全自動偏擺儀的設計與仿真含proe三維及5張CAD圖,全自動,偏擺儀,設計,仿真,proe,三維,cad 全自動偏擺儀的設計與仿真,指導老師：XX,作者：XX,班級：XX,偏擺儀實圖,偏擺儀簡介,偏擺檢查儀用于檢測軸類，盤類高精度零件的徑向圓跳動和斜向端面的圓跳動，主要測量其徑向跳動、橢圓度、端面精度誤差，精度高，配有一對莫氏4#硬質頂尖，提高了偏擺檢查儀的測量精度，增大了被測零件的支撐重量。其原理獨特新穎、結構簡單、使用維護方便。,選題的目的與意義 隨著科學技術的發(fā)展，對測控儀器的精度提出更高的要求。檢測技術是現(xiàn)代機械制造技術發(fā)展的根本保證。自動化生產(chǎn)中的許多信息需要通過檢測來提供，生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種故障要通過檢測去發(fā)現(xiàn)和防止，所需要的精度也要靠檢測來保證。沒有可靠的檢測就沒有現(xiàn)代化與自動化，更沒有高效率和高質量。測試技術是機械工業(yè)發(fā)展的一個重要基礎技術，也成為國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的一項必不可少的重要基礎技術。,全自動偏擺儀的分析與改進設計,一、安裝情況對測量精度的影響,正常安裝時，活動頂尖軸線和左支撐架活動頂尖孔軸線重合。,二、偏擺檢查儀測量底座的改進設計,某型號偏擺檢查儀的百分表不能迅速準確地移動到預定位置，需要多次調整，影響測量時間，測量精度也不能保證。針對該問題，改進了偏擺檢查儀的測量底座，在偏擺檢查儀導軌上安裝一個檢測平臺，可以微調百分表的位置，準確定位，能在短時間內完成對零件的測量。,謝謝觀看, 全自動偏擺儀的設計與仿真 DESIGN AND SIMULATION OF A FULLY AUTOMATIC PENDULUM 摘要 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術水平的提高，全自動化成為必然的發(fā)展趨勢。全自動偏擺儀的產(chǎn)生極大的方便了人們的生活。全自動偏擺儀提高生產(chǎn)過程或設備的可靠性及運行效率。全自動檢測技術的特點主要包括：實時性強；精度準確；可靠性高；通道多；功能強。單片機的優(yōu)點是：(1)體積小、結構簡單、可靠性高 單片機把各功能部件集成在一個芯片上，內部采用總線結構，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。(2)控制能力強 單片機雖然結構簡單，但是它“五臟俱全”，已經(jīng)具備了足夠的控制功能。單片機具有較多的I/O口，CPU可以直接對I/O進行操作、算術操作、邏輯操作和位操作，指令簡單而豐富。所以單片機也是“面向控制”的計算機。(3)低電壓、低功耗 單片機可以在2.2V的電壓下運行，有的已能在1.2V或0.9V下工作；功耗降至為μA級，一顆紐扣電池就可長期使用。(4)優(yōu)異的性能/價格比，由于單片機構成的硬件結構簡單、開發(fā)周期短、控制功能強、可靠性高，因此，在達到同樣功能的條件下，用單片機開發(fā)的控制系統(tǒng)比用其它類型的微型計算機開發(fā)的控制系統(tǒng)價格更便宜。為了進一步提高全自動偏擺儀的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用單片機來控制全自動偏擺儀這個課題。本設計介紹了采用8051單片機進行編程進行全自動偏擺儀控制系統(tǒng)。本設計詳細講解了根據(jù)全自動偏擺儀的工作原理，利用單片機對其進行控制，并介紹了詳細的硬件及軟件設計方法，最終實現(xiàn)了全自動偏擺儀的基本功能。 關鍵詞 單片機；偏擺儀；8051；全自動 Abstract With the development of social economy and the improvement of science and technology, full automation has become an inevitable development trend. The production of a fully automatic deflection device greatly facilitates people's lives. The automatic deflection meter increases the reliability and operating efficiency of the production process or equipment. The characteristics of automatic detection technology mainly include: real-time performance; accurate accuracy; high reliability; multiple channels; The advantages of the MCU are: (1) Small size, simple structure, and high reliability. The MCU integrates each functional component on a single chip. The internal bus structure is used to reduce the connection between the chips and greatly improves the reliability of the MCU. With anti-jamming capability. In addition, its small size makes it easy to take shielding measures against strong magnetic