出强劲的发展趋势。

在生产现场进行检测，需要满足用户的以下要求：

①提高生产效率；②提高测量结果的可靠性；③适应生产现场的恶劣环境；④满足测量装置的安装空间等。

这些要求主要基于自动化、无人化测量的需求。

制定在线检测解决方案的关键是用于监控加工流程的测量技术是否能与加工设备适当匹配。

在线检测的目的是保持并提高加工、组装的精度质量和生产效率。

目前企业十分重视将原有的生产线转换为能够提高加工、组装系统的性能及可靠性、稳定地生产优质产品的高效生产线，因此非常需要在线检测技术和测量装备的支持。

对高精度、高分辨率测量的需求

对于除了长度以外的温度、气压、角度等测量要素，也确立了分别以半年至数年为周期实施精度检定的可追溯性体系。

近年来，与分度标尺编码器一起www.MMS，绝对（Absolute）编码器已逐渐成为主流。

用于测量尺寸精度的数字测量规（DigitalGauges）要求具有高精度、高分辨率和对各种工作环境的适应能力。

致力于提供测量整体解决方案　用三坐标测量机进行测量。

1.1三坐标的发展重要性

　三坐标测量机是近30年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。

三坐标测量机作为精密测量仪器的基本型主导产品，将在机械制造业中得到重视和发展。

它广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。

它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。

此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。

由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，以三坐标测量机为代表的精密测量仪器进入车间、服务于生产现场是发展的一个重要趋势，故有“测量中心”之称。

1.2三坐标测量机的工作原理

三坐标测量机的工作原理简单地说,三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台（大型和巨型不一定有），测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。

显然这是最简单、最原始的测量机。

有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。

测量机的采点发讯装置是测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。

其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理和输出。

因此测量机可以用来测量直接尺寸，也可以获得间接尺寸和形位公差及各种相关关系，也可以实现全面扫描和一定的数据处理功能，为加工提供数据和测量结果。

自动型还可以进行自动测量，实现批量零件的自动检测。

三坐标测量机的控制和数据采集如图所示。

1.2.1三坐标测量范围：

CONTURAG2这种型号具备多种测量范围，范围从700/700/600mm到1000/2100/600mm。

对于一些较大的测量工件，可采用U-STONE技术，将测量有效高度提升200mm，使Z轴高度达到800mm。

1.2.2影响三坐标测量系统精度的主要因素

这其中包括检测工件状态及环境、温度条件、振动、湿度、供电电源、压缩空气等因素。

检测工件的状态及环境：

检测工件的物理形态对测量结果有一定的影响。

最普遍的是工件表面粗糙度和加工留下的切屑。

冷却液和机油对测量误差也有影响。

通常，灰尘和脏东西可集中在测球上影响测量机的性能和精度。

类似的影响测量精度的情况还很多，大多数可以避免，建议在测量机开始工作之前和完成工作之后进行必要的清洁工作。

温度条件：

影响测量的主要环境因素是温度。

由于所有的几何量和误差的环境温度定义是20?

C，在进行测量机操作时也必须按照这个温度，但实际状况并不是如此。

测量机环境温度的变化主要包括：

环境温度的变化、短时间温度变化、长时间温度的变化、温度梯度的变化。

现代化大生产，测量机有许多直接在生产车间现场使用，鉴于生产现场的条件往往不能满足对温度的要求nc.qoos.www，大多数测量机制造商开发了温度自动修正系统。

温度自动修正补偿系统是通过对测量机光栅和检测工件零件温度的监控，根据不同金属的温度膨胀系数，对测量结果基于标准温度20?

C进行修正。

对于快速温度或温度梯度的变化，无法进行补偿修正。

振动：

由于较多的测量机转而应用在生产现场，振动成为一个经常性的问题。

比如冲压机、空压机、或其他重型设备在测量机的周围将会对测量机产生严重影响。

较难察觉的是小幅振动，如果同测量机自身的振动频率相混淆造车网，对于测量精度也会产生较大影响。

因此，测量机的制造商对于测量环境的振动频率与振幅均有一定的要求。

湿度:

相对其他环境因素，湿度并不是个大问题。

为防止块规或其他计量设备的氧化和生锈moc.swenaii.www，要求保持环境湿度在40%以下。

供电电源：

为保证控制系统和计算机系统以及同外部联网的良好运作，对于供电电源有一定的要求，这包括：

电源电压变化、频率要求以及接地装置、屏蔽装置的要求等

压缩空气：

许多坐标测量机由于使用了精密的空气轴承而需要压缩空气。

对于坐标测量机的采购者nc.moc.enilnosmm.www，应当满足测量机对压缩空气的要求，防止由于水和油侵入压缩空气对测量机产生影响，同时应防止突然的断气，以免对测量机空气轴承和导轨产生损害。

