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1、北京印刷学院毕业设计（论文）课 题 名 称： 凸轮轴测量机的逆向设计与虚拟展示 专 业 班 级： 机械工程10-1班 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 起迄日期： 2013年11月17日20143年5月23日 指导教师： 职称： 副教授 发任务书日期：2013年11月17日3摘 要本次设计是对凸轮轴测量机的设计。在这里主要包括:传动系统的设计、装夹部位系统的设计、测量部位系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机装置运
2、动装置运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容：(1) 凸轮轴测量机总体结构设计。(2) 凸轮轴测量机工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 凸轮轴测量机的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)运用计算机辅助设计，对设计的零件进行三维建模。(7)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键字：凸轮轴测量机， 联轴器，滚珠丝杠 全套图纸三维，加153893706ABSTRACTThis design is the design of the cam shaft measuring machine.
3、 Here mainly include: design, drive system design of the clamping system design, part of the system measuring parts of the graduation design on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and create the conditions for general mechanical design.T
4、he structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the screw rod, the screw rod drives the screw rod nut, which drives the motion machine device, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, ther
5、e are broad prospects for the development.The research of this thesis:(1) the overall structure of cam shaft measuring machine design.(2) analysis of cam shaft measuring machine performance.(3) the choice of motor.(4) transmission system, execution unit and a cam shaft measuring machine.(5) the desi
6、gn of components for the design calculation and check.(6) the use of computer aided design, 3D modeling on Design of parts.(7) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.Keywords: cam shaft measuring machine, coupling, ball screw目 录1 概述61.1 前言61.2 国内外主要的一些凸轮测量仪6
7、1.2.1中外合资广州威而信精密仪器有限责任公司研发的凸轮轴测量仪61.2.2 瑞士TRIMOS 多功能轴类检测仪72 凸轮轴测量机分析92.1 凸轮轴测量仪整体设计92.1.1 凸轮轴测量仪的测量原理102.1.2 主要组成112.1.3 凸轮轴测量仪设计方案112.2 凸轮轴测量仪的数据处理122.2.1 凸轮桃尖的确定122.2.2 角度基准的确定122.3 位移传感器简介及选择133 凸轮轴测量机机械结构设计153.1 确定脉冲当量153.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型153.2.1 精度的选择153.2.2丝杠导程的确定153.2.3 最大工作载荷的计算153.2.4 最大动载荷的计算
8、163.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型163.2.6 滚珠丝杠副的支承方式173.2.7 传动效率的计算173.2.8 刚度的验算173.2.9 稳定性校核183.2.10 临界转速的验证193.3 步进电动机的选择203.4 丝杠轴的校核223.5 键的校核233.6 轴承的校核233.7导轨的特点及设计243.8直线滚动导轨副的计算、选择253.9 立柱的强度与刚度的计算284 凸轮轴测量机的三维虚拟展示33结 论38参考文献39致 谢41北京印刷学院毕业设计（论文）1 概述1.1 前言凸轮轴是工程中常用的零件，在凸轮轴的大批量生产中，为了保证产品质量，产品的测量变得非常重要。凸轮轴的轴向尺