fields and is suitable for working in harsh environments. (2) Strong control ability Though the structure of the single-chip microcomputer is simple, it is "completely-equipped" and already has enough control functions. The microcontroller has more I/O ports. The CPU can directly perform I/O operations, arithmetic operations, logic operations, and bit operations. The instructions are simple and rich. Therefore, SCM is also a "control-oriented" computer. (3) Low-voltage, low-power microcontrollers can operate at 2.2V, and some can already work at 1.2V or 0.9V; power consumption is reduced to μA, and a button cell can be used for a long time. (4) Excellent performance/price ratio, due to the simple hardware structure of the single-chip microcomputer, short development cycle, strong control function, and high reliability, the control system developed with the single-chip microcomputer is better than other types under the same function. Microcomputer development control system is cheaper. In order to further improve the function and performance of the automatic deflection tester and avoid some of the drawbacks of the traditional control, the subject of using the single-chip microcomputer to control the automatic deflection tester was proposed. This design describes the use of 8051 microcontroller for automatic deflection control system. This design fully explained the operation principle of the automatic deflection tester and controlled it with a single-chip microcomputer. It also introduced detailed hardware and software design methods, and finally realized the basic functions of the automatic deflection tester. Keywords MCU；Deflection tester；8051；Au II 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1全自動偏擺儀的研究背景 1 1.2選題的意義和目的 1 1.3偏擺檢查儀的發(fā)展趨勢 2 2 機械機構設計 4 2.1全自動偏擺儀的工作原理 4 2.2全自動偏擺儀頂尖 5 2.3全自動偏擺儀電機 5 2.4百分表 7 2.5全自動偏擺儀底座基本參數(shù)的估算 8 2.6偏擺檢查儀測量底座的改進設計 8 2.6.1鑄造工藝分析 9 2.6.2鑄造的工藝方案 9 2.6.3技工工藝參數(shù) 10 2.6.4設計澆鑄系統(tǒng) 10 2.7頂尖座 11 2.7.1鑄造工藝分析 11 2.7.2鑄造的工藝方案 11 2.7.3技工工藝參數(shù) 11 2.8頂尖座頂尖孔的加工工藝設計 12 2.8.1選擇定位基準 12 2.8.2表面加工方法的選擇 13 2.8.3加工階段的劃分 13 2.8.4加工順序安排 13 2.8.5確定切削用量及定額時間 13 3 全自動偏擺儀的改進設計與分析 18 3.1全自動偏擺儀的分析設計 18 3.2對全自動偏擺儀所測量工件創(chuàng)建載荷 18 3.3安裝情況對測量精度的影響 20 3.4表架剛度對測量精度的影響 21 4 電氣控制設計 22 4.1電氣控制系統(tǒng)方案的確定 22 4.2步進電動機與旋轉體的聯(lián)結 22 4.3步進電動機開環(huán)控制系統(tǒng)設計 22 4.4脈沖分配器 23 4.5復位電路 26 4.6數(shù)顯百分表 27 結論 28 致謝 29 IV 1 緒論 1.1 全自動偏擺儀的研究背景 偏擺儀主要用于測量軸類零件徑向跳動誤差，偏擺儀利用兩頂尖定位軸類零件，轉動被測零件，數(shù)顯百分表在被測零件徑向方向上直接測量零件的徑向跳動誤差。 檢測軸，齒輪等零件的徑向尺寸公差，達到生產(chǎn)所需要的精度，保證機械傳動的平穩(wěn)性，提高傳動效率，提高零件的使用壽命。 