1.3三坐标测量机的测量系统的组成

三坐标测量机可分为主机、测头、电气系统和系统软件四大部分。

1.3.1主机结构分为：

1、框架，是指测量机的主体机械结构架子。

它是工作台、立柱、桥框、壳体等机械结构的集合体；

2、标尺系统，是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节。

三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杆、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。

该系统还应包括数显电气装置。

3、导轨，是测量机实现三维运动的重要部件。

测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨，而以气浮静压导轨为主要形式。

气浮导轨由导轨体和气垫组成，有的导轨体和工作台合二为一。

气浮导轨还应包括气源、稳压器、过滤器、气管、分流器等一套气体装置。

4、驱动装置，是测量机的重要运动机构，可实现机动和程序控制伺服运动的功能。

在测量机上一般采用的驱动装置有丝杆丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动，并配以伺服马达驱动。

直线马达驱动正在增多。

5、平衡部件，主要用于Z轴框架结构中。

它的功能是平衡Z轴的重量，以使Z轴上下运动时无偏得干扰，使检测时Z向测力稳定。

如更换Z轴上所装的测头时，应重新调节平衡力的大小，以达到新的平衡。

Z轴平衡装置有重锤、发条或弹簧、气缸活塞杆等类型。

6、转台与附件，转台是测量机的重要元件，它使测量机增加一个转动运动的自由度，便于某些种类零件的测量。

转台包括分度台、单轴回转台、万能转台（二轴或三轴）和数控转台等。

用于坐标测量机的附件很多，视需要而定。

一般指基准平尺、角尺、步距规、标准球体（或立方体）、测微仪及用于自检的精度检测样板等。

1.3.2电气系统分为：

1、电气控制系统是测量机的电气控制部分。

它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。

2、计算机硬件部分，三坐标测量机可以采用各种计算机，一般有PC机和工作站等。

3、测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。

这些软件可进行坐标交换与测头校正，生成探测模式与测量路径，可用于基本几何元素及其相互关系的测量，形状与位置误差测量，齿轮，螺纹与凸轮的测量，曲线与曲面的测量等。

具有统计分析、误差补偿和网络通信等功能。

4、打印与绘图装置，此装置可根据测量要求，打印出数据、表格，亦可绘制图形，为测量结果的输出设备。

1.3.3CALYPSO软件

采用可视化界面，CALYPSO使得测量软件的编制和维护非常简单方便。

它的优点体现在哪几个方面呢？

1.无论是单点触发测量、扫描测量还是采用光学测量，软件和传感器都非常灵活方便。

2.测量结果的输出灵活多样，可按客户的要求输出，是用户化的测量报告。

3.无论是单点测量或扫描测量，手动测量或自动测量，处于联机状态或脱机状态，接触测量或光学测量，还是测量标准的几何形体或自由曲面

面向对象的编程使得程序的编制及维护非常容易。

在设计图上选择相应的元素，可以非常方便的维护、修改、扩展程序。

1.3.4三坐标测量机测头

1.3.4.1CONTURAG2RDS的空间位置及步距角

RDS能达到20736空间位置，步距角2.5°，几乎可以达到任何特殊的角度，如30°。

普通的旋转探头仅有720空间位置，步距角仅7.5°，当测量一些特殊角度位置时，会因为无法到达而产生碰撞。

RDS在A、B方向均可实现±180°旋转，步距角2.5°。

而圆锥空间无法到达。

普通的旋转探头顶部有150圆锥空间无法到达。

1.3.4.2VASTXXT被动式扫描探头

作为触发式探头的替代品，VASTXXT具有触发式探头所不可比拟的测量性能、重复性和测量精度。

拥有大的偏转空间和低的测力，VASTXXT是一个非常实用的探头系统。

∙探针最大可延长至250mm，可侧边连接或星形连接（侧边探针最长40mm），最小探针直径可达到0.3mm。

VASTXXT具有很低的测力并且受旋转的影响很小。

∙传感器有两种可以选择（30-125mm和125-250mm）。

通过高效的CNC模式，探针校准将大大减少。

∙数字信号的传输可靠而准确。

∙直径达25mm的探针吸盘保证了高的重复性。

∙拥有±3mm的偏移空间，为探针在意外碰撞时提供更有效的保护。

∙部分自动配件，比如探针自动更换架。

1.3.4.3ViScan光学测头

CONTURAG2RDS配ViScan光学测头，可实现光学影像测量分析。

可通过单点、扫描或cross-hair测量位于不同高度的几何元素。

1.3.4.4三维测头

三维测头即是三维测量的传感器，它可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，以实现瞄准与测微两种功能。

测量的测头主要有硬测头、电气测头、光学测头等，此外还有测头回转体等附件。

测头有接触式和非接触式之分。

按输出的信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头、测微式测头。

我公司生产的连杆有G型、280型和B型等型连杆。

G型连杆是工厂目前生产最多的一，近年来，我们多次对导风轮、箱体、齿轮芯、气缸盖、连杆等产品进行了检测，并根据检测数据对产品进行分析，利用分析结果指导生产部门对产品的加工进行相应的调试。

下面以检测我厂生产的拳头产品连杆为例，对如何利用三坐标对工厂产品进行检测、指导车间生产出合格产品。

2.1连杆示意图：

2.2连杆3D模型建立的过程

1.指定的工作目录，用“c-rod”作为作业名，进入ANSYS.

