賈振龍-基于虛交點的圓錐孔端面尺寸數(shù)顯測量裝置

1、河南科技學院河南科技學院20092009 屆本科畢業(yè)論文（設計）屆本科畢業(yè)論文（設計）論文題目：基于虛交點的圓錐孔端面尺寸數(shù)顯測論文題目：基于虛交點的圓錐孔端面尺寸數(shù)顯測量裝置量裝置學生姓名：學生姓名： 賈振龍賈振龍所在院系：所在院系： 機電學院機電學院所學專業(yè)：所學專業(yè)： 機械設計制造及其自動化機械設計制造及其自動化導師姓名：導師姓名： 陳錫渠陳錫渠完成時間：完成時間： 20092009 年年 5 5 月月摘摘 要要在機械加工中，常常會碰到圓錐孔的測量問題。圓錐孔的主要控制參數(shù)是錐孔錐度和錐孔端面直徑尺寸。在圓錐孔大小端端面直徑尺寸已知的情況下，圓錐孔的錐度可以通過簡單的計算獲得。故測量圓錐

2、孔端面直徑尺寸顯得特別重要。圓錐孔由于結構的特殊性導致其端面直徑不易測量。在機械加工中，通常采用錐度塞規(guī)涂色法作為圓錐孔加工和終檢的量具，通過塞規(guī)與圓錐孔的接觸面積來判斷錐度和尺寸是否合格；也可用正弦規(guī)或三坐標測量儀等進行檢測。但這些測量方式或者效率較低，或者成本過高，難以適應現(xiàn)場批量生產時的檢測需要。特別是對那些精度要求較高的圓錐孔，由于缺少合適的現(xiàn)場測量工具，往往很難保證達到要求的精度1。本文設計一種基于虛交點的圓錐孔端面尺寸數(shù)顯測量裝置，可在機直接測量，不需計算，數(shù)顯直讀，且結構簡單，測量范圍大，有效地解決了生產現(xiàn)場檢測錐孔端面直徑的問題，也可用于間接測量椎孔的錐度。關鍵詞：圓錐孔端面直

3、徑，測量裝置，精度分析，容柵位移傳感器關鍵詞：圓錐孔端面直徑，測量裝置，精度分析，容柵位移傳感器BASED ON THE VIRTUAL END-POINT OF INTERSECTION OF THE CONICAL HOLE SIZE DIGITAL MEASURING DEVICEAbstractIn machining, the often encountered problem of cone-hole measurement. Conical hole is the main control parameters and cone taper taper hole diameter

4、 face hole. Hole in the cone diameter the size of end-to-end face of known cases, the cone of the taper hole can be obtained through simple calculation. Therefore, measurement of end-cone diameter hole is of particular importance. Conical hole as a result of the specificity of the structure led to e

5、asy measurement of the diameter of its end. In machining, taper plug gauge used as a coloring process and the end of conical hole measuring location, with the cone through the plug hole to determine the contact area and dimensions of taper is qualified; also be used sinusoidal regulation or instrume

6、nt, such as CMM test. However, these measurement or less efficient, or cost is too high, it is difficult to adapt to the scene at the time of detection of the need for mass production. Especially for those who require a higher accuracy of the conical holes, the field due to the lack of suitable meas

7、urement tools is often very difficult to guarantee the required accuracy. In this paper, the design of a virtual point of intersection of the cone-based end-hole-size digital display measuring device can be directly measured in the machine, without calculation, direct-reading digital display and sim

8、ple structure, wide measurement range, an effective solution to the production scene detection end taper hole diameter also can be used for indirect measurement of the taper foramen.Keywords: conical end hole diameter measuring devices, precision analysis, capacitive displacement sensor目錄目錄1 緒論緒論.11