全自動偏擺儀是將普通偏擺儀改造實現(xiàn)全自動化，在全在動偏擺儀檢測軸類零件的徑向跳動誤差時，只需要人工安裝夾緊被測零件，其余測量過程啟動完成。全自動偏擺儀可以提高自動化水平，排除人為因素，大大提高了偏擺儀檢測結果的效率和準確性，節(jié)省了大量時間，具有很大的實用性，其功能強悍。 本設計的目的是一單片機作為控制器，擴展必要外部電路電路，并設計一個偏擺儀控制電路，來實現(xiàn)各種功能控制。單片機有很多優(yōu)點，例如，單片機體積小，控制功能強大，擴展靈活，功耗低和使用方便等等。單片機適用于很多儀器儀表中，在與不同類型的傳感器鏈接后，可以對各種零部件進行厚度，角度，硬度，長度，壓力等等物理量的測量。利用單片機來控制儀器儀表的智能化，數(shù)字化，微型化，使儀器儀表具有比采用數(shù)字電路或電子電路更強大的功能。 1.2 選題的意義和目的 在科學技術日益發(fā)展的現(xiàn)在化社會，機械電子設備對測量控制儀器儀表的精確度要求也越來越高，并且對儀器儀表測取結果的可靠性要求也在逐步提高，尤其是在航空航天這種需要高精度的設備檢測儀器中，測量儀器的精度與可靠度具有非常重要的意義，儀器的精度可靠度直接決定了機械電子設備設計的成敗。要想在現(xiàn)代機械制造技術發(fā)展上有重大突破必須提高檢測技術，為發(fā)展打好基礎，做足鋪墊。在自動化的而生產(chǎn)中，有許多信息需要通過檢測來提供，并且通過檢測來預防和發(fā)現(xiàn)機械設備中的各種故障，以確保零件所需要的精度。如果沒有精密可靠的檢測儀器儀表，就不會有現(xiàn)代化與自動化，就會導致低效率和低質量。測試技術，作為機械工業(yè)發(fā)展得重要基礎技術，在我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步甚至在與西方高科技技術競爭中發(fā)揮著不可估量的作用，所以實現(xiàn)經(jīng)濟高度發(fā)展和科學現(xiàn)代化的重要標志就是發(fā)展和使用先進的測量技術。 選題目的： 了解偏擺檢查儀的結構和原理，掌握其三維建模的原理。 了解偏擺儀原理，對偏擺儀進行自動化改造，加入單片機，鍛煉單片機的使用，培養(yǎng)設計創(chuàng)新和三維建模的能力。 熟練掌握proe軟件的使用。 彌補電路設計方面的不足，鍛煉設計思維能力和空間三維圖形的想象力，全面掌握并提高自身專業(yè)可知識儲備，為以后的學習研究生活打下良好的基礎。 通過此次的全自動偏擺儀的設計與仿真讓我把在課堂上學到的理論知識和實際設計相結合，使我重新認識了專業(yè)課技能的重要意義，讓我在今后的學習生活中，刻苦鉆研，不輕易放棄，攻克一個有一個難關建立起了堅實的信心。 1.3偏擺檢查儀的發(fā)展趨勢 機械找技術是國民經(jīng)濟發(fā)真的支柱，推動著全國經(jīng)濟的發(fā)展，在機械制造技術發(fā)展中，要保證現(xiàn)代機械制造技術的發(fā)展必須重視檢測技術，檢測技術可以提供機械自動化生產(chǎn)過程中很多信息。機械制造須通過檢查來檢測和防止各種生產(chǎn)失敗。所需的準確度還取決于檢測。如果沒有可靠的檢測系統(tǒng)，就不可能存在高精度的現(xiàn)代化和自動化技術，機械制造的效率和質量就會大打折扣。當我們在研究任何機械制造技術時，我們不得不使用檢測技術來及時的為設備的正常使用來保駕護航，檢測測試是不可或缺的手段，也是最科學最實用的的方法。檢測技術的發(fā)展也是一種科學，是一種科技發(fā)展得結果，在高科技飛速發(fā)展的現(xiàn)在化社會，檢測技術發(fā)揮著越來越重要作用，檢測技術包含多個領域的新成果，為機械制造設計的發(fā)展提供了寬闊的道路。 測試技術是測量技術和實驗技術的統(tǒng)稱，它是機械工程，產(chǎn)品設計（特別是創(chuàng)新設計，動態(tài)設計和控制設計），研究和開發(fā)的基礎研究的重要組成部分。 在工程測試中，有必要測量各種物理量以獲得準確的定量結果。 任何機械制造件在制造完成后都免不了測試工作，測試工作能夠體現(xiàn)機械制造件的整體質量和性能，在進行客觀評估后才能讓這些零件投入使用。對于測試結果不好的產(chǎn)品，測試工作則提供了產(chǎn)品的一些基礎數(shù)據(jù)，為之后的改進提供了合理的依據(jù)。測試技術不僅僅起到測試的作用，還未現(xiàn)代科技的發(fā)展，為科技的發(fā)展性和創(chuàng)造性提供了手段?？梢韵胂螅跊]有檢測技術的前提下，我們就不可能有機械設備零件原材料的數(shù)據(jù)，就不能完全計算實力；如果沒有檢測技術，復雜的機床設備就不能保證安全高效的工作，自動化就難以實現(xiàn)。所以，檢測技術在機械制造的發(fā)展過程中起到重要作用，與機械未來發(fā)展相輔相成。因此在設計或者改造一項機械設備時，我們應充分發(fā)揮檢測系統(tǒng)的作用，為產(chǎn)品的正常使用保駕護航。機械工程技術人員也必須掌握測試技術。這個測試可以用來驗證理論的正確性，并通過實驗和測試開發(fā)新的搜索和開發(fā)理論。這是實現(xiàn)自動檢測和自動生產(chǎn)的重要手段。 在工程技術領域中，測試技術貫穿機械設計制造的始終，從工程研究到產(chǎn)品開發(fā)到監(jiān)督到最后的性能試驗。 我國儀器儀表檢測科技的發(fā)展現(xiàn)狀 ?(1)我過時全球最大的制造國家，在各種產(chǎn)品上習慣于防止國外產(chǎn)品，缺乏創(chuàng)新，我國的儀器儀表類檢測設備也嚴重缺乏創(chuàng)新，大多國外引進，很難滿足現(xiàn)代科學研究和工程建設的需要?? ??? (2)我國現(xiàn)在雖處于大量引用外來設備情況下，但在此期間我國的儀器儀表檢測科學技術上也漸漸積累了大量的經(jīng)驗并取得了一些科研成果，甚至在一些領域已經(jīng)超越了很多發(fā)達國家。