六自由度多节坐标测量仪论文.docVIP

课程设计说明书（论文） 课程名称： 机械学基础课程设计 设计题目： 六自由度多关节坐标测量仪2013/2/25 上午:上课，安排课程设计内容，准备制图工具(丁字尺、图板等)；下午:查阅资料，总体设计、理论计算； 2013/2/26 总体设计、理论计算； 2013/2/27 上午:绘制草图；下午:检查进展情况，包括理论计算、草图等； 2013/2/28、3/1、4绘制总装配图； 2013/3/5 检查总装配图，签字；绘制零件图； 2013/3/6上午:检查零件图,签字；下午:编写设计说明书； 2013/3/7编写设计说明书； 2013/3/8 答辩、检查所有图纸、设计说明书。 同组设计者及分工：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 指导教师签字___________________ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字___________________ 年 月 日 *注：此任务书由课程设计指导教师填写。目 录 一、 概述 5 1. 背景介绍 5 2. 基本测量原理 6 二、 机械结构设计 8 1. 总体设计 8 2. 关节结构设计 9 3. 力平衡装置设计 10 4. 限位装置设计 10 5. 测头的设计 10 6. 关键零件设计 10 三、 结构工艺及技术要求 15 1. 装配要求 15 2. 加工工艺要求 16 四、 总结 16 五、 参考文献 17 概述 背景介绍 坐标测量技术是随着数控加工技术的兴起而发展起来的一种新型“测量技术”在五十年代中期，随着的发展和计算机技术的出现，一种高精度、高效率和高柔性的机械数控加工设备被研制和生产出来，并受到机械设计制造业者的广泛注意。 三坐标测量仪主要三个相互垂直的导轨（笛卡尔坐标系）支撑系统、、长光栅传感器、数控系统、计算机系统和软件系统等组成常见结构形式有移动桥式、悬壁式等。的主要特点： 长度测量基准都采用长光栅测量系统作为XY、Z轴的方向上的长度基准。不确定度可达到导轨结构的限、笨重、不灵活、不便于移动上面提到的不足，传统的笛卡尔坐标测量仪再已，新的解决途径，，便携式的大三维测量系统的研究和开发成为现代测量技术的研究热点之一。，FARO公司研制开发的坐标测量设备在航天等得到广泛应用。FARO的典型产品如图。 图 1 FARO公司产品 基本测量原理 结构模型 由图的FARO公司的Space Arm可知，六自由度关节坐标测量仪的结构示意图如图。 2 六自由度多关节坐标测量仪结构示意图 由图，六自由度多关节坐标测量仪是由多杆件通过旋转关节串联而成的空间开放式连杆机构其特点如下 运动学模型比较复杂 可对内表面进行测量 的描述 测量仪的杆件及测头都可当作刚体来处理。三维空间，刚体的位姿由其在空间所处的位置和姿态来描述，如图。 图 3 测头的位姿 在测量仪末端测头上描述坐标系，三个相互垂直的所规定，其中向量测头接近被测表面的方向，平行于相邻的关节轴线向量、和完全确定了侧头或杆件的空间位姿 1.1 测量系统运动学模型 (1)和D-H方法得到相对于基座的运动学方程 1结构设计 由测量范围要求1200，可确定测量臂600，取==300，含轴部分估为100，按实心硬铝合金计算，测头初扰动力F按2kg计算，查询45号钢弹性模量E=200GN/。 旋转轴系的配置：用簧片将编码器轴与轴相联接，编码器外壳与轴外壳相联接。 根据整个装置的刚度和重量要求，测量臂选用铝合金，轴选用钢，其他部分（，接件）硬铝合金。 增大承载力，最下两个关节直径适当增加。不大于，其他关节径。 关节结构设计 关节部件是整个测量仪的关键，它是一个旋转轴系统，由轴、轴承、外壳、光电编码器、连轴结、其他连接件组成。它的连接直接影响了测量仪的灵活性，所以，关节的外壳选择了密度较小的硬铝合金，各个关节的连接采用了相同的固定方式：圆柱与圆柱相贯的连接方式。这样既有利于测量仪的牢固，又有利于仪器本身的灵活性。同时也要考虑以下几点： 轴采用空心轴，便于电气线路穿过； 选择轴的材料，对轴进行受力分析，根据分析结果，确定空心轴的外径、内径和轴的支承点； 选择轴承（考虑轴承的精度和承载能力），一般选择角接触轴承，另外，注意角接触轴承的安装方向以及缩紧装置的设计； 对于底下两个关节来说，由于受力最大，为减少轴的形变，可以加1到2个端面止推轴承； 考