9、.1 目前對幾何測量的研究現(xiàn)狀.1.1.1.2.3.41.2 目前對錐孔端面直徑測量裝置的研究現(xiàn)狀.51.3 本次設計的意義和主要內容.52 裝置的測量原理和結構裝置的測量原理和結構.62.1 裝置的測量原理.72.2 裝置的結構.83 裝置的測量范圍分析裝置的測量范圍分析.83.1 最小測量直徑的確定.83.2 最大測量直徑的確定.93.3 可測圓錐孔的錐度確定.104 裝置的結構設計裝置的結構設計.134.1 卡腳結構設計.134.2 不完全鉸鏈結構設計.134.3 定位機構設計.144.4 數(shù)顯系統(tǒng)選擇.145 裝置測量精度的分析裝置測量精度的分析.155.1 主測量尺不完全鉸鏈中心線與

10、主測量尺定位面不共面（誤差為 1）對測量精度的影響.165.2 主測量尺卡腳不完全鉸鏈中心線與主測量卡腳工作面不共面（誤差為 2）對測量精度的影響.175.3 改善和提高裝置測量精度的措施.176 注意事項注意事項.196.1 安裝量具時注意事項.196.2 應用注意事項.197 結語結語.20致謝致謝.20參考文獻參考文獻.211 緒論緒論1.1 目前對幾何測量的研究現(xiàn)狀目前對幾何測量的研究現(xiàn)狀 幾何量測量的基本概念幾何量測量的基本概念零件加工后，其幾何量需加以測量或檢驗，以確定它們是否符合零件圖上給定的技術要求。幾何量測量是指為了確定被測幾何量的量值，將被測幾何量X 與作為計量單位的標準量

11、 E 進行比較，從而得出兩者比值 q 的過程。這可用下式表示：X = qE由上式可知，任何一個幾何量測量過程必須有被測對象和所采用的計量單位。此外，還包含：兩者應怎么進行比較（即應采用適當?shù)臏y量方法） ，并保證測量結果準確可靠（即應保證測量精度） 。 計量器具的基本技術性能指標計量器具的基本技術性能指標計量器具的基本技術性能指標是合理選擇和使用計量器具的重要依據(jù)。也是設計量具時必須要考慮的。其中主要的指標如下：（1）標尺刻度間距標尺刻度間距是指計量器具標尺或分度盤上相鄰兩刻線中心之間的距離或圓弧長度。為適于人眼觀察，刻度間距一般為 12.5mm 。（2）標尺分度值 標尺分度值是指計量器具標尺或

12、分度盤上每一刻度間距所代表的量值。一般長度計量器具的分度值有0.1mm、0.05mm、0.02mm、0.01mm、0.005mm、0.001mm 等幾種.（3）分辨力 分辨力是指計量器具所能顯示的最末一位數(shù)所代表的量值。由于在一些量儀（如數(shù)字式量儀）中，讀數(shù)采用非標尺或非分度盤顯示，因此就不能使用分度值這一概念，而將其稱作分辨力。（4）標尺示值范圍 標尺示值范圍是指計量器具所能顯示或指示的被測幾何量起始值到終止值的范圍。（5）計量器具測量范圍 計量器具測量范圍是指計量器具在允許的誤差限內所能測出的被測幾何量量值的下限值到上限值的范圍。測量范圍上限值與下限值之差為量程。（6）計量器具的測量步確定

13、度 計量器具的測量不確定度數(shù)指在規(guī)定條件下測量時，由于計量器具的誤差而對被測幾何量值不能肯定的程度。它用測量極限誤差表示。 測量方法的分類測量方法的分類在幾何量測量中，測量方法應根據(jù)被測零件的特點（如材料硬度、外形尺寸、結構、批量大小等）和被測對象的精度要求來選擇和確定。現(xiàn)有的測量方法主要有以下幾種。（1）按實測幾何量是否為被測幾何量劃分測量可分為直接測量和間接測量。1）直接測量直接測量是指被測幾何量的量值直接由計量器具讀出。例如，用游標卡尺、千分尺或者側長儀測出軸徑或孔徑的大小，用公法線千分尺測出齒輪公法線長度的數(shù)值。2）間接測量間接測量是指欲測量的幾何量的量值由實測幾何量的量值按一定的函數(shù)