這些優(yōu)勢信息還有待篩選，還需進行綜合分析，進行實際設計相結合最后完成產(chǎn)業(yè)化，在國際社會中站有利地位。 (3)在現(xiàn)有的科研成果基礎上，利用國外資源技術優(yōu)勢不斷改進國內儀器功能和創(chuàng)新研發(fā)能力，力爭趕上國外發(fā)達水平，以改變技術落后的現(xiàn)狀。 (4)加大儀器儀表檢測方面人才的培養(yǎng)，為創(chuàng)建科技強國奠定基礎。 在21世紀初的機械制造業(yè)中，總體發(fā)展趨勢是：柔性化、智能化、信息化。檢測技術在淡金科學技術領域發(fā)揮著承上啟下的作用。科學技術發(fā)展的每一步都不能離開檢測技術，只有在通過檢測技術后，才可以進行下一步的設計。尤其在一些常常難以實現(xiàn)的極端條件下的檢測，檢測技術也是人類認識自然界的重要方法。如果沒有可靠的檢測系統(tǒng)，就不可能存在高精度的現(xiàn)代化和自動化技術，機械制造的效率和質量就會大打折扣。當我們在研究任何機械制造技術時，我們不得不使用檢測技術來及時的為設備的正常使用來保駕護航，檢測測試是不可或缺的手段，也是最科學最實用的的方法。儀器儀表測試將朝著高精度和數(shù)字化的方向發(fā)展。 2機械機構設計 圖2-1 偏擺檢查儀的結構 圖2-2 偏擺檢查儀的結構 1固定頂尖座2頂尖3底座4指示表夾5表支架座6頂尖座鎖緊手柄 7 活動頂尖座8 頂尖鎖緊手把9活動頂尖移動手柄 儀器精度：兩頂尖連線對儀器座導軌面的平行度0.04毫米 使用方法：擰緊偏心軸手把，首先將固定頂尖座在儀座上固定。按被測零件長度將活動頂尖座固定在合適的位置。壓下球頭手柄，裝入零件，用兩頂尖頂住零件中心孔。擰緊緊固手把，將頂尖固定。將活動表座放在所需位置。配合百分麥（千分麥）即可進行檢測工作。 2.1全動偏擺儀的工作原理 全自動偏擺儀利用頂尖加緊被測軸類零件，步進電機帶動被測零件轉動，數(shù)顯百分表側頭在被測零件徑向方向上直接測量零件的獎項跳動誤差。通過單片機控制實現(xiàn)電機旋轉，帶動被測量零件旋轉一周，電機在零件旋轉一周后自動結束。百分表測量頭緊靠被測零件表面并給予一定壓力，讀數(shù)通過單片機處理顯示測量結果，從而實現(xiàn)偏擺儀測量的全自動。 圖2-3 全自動偏擺儀統(tǒng)的總體結構圖 2.2全動偏擺偏擺儀頂尖 回轉頂尖的種類很多，我們在使用的時候根據(jù)使用的具體情況選擇不同的回轉頂尖，回轉頂尖的耐磨性能很高，在使用回轉頂尖的時候不會出現(xiàn)損壞的情況，回轉頂尖經(jīng)常會使用在一些大型的設備中，我們在使用回轉頂尖的時候注意日常的維護，這樣可以保證機械的正常運轉。 該設計選擇莫氏2號頂尖60°錐面對莫氏錐的徑向圓跳動≤0.005mm， 頂尖軸線在100mm范圍內對導軌的平行度（水平垂直方向）≤0.006mm。 2.3全自動偏擺儀電機 全自動偏擺儀需要使被測零件旋轉一周后停止，為了便于控制，本設計選用步進電機。 步進電機使一種可以進行精確角位移或者線位移的電動機，它的工作原理是，利用電磁鐵轉變電脈沖信號。在近些年來，步進電機廣泛應用于數(shù)字控制裝置中。比如在加工復雜零件時，常常把被加工零件的各種行傳要求，打在穿孔紙帶上，輸入數(shù)字計算機，計算機在對這些信息進行運算后發(fā)出脈沖信號，步進電機隨著脈沖信號轉動一定的角度或者一定線位移，最終達到自動加工零件的目的，這也是數(shù)控機床的控制原理。步進電機的這種便于控制的特性為形狀復雜和加工高精度要求的零件提供了方便，更大大提高了零件加工的質量和效率。 在選擇步進電機時，必須要計算機械傳動的等效轉動慣量和電機軸上的負載，并計算各種工況下所需的轉矩，然后根據(jù)最大轉矩選擇合適的步進電機。步進電機的轉矩和起動動作的頻率特性。負載慣性傳動系統(tǒng)的主要參數(shù)之一對于步進電機的選擇和傳動比的設計具有重要意義。如果負載慣性與電機不匹配，系統(tǒng)將不能快速響應甚至讓步。 剛體定軸轉動中的轉動慣量，其地位相當于剛體平動中的質量，是衡量剛體抵抗旋轉運動的慣性的物理量，或者理解為質量的轉動形式。在選擇步進電機是，我們必須計算出負載在電機主軸上的等效轉動慣量，計算例句，再根據(jù)步進電機最大精專局和啟動頻率特性才能選擇合適的電機。首先，步進電機的選擇和傳動比的設計是非常重要的。如果慣性和電機的匹配不當，系統(tǒng)就不能得到快速響應甚至失敗。因此，在計算轉動慣量時，必須考慮多個方面，選擇合適的電機是重要的一步。它直接決定了設計的成敗。選擇電機一般應遵循以下步驟： 圖2-4步進電機選擇步驟 已知： 平均速度為0.2m/s，被測零件質量為10kg 1.運動學計算 正常情況下，步進電機的加速時間為0.1—1s，本設計取極速時間為0.1s，因此加減速時間總共為0.2s。 根據(jù)加速度易知，再加減速過程中，步進電機的平均速度為其最大速度的一半。 圖2-5 =0.4m (2-1) =2.11m/ (2-2) 加速長度 =0.0106m (2-3) 勻速長度 (2-4) 2.動力學計算 拉力 (2-5) =9.8N (2-5) =21.1N (2-7) =30.9 (2-8) 設直徑Φ＝30 mm =94.2mm (2-10) =9.44 (2-11) =2.24m/s (2-12) 圖2-6 第2級主動輪直徑?。? 第1級主動輪直徑?。? 傳動比?。篿 ＝ 1 ：3 =6.72r/s (2-13) 驅動器細分數(shù) (2-14) 細分數(shù)為4 實際脈沖當量 =0.04mm0.05mm (2-15) 滿足重復定位誤差 3.計算力矩，選擇步進電機型號 =0.4635Nm (2-16) =0.155Nm (2-17) 取安全系數(shù)為2 電機力矩=0.310Nm 選57HS09，其靜力矩為0.9 Nm。 2.4百分表 百分表是一種萬能長度測量工具，由精密齒條和小齒輪機構組成。它通常由彈簧絲、測量桿、探針、齒條、齒輪、防震彈簧、圓盤和指針組成。