2.创建两个圆形面:

如图1

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Circle>By

Dimensions...

•

输入RAD1=1.4

•输入RAD2=1

•输入THETA1=0

•输入THETA2=180,然后选择[Apply]

•输入THETA1=45,然后选择[OK]

3.打开面号:

–UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering...

•设置面号areas为“on”,然后选择[OK]

图1所示

4.创建两个矩形面:

如图2

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Rectangle>ByDimensions...

•输入X1=-0.3,X2=0.3,Y1=1.2,Y2=1.8,然后选择[Apply]

•输入X1=-1.8,X2=-1.2,Y1=0,Y2=0.3,然后选择[OK]

图2所示

5.平移工作面位置（X=6.5）:

–UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>XYZLocations+

•回车后在输入窗口输入6.5，[OK]

6.设置工作平面所在的坐标系为激活坐标系:

–UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>WorkingPlane

7.再创建两个圆形面:

如图3

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Circle>ByDimensions...

•输入RAD1=0.7

•输入RAD2=0.4

•输入THETA1=0

•输入THETA2=180,然后选择[Apply]

•输入THETA2=135,然后选择[OK]

图3所示

8.在每一组面上分别进行布尔操作:

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Overlap>Areas+

•先选择左边的一组面,然后选择[Apply]

•再选择右边的一组面,然后选择[OK]

9.激活总体笛卡尔坐标系:

–UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCartesian

10.定义四个新的关键点:

如图4

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>InActiveCS…

•第一关键点,X=2.5,Y=0.5,然后选择[Apply]

•第二关键点,X=3.25,Y=0.4,然后选择[Apply]

•第三关键点,X=4,Y=0.33,然后选择[Apply]

•第四关键点,X=4.75,Y=0.28,然后选择[OK]

图4所示

11.激活总体柱坐标系:

–UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCylindrical

12.创建一条线（由一系列关键点拟合一条样条曲线）:

如图5

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Splines>WithOptions>SplinethruKPs+

•顺序拾取如图形窗口所示的六个关键点,然后选择[OK]

•输入XV1=1（总体柱坐标系，关键点1处的半径）

•YV1=135（总体柱坐标系，关键点1处的角度）

•XV6=1（总体柱坐标系，关键点6处的半径）

•YV6=45（总体柱坐标系，关键点6处的角度）

•按[OK]

图5所示

13.通过关键点1和18创建一条直线:

如图6

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>StraightLine+

拾取图形窗口所示的两个关键点,然后选择[OK]

图6所示

14.打开线号，显示线:

如图7

–UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering...

•设置Linenumbers为“on”,然后选择[OK]

–UtilityMenu>Plot>Lines

图7所示

15.以预先定义的线6,1,7,25为边界创建一个新面:

如图8

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>ByLines+

图8所示

16.放大连杆左边部分:

–UtilityMenu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate…

•拾取[BoxZoom]

图9所示

17.创建三个线与线的倒角:

如图10

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-LineFillet+

•拾取线36和40,然后选择[Apply]

•输入RAD=.25,然后选择[Apply]

•拾取线40和31,然后选择[Apply]

•按[Apply]

•拾取线30和39,然后选择[OK]

•按[OK]

–UtilityMenu>Plot>Lines

图10所示

18.以预先定义的圆角为边界，创建一新的面:

如图11

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>ByLines+

•拾取线12,10,和13,然后选择[Apply]

•拾取线17,15,和19,然后选择[Apply]

•拾取线23,21,和24,然后选择[OK]

–UtilityMenu>Plot>Areas

图11所示

19.把所有的面加起来:

如图12

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Add>Areas+

•拾取[PickAll]

20.选择Fit使整个模型充满图形窗口:

–UtilityMenu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate…

•按[Fit]

图12所示

21.关闭线号和面号:

–UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering...

•设置线号和面号为“off”,然后选择[OK]

–UtilityMenu>Plot>Areas

22.激活总体笛卡尔坐标系:

–UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCartesian

23.以X-Z平面（在Y方向）为对称面，对面进行镜面反射:

如图13

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Reflect>Areas+

•拾取[PickAll]

•

选择X-Z平面,然后选择[OK]

图13所示

24.把所有的面加起来:

如图14

–MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Add>Areas+

•

25.关闭工作平面:

–UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlane

26.存储并退出ANSYS:

–在工具条中拾取“SAVE_DB”

–在工具条中拾取“QUIT”

•选择“Quit-NoSave!

”

•按[OK]

拾取[PickAll

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