14、關系式運算后獲得。例如，用正弦尺和量塊、指示式量儀測量外圓錐角，用三針法測量外螺紋的單一中徑。間接測量的測量精度通常比直接測量的低。（2）按計量器具上的示值是否為被測幾何量的量值劃分測量可分為絕對測量和相對測量。1）絕對測量絕對測量是指計量器具顯示或指示的示值即是被測幾何量的量值。例如，用游標卡尺、千分尺或立式測長儀測量軸徑的大小。2）相對測量相對測量（比較測量）是指計量器具顯示出或指示出被測幾何量相對于已知標準量的偏差，被測幾何量的量值為已知標準量與該偏差的代數(shù)和。一般來說，相對測量的測量精度比絕對測量的高。（3）按測量時被測表面與計量器具的測頭是否接觸劃分測量可分為接觸測量和非接觸測量。1

15、）接觸測量接觸測量是指測量時測量器具的測頭與被測表面接觸，并有機械作用的測量力。例如，用機械比較儀測量軸徑，用千分尺測量軸徑。用接觸測量法測量不同形狀的被測表面時，應選用相對形狀的測頭。例如，測量球面、圓柱面和平面時應分別使用平面形測頭、刀刃形測頭和球形測頭。2）非接觸測量非接觸測量是指測量時計量器具的測頭步與被測表面接觸。例如，用光切顯微鏡測量表面粗糙度輪廓的最大高度，在工具顯微鏡上用影響法測量外螺紋的牙側角、螺距和中徑。（4）按被測工件上是否有幾個幾何量一起劃分測量可分為單項測量和綜合測量。1）單項測量單項測量是指分別多工件上的幾個被測幾何量進行獨立的測量。例如，用工具想未經(jīng)分別測量外螺紋

16、的牙側角、螺距和中徑，用漸開線測量儀和雙測頭式齒距比較儀分別測量同一齒輪的齒廓總偏差和單個齒距偏差。2）綜合測量綜合測量是指同時測量工件上幾個相關幾何量的綜合效應和綜合指標，以判斷綜合結果是否合格。例如，用螺紋量規(guī)的通規(guī)檢驗螺紋單一牙側角、螺距和中徑實際值的測量結果是否合格，用齒輪雙嚙儀測量齒輪齒廓總偏差的綜合結果是否合格。 測量量具的分類測量量具的分類（1）量塊量塊是指相互平行的兩個測量面間具有精確尺寸且截面形狀為矩形的長度計量器具。它是長度量值傳遞系統(tǒng)中的實物標準，是實現(xiàn)從光波波長（自然長度基準）到測量實踐之間長度量值傳遞的媒介，是機械制造中實際使用的長度基準。它可以用來檢定和調整計量量具

17、、機床、工具和其他設備，也可直接用于測量工件。（2）游標尺游標尺有游標卡尺、游標深度尺、游標高度尺、游標測齒卡尺等幾種。它們的讀數(shù)裝置都由主尺和游標兩部分組成，讀數(shù)原理和讀數(shù)方法皆分別相同。它們用于測量線性尺寸。（3）千分尺千分尺（百分尺）有外徑千分尺、內徑千分尺、深度千分尺和專用千分尺（如公法線千分尺）等幾種。它們都是利用螺旋副運動原理制成的計量器具。它們的讀數(shù)原理和讀數(shù)方法皆分別相同。它們用于測量線性尺寸。（4）指示表（5）機械比較儀比較儀按實現(xiàn)原始信號轉換的方法分為機械式量儀、光學式量儀、電動式量儀和氣動式量儀等幾類。機械比較儀是指用機械方法實現(xiàn)原始信號轉換的量儀，如指示表、杠桿齒輪式比

