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1、上海电机学院继续教育学院毕业设计摘 要表面粗糙度作为形状误差的要素之一，直接影响零件精度、性能和质量，在有些场合，甚至是决定因素。基于此，本课题以筒体内孔表面粗糙度误差测量机构作为主要研究对象，在了解国内外所有研究表面粗糙度测量的现状和动态基础之上，进行了测量装置的总体结构设计。本文中包括了定位，驱动，传动等机构设计，并选择了传感器和对表面粗糙度测量误差进行了分析。本文所设计的测量装置与其他测量装置相比有了较大的创新，该装置对筒体的测量实现数据的自动数据采集及处理，较好地解决了筒体内孔表面粗糙度误差测量。本系统设计思路将对其它相关设计提供重要的参考依据。关键词：筒体，测量机构，测量误差- I
2、- Big cylinder body surface roughness measurement device designAbstractAs one of error of shape, Surface harshness directly precision, capability and quantity of instrument. At some situation, Surface harshness is determinant indeed. On the base, the task took instrument of long pipe parts Surface h
3、arshness as mostly researching object. The measuring principle of Surface harshness for the long pipes is designed in this paper, which is based on the research of the status in foundation and the trends on this area.This paper consists of the designment of placing structure, moving structure and gi
4、ving structure .It also consists of the choice of the transducer and the nalyzement of the measuring error of the measuring system. The measuring device dolly discussed in this paper has made a greater innovation compared with other measuring devices. During its measuring, it can collect the data, p
5、rocess the measuring error on line, and display the information of any section on the pipe completely. The result of this system research also provides important reference for other correlative design.Key Words：long pipe，measuring device，measuring error- V -目 录摘要IIAbstractIII引 言11 绪论21.1 国内外发展现状21.2
6、 发展趋势与展望31.3 形状误差测量的定义和方法31.4 大直径筒体内孔表面粗糙度误差测量装置的设计72 总体方案设计92.1 本设计方案92. 撑脚的设计102. 齿条的设计112. 齿轮的设计122.5 测量部分位置升降的设计132.6 滚轮部分的设计132.7 支架的设计143 电动机的选择与计算163.1 步进电机的概述163.2 步进电机的现状和发展趋势163.3 步进电机的计算和选用184 传感器的选择234.1 传感器的组成234.2 传感器的分类244.3 传感器的选择原则254.4 本设计中传感器的选择275 测量装置附件的设计295.1 夹具的设计295.2 轴承的选择3
7、05.3 弹簧的选用346 表面粗糙度误差测量366.1 表面粗糙度误差的定义366.2 测量基准366.3 数据处理376.4 表面粗糙度测量数据处理396.5 表面粗糙度测量误差分析40结 论41参 考 文 献42致 谢43上海电机学院继续教育学院毕业设计引 言随着我国国民经济和科学技术的发展，大口径的筒体（直径几百毫米）在工业乃至各个行业中的应用日渐迫切，例如军事工业中的火炮炮管，石油化工工业中的大型输油管道等，而且这些都由于其特殊的工作条件而有不同的要求。目前这一类筒体在生产工艺方面已经做的很成熟了，但是它们在检测方面做的很不好，因为这类零件由于其本身特殊的结构限制，所以用传统的检测方
8、法根本是做不到的，但是这类零件在应用时对各个方面的精度要求却是很高的，为了能让我们加工的产品顺利的投入使用,这样我们就迫切需要来解决这类零件的检测问题。1 绪论1.1 国内外发展现状目前国内外针对管状零件内孔的表面粗糙度测量方法大多是针对小孔径和小长度的管孔，在这一方面有很多检测方法，但不适合大直径内孔的测量，而大直径孔内表面粗糙度的测量很少见于报道。国内方面：我国对表面粗糙度的研究是源远流长的，从远古时期就可以说已经开始了，刚开始主要是师傅目测，完全的靠经验，因为先前对表面粗糙度的要求也不是很高，所以完全可以达到要求了，这种方法在现在的很多小型工厂也仍然在使用，到后来就发展为比较法，干涉法，