美國的B.C.艾姆斯在1890制造了表盤式量規(guī)。長度測量通常用于形狀和位置誤差和小位移?？潭缺P的刻度盤用100個等刻度尺打印，也就是說，每個刻度相當于移動0.01毫米的測量桿。如果在圓形刻度盤上印有100或200個等分，則每個分區(qū)為0.001毫米或0.002毫米。這種測量工具稱為百分表。改變探頭形狀并匹配相應的支架。百分表可制成其他變形品種，如深度刻度盤、內徑百分表和厚度計。如果使用杠桿代替機架，則可以制作百分表和杠桿千分表。指示范圍小，靈敏度高。此外，它們的探針可以以一定的角度旋轉，可以適應不同的方向和結構緊湊。它們適用于用普通百分表測量難以測量的小孔、外圈和溝槽的位置和形狀誤差。 百分表的工作原理,是移動由測量尺寸引起的測量桿的微小直線，通過齒輪傳動放大它，并將其轉換成刻度盤上指針的旋轉，從而讀出被測尺寸的大小。百分表是一種利用齒條或杠桿齒輪將測量桿的直線位移導入指針的角位移的測量儀器。 2.5全自動偏擺儀底座基本參數(shù)的估算 全自動偏擺儀底座主要起支撐作用。底座應具有良好的機械性能和物理性能。因此，全自動偏擺儀的底座要有一定的耐磨性，耐高溫和耐低溫和耐腐蝕特性，來保證儀器測量準確度。 全自動偏擺儀就是在測量和檢測過程中，為檢測軸，齒輪等零件的徑向尺寸公差，達到生產(chǎn)所需要的精度，保證機械傳動的平穩(wěn)性，應避免測量軸向尺寸過大，質量過大的零件。因此設計為被測零件最大直徑270mm，被測零件長度小于300mm。 2.6偏擺檢查儀測量底座的改進設計 圖2-8 1.左頂心支架 2.百分表底座3.導軌4.右頂心支架 圖2-9改進的測量平臺構圖 1.手柄 2. 進給刻度表 3.5. 螺旋絲杠 4.移動導軌6.平臺底座 在測量時，全自動偏擺儀的百分表需要經(jīng)過多次調整側新呢過準確地移動到預定位置，這樣測量精度就不能保證，并且會浪費測量時間。為了解決這個問題，必須對偏擺儀的底座進行一些改進。在偏擺儀的導軌上安裝一個檢測平臺，這個平臺可以供百分表位置微調，能夠讓百分表迅速調整，準確定位，縮短調整時間，完成測量任務。 在使用全自動偏擺儀測量粥類零件徑向跳動誤差是，要進行左右移動定心支架來固定轉子，還要對數(shù)顯百分表進行上線，左右方向上進行調整。通過鑄造來制作偏擺儀的底座,鑄造工藝設計如下。 2.6.1鑄造工藝分析 （1）零件圖分析 零件圖要清晰準確，根據(jù)零件圖上各部分的尺寸和結構分析是否符合鑄造工藝性，另外還要考慮底座鑄造后產(chǎn)生的主要缺陷。 偏擺儀底座材料選擇為HT-200 （2）零件的技術要求 在澆鑄時不能出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象。鑄造完成后去除內應力，鑄件內部不能出現(xiàn)縮松縮孔現(xiàn)象，保證鑄件的力學性能。清理鑄件表面，去除毛刺、飛邊及冒口，重要的工作面形狀清晰，不出現(xiàn)縮松縮孔等缺陷。 （3）鑄件材料 鑄件材料的選擇取決于零件的工作條件、技術狀況和經(jīng)濟成本等，本設計采用球墨鑄鐵鑄件，底座在整個偏擺儀的檢測中主要起支撐作用，符合全自動偏擺儀的工作條件。 2.6.2鑄造的工藝方案 （1）鑄造方法的確定 鑄造方法有很多，根據(jù)實際情況，偏擺儀底座鑄造選擇使用砂型鑄造。在機器造型和手工造型上選擇使用手工造型。鑄型種類為自硬砂。 （2）澆鑄位置的確定 鑄件分型面的選擇原則：鑄件的大端面和重要加工表面應盡可能朝下，避免出現(xiàn)夾渣或氣孔等缺陷；鑄件的薄壁應放在鑄型的下方或者側立位置，從而避免產(chǎn)生冷隔和澆不足的現(xiàn)象；應盡量避免使用活塊或型芯；應盡可能將大部分或者整個鑄件置于一個砂箱內。 所以，全自動偏擺儀的底座鑄件分型面選取如圖所示 圖2-10 2.6.3技工工藝參數(shù) （1）確定加工余量 查詢表表序號，加工余量等級為11-14，取12。 表2-11 公差等級CT 方法 鑄件材料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 砂型鑄造手工造型 11-14 11-14 11-14 11-14 10-13 10-13 砂型鑄造機器造型和殼型 8-12 8-12 8-12 8-12 8-10 8-10 金屬型鑄造(重力鑄造、低壓鑄造) 8-10 8-10 8-10 8-10 7-9 根據(jù)偏擺儀底座尺寸和加工余量等級，定基本公差值為10。 根據(jù)表2-11和表2-12。取鑄件的加工余量等級為F，查得上端面機械加工余量為2.5mm，?90孔上端面機械加工余量為1.5mm。 表2-12 方法 要求的機械加工余量等級 鑄件材料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 砂型鑄造手工造型 G-K F-H F-H F-H 砂型鑄造機器造型和殼型 F-H E-G E-G E-G 金屬型造型 D-F D-F D-F 最大尺寸 要求的機械加工余量等級 大于 至 E F G H 40 0.4 0.5 0.5 0.7 40 63 0.4 0.5 0.7 1 63 100 0.7 1 1.4 2 100 160 1.1 1.5 2.2 3 160 250 1.4 2 2.8 4 250 400 1.4 2.5 3.5 5 400 630 2.2 3 4 6 （2）最小鑄造圓角半徑取3 （3）鑄造收縮率取1% 2.6.4設計澆鑄系統(tǒng) 澆鑄位置選擇原則：逐漸的大端面和重要工作表面應置于型腔地面或者側面；分型面應放在收縮率大的部分的附近，以方便設置冒口。本設計選擇垂直澆鑄。并根據(jù)偏擺儀底座鑄件的大小選擇封閉式澆鑄系統(tǒng)。冒口補償鑄件收縮，減少縮松縮孔，條件應滿足 (2-18) (2-19) 式中——冒口體積 ——鑄件體積 ——型壁移動所擴大的體積 ——體收縮率 ——冒口補縮效率 2.7頂尖座 全自動偏擺儀頂尖座用于固定頂尖，兩頂尖座要保證頂尖在同一軸線上，頂尖座同上述全自動偏擺儀底座累，采用鑄造方式加工出來。 