18、較儀和杠桿式比較儀等。它們用于測量線性尺寸、形位誤差和齒輪誤差等。 幾何測量儀的新進展幾何測量儀的新進展（1）測量速度高現(xiàn)代制造業(yè)進行的是大規(guī)模、大批量、專業(yè)化生產，需要多參數(shù)、實時在線測量，故要求測試儀器|儀表的測量速度高、設備輕便、操作界面直觀。如激光干涉測量技術作為精密測量的一種重要方法，各種激光干涉測量系統(tǒng)向著輕巧、便攜、高測速的方向發(fā)展。雷尼紹 XL-80 干涉儀款型小巧，可提供 4m/s最大的測量速度和 50kHz 記錄速率，可實現(xiàn) 1nm 的分辨率；激光跟蹤儀可實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集與處理，有利于測量精度的提高。各種影像測量設備利用觸摸屏可以方便直觀地實現(xiàn)特征尺寸的測量。（2）三維測量

19、多樣化三維測量技術向著高精度、輕型化、現(xiàn)場化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)基于直角坐標的三坐標測量機經(jīng)過 50 年的發(fā)展，其技術愈加成熟，測量更加快捷，功能更加強大。這次參展的國內外數(shù)十家坐標測量機生產廠商，各具特色，特別是國內很多廠家推出實用廉價的各種三坐標測量機，說明三坐標測量技術在我國已經(jīng)走向全面實用化、特色化發(fā)展的道路。除直角坐標測量系統(tǒng)外，極坐標測量儀器體現(xiàn)出自身獨特的優(yōu)勢，如 FARO、ROMER 等廠家生產的激光跟蹤儀對大尺寸結構的裝備現(xiàn)場具有方便靈活的特點。對于小尺寸測量，F(xiàn)ARO、ROMER 等生產的關節(jié)臂測量機因其低廉的成本、較高的精度、現(xiàn)場方便的操作等優(yōu)勢，在汽車等行業(yè)展現(xiàn)出廣闊的應用

20、前景。（3）測量智能化測量設備借助于計算機技術向著智能化、虛擬化的方向進一步發(fā)展。測量儀器的虛擬化、接口的標準化以及測量軟件的模塊化，加速了測量技術的發(fā)展，使測量儀器的應用更加方便、直觀、智能。根據(jù)測量需求以及測量對象的不同，可基于同一軟件平臺使用不同的儀器協(xié)同工作，采用不同的測量軟件模塊，實現(xiàn)了廣普測量儀器的網(wǎng)絡化、協(xié)同化，提高了測量的自動化水平。在這次展會上，國內一些獨立的測量軟件公司進行了參展，對于測量設備的智能化、網(wǎng)絡化具有推動作用。1.2 目前對錐孔端面直徑測量裝置的研究現(xiàn)狀目前對錐孔端面直徑測量裝置的研究現(xiàn)狀目前，圓錐孔端面直徑的測量裝置及測量方法主要有以下幾種：（1） 采用錐度塞

21、規(guī)的方法測量2，這種測量方法簡單，但塞規(guī)的制造較困難，且不具有通用性。（2） 利用兩個精密鋼球和通用量具間接測量3，這對不同的錐孔要有相應的精密鋼球，否則無法進行。然而在實際測量中，會遇到各種尺寸、錐度不同的錐孔，一般難以提供相應的精密鋼球。（3） 采用鋼球式錐孔檢測工具測量4，這種檢具測量時需要多次專用的工裝，并且檢具中的鋼球和檢套要有不同的規(guī)格，測量精度也不是很高。（4） “鋼球、圓柱組合法”5，此測量裝置需兩個大小不同的精密鋼球，將它們同圓柱標準心軸或“三針”等進行不同的組合，可測量任意大小的內圓錐孔。但是此測量裝置對鋼球和圓柱的要求很高，制造費用較高，且測量時需要計算，測量精度不高。（