9、光切法等，现在就介绍一种利用仪器粗糙度的方法，这个是由我国哈尔滨刃具厂2205型表面粗糙度的测量仪，其最好的就是采用了计算机系统来处理数据，使其性能有了大大的提高。其基本原理，从相敏整流输出的模拟信号，经过放大以及电平转换之后进入数据处理系统，计算机自动的将其所采取的数据滤波和计算，得到测量结果。现代的表面粗糙度的测量基本用的都是这个原理，不同的是测量机构设计的不同，（1）山东工业大学介绍了一种测量表面粗糙度的原理和方法，该方法是将工件竖立于工作台面，测量机构通过弹性滑轮和固定管轮与管壁接触，当步进电机带动滚筒转动时实现测量机构沿着管壁在孔内按一定的步长走，每走过一段距离，步进电机通过精密转动
10、轴带动电感测头转动，转动360度后，测量出一个管壁内孔的圆形截面参数。步进电机每转动一设定的角度，计算机对电感测微仪的输出采样一次，整个测量机构的行走、采样、数据处理等全由外围计算机完成，测量长度可达10m。（2）大连宝原核设备有限公司研究了一种测量大缸体内表面粗糙度的方法，其主要是利用放置在缸体纵截面前的自准直仪，调整自准直仪和固定在自制内圆直线度桥板检具上的反射镜的相对位置，使反射回来的像镜的十字线与反射镜背面90弯板（与反射镜同时固定在自制内圆直线度桥板检具上）中的垂线重合，然后从自准直仪读数机构中读出桥板与内轮廓接触点两端高度差，并按顺序依次一段接一段移动，移动时，若90弯板的垂线与经
11、纬仪望远镜十字线不重合时，只要轻轻左右调整推动杆即可使弯板中的垂线与望远镜十字线相重合，从而保证了桥板在缸体内始终沿着测量方向等距离直线移动。这种方法只能测量内孔中的一条母线的表面粗糙度，而不能反映管孔整个表面粗糙度。 国外方面：奥地利的AVL公司介绍了一种应用电容式传感器制作的圆筒量规装置检测钢管内孔的方法，其主要是利用电容式传感器制作的圆筒量规装置在钢管中移动，每隔一定步长对钢管内壁进行定位，以获得各段钢管的方向位置。上述测量均采用的是“平均效应”法，其只能对管壁进行定性研究而无法进行定量研究。1.2 发展趋势与展望表面粗糙度误差在测量技术是保证零件质量和提高生产率的重要手段,在机械加工中
12、扮演着十分重要的角色.随着计算机测控技术的发展,出现了以单片机、工业控制机和PLC为控制实体的全新的机电一体化测量仪器与在线测量系统。当然在测量技术还有许多问题亟待解决.如高准确度传感器的研制,测量策略和数据处理策略的优化等,对大型长类零件的测量更是存在一定的问题.随着这些问题的解决,测量技术会有更光明的应用前景。当前,几何量的趋势是向大量程、高分辨率、动态、自动化、多功能等方向发展.具体的说有以下四点： （1） 提高测长仪器的分辨率，这是提高其相对计量准确度的必要前提；（2） 应用光电和电视技术，光电显微镜最初用于几何量的镜态测量，后来研制成功光点显微镜，显已制成动静两用的光电显微镜；（3）
13、 发展新的光干涉与光信息处理技术；（4） 微处理机用几何量计量仪器，不仅是采集和处理数据，而正在向实时控制和人工智能方向发展，使几何量计量朝着动态、自动、综合、多参数和多功能方向发展，例如坐标计量机。1.3 形状误差测量的定义和方法1.3.1 形状误差的定义形状误差是指被测实际要素对其理想要素的变动量。形状误差包括直线度误差、平面度误差、表面粗糙度误差、圆弧度误差、线轮廓度误差和面轮廓度误差。1.3.2 形状误差测量对形状误差进行测量是认识工件形状质量状况的基本手段。通过测量，应达到以下两个目的，第一是判断所测量工件是否符合给定的精度要求，即判别其是否合格；第二是根据测量结果，分析和寻找产生形
14、状误差的原因，以便改进有关设计和工艺，使工件的加工精度不断提高。对测量过程和测量结果的两个方面的要求，一是精确要求，即测量结果必须达到一定的可信度；二是经济性要求，即在保证测量结果精确的前提下，应是测量过程简单、经济、所花代价最小。要想使形状误差的测量达到上述目的，并符合上述要求，则必须在测量的过程中完成如下任务：第一，根据工件的精度要求选择相应的测量方法，以满足精确性和经济性要求；第二，按照选定的方法对被测要素进行测量，获得观测数据。在可能的情况下，直接根据观测数据判断工件是否合格，如不能直接判断，则按照一定的评定方法对观测数据进行数据处理，以评定出形状误差的大小。1.3.3 形状误差的评定
15、方法在评定被测实际要素的形状误差时，首先应确定其理想要素的位置，因为理想要素的位置不同，所得形状误差值也不同。国家标准规定，在确定理想要素的位置时，应符合最小条件。所谓最小条件，使被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。但在实际测量评定时，人们从精确性、经济性等不同的角度出发，除采用符合最小条件的最小包容区域法外，还是用了其它几种评定方法，如最小二乘法，粘切法和简易法等。1.3.3.1 最小包容区域法最小包容区域法(图1-1)是按最小条件来确定理想要素位置的，即用两个等距的理想要素包容被测量实际要素，并使两理想要素之间的最小距离为最小。这时理想要素的位置符合最小条件，两理想要素之间的距离使用最小包容区域法评定出的形状误差。即误差