9、寸较多并且精度较高，用传统的测量方法无法保证每一件产品的测量精确、且容易造成测量成本过高，因此需要一台专用的测量设备才能保证产品的质量控制。所以我设计了一台凸轮轴专用测量仪。采用方案是利用CCD传感器识别边界，进行非接触式测量。这在现阶段的测量技术领域还属于比较新颖的测量技术。因为CCD传感器的视角范围很小，不能直接利用它来测量这样大尺寸的工件。因此在本测量仪中，只利用它作为一个识别工件边界的工具，再利用光栅记录CCD传感器移动的距离，这样也可以得到精确的测量结果。而且成本也比较低。但是这种测量方法受环境光源的影响较大，因此对环境有一定的要求。1.2 国内外主要的一些凸轮测量仪凸轮机构是常用机
10、构，应用范围很广。因此，对凸轮工作性能的要求就越来越高，而凸轮工作性能的好坏主要由相关的凸轮形线参数来决定。因此，目前国内外对凸轮参数的测量仪的研究和开发也越来越广泛和深入。下面将对此进行一下简要的介绍。1.2.1中外合资广州威而信精密仪器有限责任公司研发的凸轮轴测量仪如图1.1所示，为该公司研发的凸轮轴测量仪的实物图。左边为凸轮测量仪器的安装和测量平台，右边为数据采集与处理平台。该厂家研发的这套凸轮轴测量仪器，采用凸轮轴立式安装测量结构。旋转轴由精密气浮主轴与气浮顶尖构成，双气浮直线运动导轨立柱做为直线运动基准，由进口电机驱动；电器部分由高级计算机及进口精密圆光栅传感器、精密光栅位移传感器组
11、成。测量软件采用基于中文版WINDOWS操作系统平台的WILSON测量软件，完成参数输入、测量选择、数据采集、处理及测量数据管理和测量结果打印输出等工。这款测量仪器目前在国内还算是比较先进的，它主要有以下一些优点：（1）立式主机测量结构：凸轮轴垂直安装，避免重力因素影响对测量造成的误差；（2）高精度：机械运动部件和工件的定位（超精密气浮主轴与气浮顶尖、双气浮直线运动导轨立柱）均采用气浮结构，主轴精度高达0.08um；（3）长寿命：主轴、导轨均采用气浮结构，故永不磨损、精度保持长久、仪器精度寿命长达十年以上；（4）数据采集采用世界上最著名的德国海德汉公司的精密光栅传感器（旋转、位移）及其相关技术
12、，准确度高，稳定性好；（5）工作平台和立柱导轨均采用精密花岗岩材料制成，可抑制周围环境的噪声和震动；（6）可放置在企业计量室和生产车间现场使用图1.1 威尔信凸轮轴检测仪装置图1.2.2 瑞士TRIMOS 多功能轴类检测仪 如图1.2所示，瑞士TRIMOS公司生产的TWINNER多功能轴类测量系统可完成以下测量任务：长度、直径、距离、递增尺寸、槽宽、槽径、中点距离、角度、孔的位置、曲轴和凸轮轴冲程、跳动、基于工件轴线的跳动、圆度、端面跳动、同心度、对称度、平行度、直线度、圆锥角度、最大最小值/差值、交点尺寸等。TWINNER仪器特点：1. 稳定性高（仪器基体都由花岗岩制成），精度高、重复性好、
13、操作简便2.在车间环境下，长度、直径和跳动的测量精度能得到保证3. 一般情况下，仪器不必经常标定4. 更换工件后，无需对仪器进行重新标定5. 导轨直线度好=0.002mm6. 顶针头座和尾座可以自由移动，工件可装夹在任意位置7. 特殊顶针座可选，可安放于两标配顶针座之间，这样可同时装夹两种工件，可同时测量8. 导轨和顶针座间平行度调整方便，在一些情况下（如顶针座受到撞击后）方便调整9. 长度和直径测量模块固定于测量支架上，与导轨垂直度好10. 测力固定，极大的减少了人为误差11.长度和直径测量模块上装有特殊的机电机构，测量时所有测量结果和测量信息(如测量位置)有自动采集提示12.仪器基本上有3
14、个支架，第一个安放可选测量模块，第二个为长度测量系统，第三个为直径和跳动测量系统13.另有各种测头、测量系统可选，例如：孔测头，角度测量系统等，可为客户定做 图 1.2 TWINNER多功能轴类测量系统 以上简要介绍了一下，目前国内外关于凸轮轴测量仪器产品研发的一些情况，可见目前，凸轮轴测量仪器的发展越来越趋向于全自动化、高精度的要求。2 凸轮轴测量机分析2.1 凸轮轴测量仪整体设计 目前仪器使用者对仪器的一贯要求为精度高、功能全、工作可靠、自动化程度高需要人工少量干预或者根本不需要人工干预。笔者通过调研、查询大量资料，根据凸轮的测量特点并结合广州威而信精密仪器有限公司长时间研发和生产轴类高精
15、密测量仪（圆柱度、圆度仪、轮廓仪）经验的基础研制生产全自动凸轮轴测量仪。全自动凸轮轴测量仪总体结构：全自动凸轮轴测量仪整体结构示意图，如图 2.5所示：立式测量结构；高精度空气静压轴承；大理石工作台、大理石气浮立柱、气浮导轨；圆光栅系统、长光栅系统；计算机采集控制和运动控制系统；数据处理、程序评价、屏幕输出和打印系统；国内首次提出并集成融合了气浮结构（大承载气浮转轴，其承重最大可达 600kg，其精度能保证在 0.1um、气浮立柱、气浮横导轨）、高精度光栅编码器、自动控制、计算机补偿及处理技术，形成全自动控制和测量的高精度凸轮轴测量仪，具有测量准确度高、测试速度快、操作简便和便于数据处理等优点，能有效满