22、5） 由深度千分尺、支承套和鋼球組成的測量裝置測量6。支承套、鋼球根據(jù)被測量零件有關尺寸及形狀配置和更換。此測量裝置使用與具有深度孔的圓錐孔端面直徑測量，且測量時需要計算。1.3 本次設計的意義和主要內容本次設計的意義和主要內容圓錐孔配合在機械設備中應用十分廣泛。圓錐孔的加工雖不及內孔、平面加工那樣廣泛，但在機械加工中也常遇到，不同用途的錐孔的要求也不一樣，在制造圓錐孔工件時，需要控制工件的錐孔直徑尺寸（錐孔面與端面交線尺寸） ，當尺寸精度要求較高時，使用通用量具在生產現(xiàn)場很難實現(xiàn)對該尺寸的精確測量。而且圓錐孔的端面往往有毛刺或倒角，尤其是有倒角時，所測點在實體上并不存在，轉化成測空間交點距離

23、的問題，測空間交點距離也需專用測量工具并進行計算，有時還需在工件上設置工藝孔或工藝凸臺，增加了加工工序。上述的測量方法要么不能進行定量檢測、要么需專用檢具，而且還不能直接測出數(shù)據(jù)，需利用所得數(shù)據(jù)進行計算才可獲得所需尺寸，操作不便，測量時間也較長，不利于縮短工時，提高生產率，且不適合生產現(xiàn)場使用，特別是不能在機上檢測。為了解決上述種種問題，立此課題，利用大學所學的相關專業(yè)知識設計一種基于虛交點的圓錐孔端面尺寸數(shù)顯測量裝置。此測量裝置可在機直接測量，不需計算，數(shù)顯直讀，且結構簡單，測量范圍大，有效地解決了生產現(xiàn)場檢測錐體端面直徑的問題。2 裝置的測量原理和結構裝置的測量原理和結構2.1 裝置的測量

24、原理裝置的測量原理 如圖 1 所示，以圓錐孔大端面直徑測量為例。直線 MN 和直線 PQ 位于定位面（定位面與圓錐孔大圓端面共面）內，且直線 MN 和直線 PQ 平行。直線AC 與直線 MN 垂直相交與點 A，直線 BD 與直線 PQ 垂直相交與點 B，且直線AC 和直線 BD 共面，則 AB 即為圓錐孔大圓端面的直徑，又由數(shù)學原理可知，AB 分別垂直與直線 MN 和直線 PQ，則 AB 即為直線 MN 和直線 PQ 間的距離。故測圓錐孔大圓端面直徑可轉化為測兩平行直線 MN 和 PQ 間的距離。在設計量具時，卡腳的測量部位（可繞不完全鉸鏈旋轉，自動適應圓錐孔錐度的變化，時刻保持與圓錐孔錐面的

25、切線重合）就是主卡腳與圓錐孔圓錐面的切線 AC、游標卡腳與圓錐孔圓錐面的切線 BD。主尺和游標尺上的定位面就是圖 1 所示的定位面。將 A、B 附近的測量面鏤空，即可避開 A、B 處的毛刺，完成對圓錐孔大圓端面直徑的測量。另外，測的圓錐孔大、小端面直徑后，再測得圓錐孔長度，通過簡單的數(shù)AC主卡腳與圓錐孔切線BD游標卡腳與圓錐孔切線圖 1 測量裝置原理圖學計算即可得到圓錐孔的錐度。2.2 裝置的結構裝置的結構如下圖 2 所示，測量裝置的結構主要有主尺部件、游標部件和數(shù)顯裝置等幾部分組成。1主測量尺；2主測量尺半圓蓋；3主測量尺弧形墊片；4主測量尺不完全鉸鏈固定螺栓；5主測量卡腳；6主測量尺半圓蓋