2.7.1鑄造工藝分析 （1）零件圖分析 零件圖要清晰準確，根據(jù)零件圖上各部分的尺寸和結構分析是否符合鑄造工藝性，另外還要考慮底座鑄造后產(chǎn)生的主要缺陷。 偏擺儀頂尖座材料選擇為HT-200 （2）零件的技術要求 在澆鑄時不能出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象。鑄造完成后去除內應力，鑄件內部不能出現(xiàn)縮松縮孔現(xiàn)象，保證鑄件的力學性能。清理鑄件表面，去除毛刺、飛邊及冒口，重要的工作面形狀清晰，不出現(xiàn)縮松縮孔等缺陷。 （3）鑄件材料 鑄件材料的選擇取決于零件的工作條件、技術狀況和經(jīng)濟成本等，本設計采用球墨鑄鐵鑄件，頂尖座在整個偏擺儀的檢測中主要起固定頂尖作用，符合全自動偏擺儀的工作條件。 2.7.2鑄造的工藝方案 （1）鑄造方法的確定 鑄造方法有很多，根據(jù)實際情況，偏擺儀頂尖座鑄造選擇使用砂型鑄造。在機器造型和手工造型上選擇使用手工造型。鑄型種類為自硬砂。 （2）澆鑄位置的確定 全自動偏擺儀的頂尖座鑄件分型面選取如圖所示 2.7.3技工工藝參數(shù) （1）確定加工余量 查詢表2-9，加工余量等級為11-14，取12。 根據(jù)偏擺儀底座尺寸和加工余量等級，定基本公差值為10。 根據(jù)表2-10，取鑄件的加工余量等級為F，查得上端面機械加工余量為2.5mm。 圖2-13 2.8頂尖座頂尖孔的加工工藝設計 全自動偏擺儀尖孔的直徑小于60mm，因此，頂尖孔不能直接鑄造出來，需要鏜孔。 2.8.1選擇定位基準 加工零件時，用來作定位的基準叫定位基準。選擇定位基準的正確與否，對零件的技術要求、加工工序順序的確定起著關鍵的作用。定位基準有粗基準和精基準之分，一般將毛坯上的還沒有加工的表面作為基準，叫粗基準；后面用加工過得表面作為基準，叫精基準。定位基準的選用，一般先根據(jù)零件的加工要求選擇精基準，再選擇一個表面作為粗基準，先利用粗基準將精基準的表面加工出來。 （一）如何選擇精基準 基準重合原則：加工時可以選擇要加工的表面的設計基準當做定位基準，能夠防止因為基準不重合造成的誤差。 基準統(tǒng)一原則:每個工序選擇的基準盡量相同，可以避免由于換基準造成的誤差。 互為基準原則:如果兩個表面的位置精度要求很高，形狀精度要求也很高，這時可以用這兩個表面作彼此的基準，進行后續(xù)的多次加工； 自為基準原則:當一個某個工序要求的加工余量很小，可以將加工表面作為自己的基準； 粗基準選擇原則 粗基準一般是第一道工序選擇的定位基準，主要是為了加工精基準平面，方便后續(xù)的加工，選擇要遵循以下原則： 保證相互位置要求的原則。當工件上存在不需要被加工的平面時，在滿足條件的情況下，可以選擇該平面為粗基準，這樣可以使得兩個表面之間的相互位置關系得到保證； 合理分配加工余量的原則。選擇重要的表面當做粗基準，可以確保加工余量均勻； 便于工件裝夾原則。粗基準平面要盡量平和光整，不要有缺陷，這樣可以使工件裝夾穩(wěn)定，可靠； 粗基準一般不得重復使用原則。由于粗基準的平面很粗糙，故通常粗基準在同一尺寸方向上只允許用一次，重復使用會使誤差變大，影響加工。 故選擇?52的大平面為粗基準。 2.8.2表面加工方法的選擇 一個工件的加工表面通常要經(jīng)過多道工序加工才能符合要求，故加工方法的選擇對加工表面的精度要求影響很大，對后續(xù)和之前的加工影響也很大。 加工方法的選擇原則: 1.選擇的加工方法的經(jīng)濟性要確保符合所要求的精度和粗糙度； 2.能確保工件的形狀精度和位置精度； 3.確保零件的可加工性； 4.要適應零件的生產(chǎn)類型。 2.8.3加工階段的劃分 1.加工表面要求的精度不同，加工階段的劃分也不同，主要有以下加工階段： 2.粗加工階段，在粗加工階段，主要時切除被加工表面的余量的大部分； 3.半精加工階段，除去粗加工時，表面上留下的一些誤差，為后續(xù)的精加工做好準備； 4.精加工階段，保證工件的各項要求都符合零件圖上所要求的。 2.8.4加工順序安排 切削加工順序的安排：先粗后精，先主后次，先面后孔，基面先行。 2.8.5確定切削用量及時間定額 確定切削用量 工序1——粗銑左側端面 確定背吃刀量，取ap=2mm； 確定進給量，取=0.13mm/z 銑削速度按照d/z=100/5，=0.13mm/z，選取銑削速度v=135m/min 由 (2-21) 可知，n=429.9r/min,取n=380r/min,故實際銑削速度v=nπd/1000=119.3m/min。 表2-14硬質合金面銑刀銑削平面的進給量 要求達到的粗糙度Ra/μm 3.2 1.6 0.8 0.4 每轉進給量/(mm/r) 0.5`1 0.4`0.6 0.2`0.3 0.15 當n=380r/min,工作臺的每分鐘進給量為： =×z×n==247mm/min (2-22) 由式 (2-23) 可知取=0.03d； 故 =10.2mm 取=10.2mm； 取=1mm則基本時間： =1min=60s (2-24) 輔助時間由式 (2-25) 取=0.15×60=90s 其他時間 9%×（359+52.5）=36s (2-26) 故工序1的單件時間為 (2-27) 工序2——粗車右側端面 頂尖座兩邊對稱，其工序與工序一相同。 工序3——精車左端面 表2-16 機床功率/kW 鋼 鑄鐵及銅合金 每齒進給量/(mm/z) YT15 YT5 YG6 YG8 5`10 0.09`0.18 0.12`0.18 0.14`0.24 0.20`0.29 >10 0.12`0.18 0.16`0.24 0.18`0.28 0.25`0.38 （1）背吃刀量：ap=0.5mm； （2）進給量:f=0.4mm; （3）切削速度:v=90m/min;則n=（1000x90）/（3.14x454）=63r/min; 由公式 (2-29) 計算得=13.6s; 輔助時間：=0.15x13.6=2S; 其他時間：=18.4s 單件時間定額：=33.6s。 