26、固定螺栓；1主測量尺；2主測量尺半圓蓋；3主測量尺弧形墊片；4主測量尺不完全鉸鏈固定螺栓；5主測量卡腳；6主測量尺半圓蓋固定螺栓；7游標測量尺；8游標測量尺半圓蓋；9游標測量尺卡腳；10游標測量尺弧形墊片；11游標測量尺半圓蓋固定螺栓；12游標測量尺不完全鉸鏈固定螺栓；13游標體；14開啟清零按鈕；15 數(shù)顯關閉按鈕；16數(shù)顯客體；17數(shù)顯鎖緊螺釘；18主尺體；19磁尺；20限位擋片； K指主、游標測量卡腳工作面，分別與圖 1 中的直線 AC、BD 對應 L指向主測量尺和游標測量尺的定位面，與圖 1 所標出的定位面對應圖 2 圓錐孔大圓端面直徑測量裝置主尺部件包括主測量尺 1、主測量尺半圓蓋

27、2、主測量尺弧形墊片 3、主測量尺不完全鉸鏈固定螺栓 4、主測量卡腳 5、主測量尺半圓蓋固定螺栓 6 和主尺體 18 等。主尺體和主測量尺之間通過螺栓固定連接（必須保證在連接固定時主尺體和主測量尺工作面垂直） ；主測量尺和主測量尺卡腳之間通過不完全鉸鏈連接（必須保證主測量尺工作面和不完全鉸鏈中心線共面） ；主測量尺卡腳工作面K（直線 AC）通過不完全鉸鏈中心線；主測量尺上設計有定位面 L（定位面） ，定位面也通過不完全鉸鏈中心線，則不完全鉸鏈的中心線相當于 MN。游標部件組包括游標測量尺 7、游標測量尺半圓蓋 8、游標測量尺卡腳 9、游標測量尺弧形墊片 10、游標測量尺半圓蓋固定螺栓 11、游

28、標測量尺不完全鉸鏈固定螺栓 12 和游標體 13 等。游標體和游標測量尺之間通過螺栓固定連接（必須保證游標體工作側面和游標測量尺定位工作面垂直） ，游標測量尺和游標測量卡腳之間通過不完全鉸鏈連接，游標測量卡腳的工作面 K（直線 BD）通過鉸鏈中心線；游標測量尺上設計有定位面 L（定位面） ，定位面也通過鉸鏈中心線，則不完全鉸鏈的中心線相當于 PQ。在加工裝配時，必須保證主測量尺定位面和游標測量尺定位面共面，主測量尺不完全鉸鏈中心線和主測量尺定位面共面，游標測量尺不完全鉸鏈中心線和游標測量尺定位面共面，且主測量尺不完全鉸鏈中心線和游標測量尺不完全鉸鏈中心線相互平行。3 裝置的測量范圍分析裝置的測

29、量范圍分析3.1 最小測量直徑的確定最小測量直徑的確定最小測量直徑 dmin確定：量具上不完全鉸鏈的中心距就是所測圓錐孔大圓端面直徑。若測量端面直徑過小，在移動游標體時會出現(xiàn)圖 3 所示的情況，造成游標測量尺和主測量尺相撞，故圖 3 所示的情況即為所設計的測量裝置所能測量最小直徑的情況。在設計時，取主測量尺不完全鉸鏈中心線與主測量尺右側相距 10mm（參考圖 3） ，游標測量尺不完全鉸鏈中心線與游標尺左側相距10mm（參考圖 3） 。因此不完全鉸鏈中心線間的最小距離為 20mm，所以取最小測量直徑為 20mm。3.2 最大測量直徑的確定最大測量直徑的確定最大測量直徑 dmax的確定：量具上不完

30、全鉸鏈的中心距就是所測圓錐孔大圓端面直徑。由對圓錐孔大圓端面測量裝置的工作原理分析知，在理論上所設計的測量裝置能夠測量無限大的圓錐孔端面直徑。但是由于主尺體的厚度只有3mm（參考圖 5 主尺） ，而游標部件和數(shù)顯裝置的零件較多（參考圖 6 游標部件和數(shù)顯裝置組合體） ，相對其質量也較大，當測量直徑過大時，容易造成主尺體產生彎曲變形，而造成較大的測量誤差，不能滿足應有的測量精度，故測量直徑不能過大。由于本設計設計任務為：最大測量直徑 150mm。因此本測量裝置的最大測量直徑取 150mm，所設計的磁尺如圖 4 所示。測量裝置測量圓錐孔大端圓孔直徑的范圍定為：20mmd150mm。圖 5 主尺圖

31、4 磁尺圖 6 游標部件和數(shù)顯裝置的組合體3.3 可測圓錐孔的錐度確定可測圓錐孔的錐度確定 圖 7 測量卡腳的二維模型由相關的設計參數(shù)來確定測量裝置能測量的最大圓錐孔錐度L 為卡腳的長度H 為卡腳的寬度A 角為卡腳能工作的范圍卡腳上螺紋孔中心線與卡腳右側工作刀形面（即為 AC、BD）共線圖 8 測量卡腳的三維模型由圖示可知圓弧環(huán)的中心線即為不完全鉸鏈的中心線；圖示右側的刀面即為測量時與錐孔相切的工作面（AC、BD）并且必須保證此工作面與卡腳頭部用于固定的螺紋孔中心線共線圖示所示的 a 角為此測量裝置所能測量的最大錐度，當所測量的圓錐孔錐度大于a 角時會由于卡腳相撞而無法測量，故所測量圓錐孔錐度

32、需小于或等于角 a圖 9 為可測圓錐孔最大錐度的工作情況有圖 7、8、9 可知，在測量圓錐孔大端面圓直徑時，有兩個原因限制了測量錐度。原因分別為：（1）隨著測量圓錐孔的錐度的增大，兩測量卡腳分別繞著各自的不完全鉸鏈中心線向內旋轉，可能會造成兩測量卡腳的頭部面分別與主測量尺和游標測量尺上的定位面發(fā)生干涉；（2）隨著測量圓錐孔的錐度的增大，兩測量卡腳向內側靠近，兩卡腳的背面（圖示 9 所示的非工作面）可能相撞而無法繼續(xù)測量。 本設計要求的最大測量錐度為 120，故測量卡腳在測量時允許的旋轉角度需 a60。故由圖 7 可知欲達到最大測量錐度的要求，需 r30。由圖 9 的測量模擬可知，當所測的圓錐孔

33、錐度相等時，圓錐孔大圓端面直徑愈小愈容易發(fā)生如圖 9 所示的相撞情況。故只要在所能測量的圓錐孔端面直徑最小的情況小，能滿足錐度要求，測所設計的測量裝置就滿足錐度要求。所以取測量圓錐孔大圓端面的直徑為 20mm，測量圓錐孔的錐度為 120的情況進行分析。圖 10 由測量錐度確定卡腳的主要尺寸 由圖 10 可知在測量直徑為 d=20mm 和測量錐度為 a=120的情況下，當測量卡腳寬度 H=3mm 時，卡腳的長度 L=9.81mm。又有圖 10 中的幾何關系可知，在卡腳寬度一定的情況下，卡腳長度愈小愈容易保障最大的測量錐度；在卡腳長度一定的情況下，卡腳的寬度愈小愈容易滿足最大的測量錐度。在此測量裝

34、置中，卡腳的寬度和長度分別取 H=3mm、L=9mm。由圖 10 可知此測量裝置能滿足設計所規(guī)定的要求（最大測量錐度為 a=120） 。4 裝置的結構設計裝置的結構設計4.1 卡腳結構設計卡腳結構設計卡腳結構的二維模型如圖 7 所示，卡腳結構的三維模型如圖 8 所示。在對測量裝置圓錐孔的錐度確定中，已經(jīng)確定了卡腳的寬度、卡腳的長度和卡腳頭部的相關尺寸。參考圖 1 測量裝置的工作原理，可知測量卡腳的工作面（AC、BD）與圓錐孔錐面相切，且必須保證兩測量工作面相對（共面） ，測量卡腳工作面和相對應的不完全鉸鏈中心線垂直相交。所以在設計卡腳結構時把卡腳的工作面（圖8 卡腳右側面）設計成刀形，并且保證