工序4——精銑左端面 （1）確定背吃刀量：取ap=0.5mm （2）確定進給量：取=0.5mm/r,即=0.04mm/z； （3）計算銑削速度：確定銑削速度v=66mm/min。計算=84r/min;取轉速n=95r/min.則實際銑削速度為=74.5m/min。 由公式計算出 =0.04×2.5×95=95mm/min (2-30) =203mm,=15mm,=1mm上述結果代入公式有 =2.3min=138s (2-31) 輔助時間由式 (2-32) 取=0.15×138=21s 其他時間 9%×（138+21）=14s (2-33) 故工序1的單件時間為 (2-34) 工序5——精車?14孔上端面 （1）背吃刀量：ap=1.5mm; （2）進給量：f=0.4mm/r; （3）切削速度：確定V=90m/min;則n=1000x90/3.14x454=63r/min; 由公式 =54.7s (2-35) 輔助時間：=0.15x54.7=8.2s; 其他時間：=5.6s 單件時間定額：=68.5s。 工序6——粗鏜?14孔 （1）粗鏜?14孔工步 （2）背吃刀量ap=1.5mm； （3）進給量;取f=1mm/r; （4）切削速度：由表4-4確定v=40m/min,則n=1000x40/3.14x90=318r/min; 由公式 (2-36) 得 輔助時間：=0.15x9.2=1.4s; 其他時間：=0.9s 單件時間定額：=11.5s。 表2-17硬質合金鏜刀鏜孔的切削用量 加工工序 刀具類型 鑄鐵 鋼（鑄鋼） V/(m/min) f/(mm/r) V/(m/min) f/(mm/r) 粗鏜 刀頭 40~80 0.3~1.0 40~60 0.3~1.0 鏜刀塊 35~60 0.3~0.8 - - 半精鏜 刀頭 60~100 0.2~0.8 80~120 0.2~0.8 鏜刀塊 50~80 0.2~0.6 - - 精鏜 刀頭 50~80 0.15~0.5 60~100 0.15~0.5 鏜刀塊 20~40 1.0~4.0 - - 工序7——半精鏜?14孔 半精鏜?14孔 （1）背吃刀量ap=0.8mm； （2）進給量;取f=0.8mm/r; （3）切削速度：由表4-4確定v=60m/min;則n=1000x60/3.14x90=212r/min; 由公式 (2-37) 得 輔助時間：=0.15x17=2.6s; 其他時間：=1.7s 單件時間定額：=21.3s。 工序8——精鏜?14孔 精鏜?14孔 （1）背吃刀量ap=0.2m； （2）進給量;取f=0.5mm/r; （3）切削速度：由表4-4確定v=80m/min;則n=1000x80/3.14x90=283r/min; 由公式 (2-38) 得 其他時間：=2.1s 單件時間定額：=25.9s。 3全自動偏擺儀的改進設計與分析 3.1全自動偏擺儀的分析設計 全自動偏擺儀的設計與仿真需要計算機輔助分析。計算機輔助技術包含計算機技術和共分析。 3.2 對全自動偏擺儀所測量工件創(chuàng)建載荷 改進偏擺儀，應利用軟件對偏擺儀設計模型進行運動仿真，能夠通過模擬真實環(huán)境，觀察工作狀況，發(fā)現(xiàn)的問題并進行提前修改優(yōu)化，以驗證全自動偏擺儀的功能和測量結果的可靠性，減少實際制造中的困難，提高分析結果的準確性，提高設計的可用性。 圖3-1 偏擺檢查儀的受力圖 偏擺儀被測工件的受力為： 圖3-2 軸類零件的應力分析 1、確定控制面與分段 利用內力進行受力分析，在假象面C出斷開，取左端為研究對象，對左邊進行受力分析，在截面上畫出彎矩和剪力的正方向。如圖 圖3-3 A C段受力分析 2、建立Axy坐標系 以梁的軸類零件左端A為坐標原點，建立Axy直角坐標系，如圖 圖3-4 AD段受力分析 3、計算彎矩方程和剪力方程 AC段：由平衡方程 即 (3-1) 即 (3-2) 式中——表示在y軸方向的分力 ——表示力矩 解得 AD段：由平衡方程 即 (3-3) 即 (3-4) 解得 （3） 剪力與彎矩圖 圖3-5 剪力圖 圖3-6 彎矩圖 在剪力和彎矩圖中，我們容易看出被測量零件收到的剪力恒定，收到的彎矩在C點最大。 3.3 安裝情況對測量精度的影響 軸類桿件零件在工程結構中承受載荷大都沿著軸線方向，這種軸向載荷叫做軸向載荷。這類零件在外力作用下會產(chǎn)生壓縮或者拉伸作用。 在進行設計時，要保證偏擺儀的機構和構件具備足夠的剛度和強度。剛度表示構件或零部件在外力作用下抵抗塑性變形的能力。強度表示在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度。 安裝時，左邊頂尖和右邊頂尖軸線重合。安裝如圖 圖3-7 正常安裝情況 3.4表架剛度對測量精度的影響 在測量時，如果百分表表架剛度不足，則表架會受到一定的力使其變形，從而影響偏擺儀的測量精度。材料的剛度是指材料在收到外力作用是，材料能夠保持原來形狀不變形的能力。材料在受力后發(fā)生變形，此時受力的大小為材料的剛度。材料的剛度主要取決有材料自身的性質，另外還與材料的形狀，邊界條件和受力形式有關。在全自動偏擺儀的檢測中，數(shù)顯百分表與被測零件接觸的牢固與否決定了本設計的成敗，因此材料的結構與剛度設計也是一項非常重要的工作。 （1）數(shù)顯百分表與被測零件表面不垂直 在實際操作過程中，百分表可能經(jīng)常出現(xiàn)與被測零件表面不垂直的現(xiàn)象。百分表與被測零件表面的傾斜度越大，讀書誤差就越大。當百分表傾斜角度小于15度是，百分表讀數(shù)誤差一般會小于5%。百分表與被測零件表面不垂直，導致讀數(shù)的偏差均大于實際值。這種問題導致的測量錯誤在實際測量中屬于常見現(xiàn)象，應盡量避免。 （2）表架撓度 支撐數(shù)顯百分表的表架及百分表的重力會使懸垂的表架產(chǎn)生彈性變形，從而向下產(chǎn)生彎曲，這種變形叫做表架撓度。這種撓度的存在會影響百分表的讀數(shù)，所以安裝時應盡量避免表架和加長桿的影響。 4電氣控制設計 4.1電氣控制系統(tǒng)方案的確定 圖4-1 開環(huán)伺服系統(tǒng)結構原理框圖 該系統(tǒng)主要包含步進電機和適合于相位的驅動電路。由上圖可以看出，將由數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖驅動電路變換并放大傳送給步進電機，隨后，步進電機在接受到脈沖后旋轉一定角度，再通過齒輪副和頂尖帶動被測零件轉動。指令脈沖的頻率和個數(shù)，決定了步進電機的轉速和轉過的角度。由此可見，對于改造設計的全自動偏擺儀的被測零件的旋轉指令，由步進電機驅動的開環(huán)控制系統(tǒng)非常合適。該系統(tǒng)具有很高的可靠性，并且其結構簡單，操作維修方便，成本低廉，具有較高的精度。 4.2 步進電動機與旋轉體的聯(lián)接 全自動偏擺儀，步進電動機應與頂尖相聯(lián)接。步進電動機與頂尖的聯(lián)接的方法有兩種。第一種連接方法是將頂尖與步進電機直接連接，但此方法脈沖當量不是5的倍數(shù)。第二種是步進電機連接減速器，頂尖再與減速器進行連接。該設計選擇采用第二種鏈接方法。 4.3 步進電動機開環(huán)控制系統(tǒng)設計 步進電機使一種可以進行精確角位移或者線位移的電動機，它的工作原理是，利用電磁鐵轉變電脈沖信號。在近些年來，步進電機廣泛應用于數(shù)字控制裝置中。比如在加工復雜零件時，常常把被加工零件的各種行傳要求，打在穿孔紙帶上，輸入數(shù)字計算機，計算機在對這些信息進行運算后發(fā)出脈沖信號，步進電機隨著脈沖信號轉動一定的角度或者一定線位移，最終達到自動加工零件的目的，這也是數(shù)控機床的控制原理。步進電機的這種便于控制的特性為形狀復雜和加工高精度要求的零件提供了方便，更大大提高了零件加工的質量和效率。驅動步進電機的控制系統(tǒng)包含光隔離電路和脈沖放大器。其驅動原理框圖如下圖所示。 圖4-2步進電動機驅動原理框圖 4.4脈沖分配器 脈沖信號源是由CNC系統(tǒng)根據(jù)程序控制脈沖頻率和頻率的個數(shù)，脈沖分配器將脈沖信號按一定順序分配；然后送到放大電路中進行功率放大，驅動步進電動機進行工作，其中脈沖分配器及前面的微機及接口芯片，工作電平一般為+5V， 而作為電動機電源需要符合步進電動機要求的額定電壓值。為避免強電對弱電的干擾，在它們之間設計采用光隔離電路。具體電路如下面所設計的。 對于開環(huán)伺服驅動中，我們設計采用單片機脈沖分配器，如下圖5所 設計的8051單片機控制步進電動機的控制電路。 圖4.3 8051單片機控制步進電動機控制原理框圖 8051單片機的P1口作為輸出口，用程序實現(xiàn)脈沖分配功能。對于三相步進電動機，用P1.0，P1.1，P1.2作為輸出端，經(jīng)光電隔離電路，再由驅動電路放大來驅動步進電動機運轉。對于我們改造設計的C616 車床的縱向伺服進給單元機電一體化改造，選擇的是 三相六拍的反應式步進電動機——110BF003。因此，按三相六拍的步電動機的通電順序，可以得出P1口的輸出控制字表如下表2所示。由表2可見，步進電動機第一個狀態(tài)字為01H，從上而下輸出控制字，步進電動機正轉。假設這些控制字存在，根據(jù)狀態(tài)字在存儲器地址以及讀取控制字的順序，可以畫出三相六拍步進電動機的控制程序框圖如下圖。 表4-4 P1口輸出控制字 轉向 通電順序 D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0 控制字 正轉 A 0 0 1 01H AB 0 1 1 03H B 0 1 0 02H BC 1 1 0 06H C 1 0 1 04H CA 1 0 0 05H 假設，步進電動機總的運行參數(shù)放在R4，轉向標志存放在程序狀態(tài)寄存器用戶標志FI（D5H）中，當F1為“0”時，步進電動機正轉。正轉時，8051的P1口的輸出控制字01H，03H，02H，06H，04H，05存放在8051的片內數(shù)據(jù)存儲器單元20H～25H中，26H 存放結束標志00H。在2DH單元內存放結束標志00H。根據(jù)前面的控制程序表2和圖（7）的控制程序控制框圖，以及全自動偏擺儀要去哦去電機一次只轉動一圈，我們可以編出步進電動機正轉及轉速控制程序，其控制程序如下。 void main() { maichong = 1O; while(maichong>O) { in1=O;in2=O;in3=1;in4=O;//1 Delay(5OOO); in1=O;in2=1;in3=O;in4=O; //2 Delay(5OOO); in1=O;in2=O;in3=O;in4=1; //3 Delay(5OOO); in1=1;in2=O;in3=O;in4=O; //4 Delay(5000); maichong--; } in1=O;in2=O;in3=O;in4=O; } FI（D5H）中，當F1為“O”時，步進電動機正轉。正轉時，8O51的P1口的輸出控制字O1H，O3H，O2H，O6H，O4H，O5存放在8051的片內數(shù)據(jù)存假設，步進電動機總的運行參數(shù)放在R4，轉向標志存放在程序狀態(tài)寄存器用戶標志儲器單元2OH～25H中，26H 存放結束標志OOH。根據(jù)前面的控制程序表2和圖（7）的控制程序控制框圖，我們可以編出步進電動機轉動及轉速控制程序，其控制程序如下。 PUSH A； 保護現(xiàn)場 M0V R4 #N 設步長計數(shù)器 CLR C； 0RL C， D5H； 轉向標志為“1”轉移 JC R0TE； M0V R0， #20H； 正轉控制字首地址 AJMP L00P；