35、所設計的卡腳刀形工作面和不完全鉸鏈中心線共面，從而滿足設計原理的要求。4.2 不完全鉸鏈結構設計不完全鉸鏈結構設計有測量裝置圖 2 可知，不完全鉸鏈的主要作用是保證卡腳繞著規(guī)定的中心線（圖 1 中的直線 MN、PQ）旋轉。1測量尺；2測量尺半圓形蓋；3測量尺弧形墊片；4測量尺不完全鉸鏈固定螺栓；5測量尺卡腳；6測量尺半圓形蓋固定螺栓圖 11 不完全鉸鏈、卡腳和測量尺的組合結構圖對測量原理的分析知，不完全鉸鏈的中心線和卡腳的刀形工作面垂直相交，因此在不完全鉸鏈固定中，測量尺不完全鉸鏈固定螺栓（圖 11 所示的零件 4）的軸線和測量卡腳的刀形工作面共線（如圖 11 所示） 。為了保證不完全鉸鏈中心

36、線和測量尺定位面共面，在設計時采用弧形墊片（圖 11 所示的零件 3）來調節(jié)控制使測量裝置中的不完全鉸鏈中心線和定位面共面。測量時，卡腳和不完全鉸鏈作為一體以不完全鉸鏈中心線為中心線做圓周運動（如圖 11 所示） 。4.3 定位機構設計定位機構設計 圖 12 中的 L 面即為所設計的定位面，定位面距不完全鉸鏈中心線有一定的距離，這樣在測量時，會不受被測圓錐孔端面圓周處倒角和毛刺的影響，從而保證了測量精度。另一方面，在設計定位面時，盡量減小定位面，否則在測量時，容易受到被測圓錐孔端面的平面度的影響，而造成較大的測量誤差。綜合以上因素，設計出的定位面如圖 12 中的 L 面。4.4 數(shù)顯系統(tǒng)選擇數(shù)

37、顯系統(tǒng)選擇直線位移傳感器有光學式、激光式、超聲式、光柵式等多種。容柵式位移傳感器1112是一種高精度的數(shù)字式傳感器，與其它大位移傳感器（如光柵、感應同步器、磁柵）相比，具有體積小、造價低、環(huán)境適應能力強、易于屏蔽、L測量裝置的定位面圖 12 測量裝置定位面能耗小、精度可達到 0.001mm，并且具有量程大、無溫漂、時漂等特點?？紤]到生產現(xiàn)場的使用條件，本測量裝置數(shù)顯裝置選用容柵式位移傳感器，并配以大規(guī)模集成電路和液晶顯示裝置。 設計的數(shù)顯系統(tǒng)如圖 13 所示：1緊固螺釘；2數(shù)顯客體；3液晶顯示器；4數(shù)顯關閉按鈕；5清零按鈕圖 13 數(shù)顯裝置5 裝置測量精度的分析裝置測量精度的分析本測量裝置為普

38、通量具，其制造精度可選 IT4IT5，影響量具測量精度的主要因素有：主測量尺不完全鉸鏈中心線與主測量尺體定位面不共面（設位置誤差為 1） ；主測量尺卡腳不完全鉸鏈中心線與主測量尺卡腳工作面不共面（設位置誤差為 2） ；游標測量尺不完全鉸鏈中心線與游標測量尺體定位面不共面（設位置誤差為 3） ；游標測量尺卡腳不完全鉸鏈中心線與游標測量尺卡腳工作面不共面（設位置誤差為 4） ；主測量尺不完全鉸鏈中心線與主尺體導向面間的垂直度 5；游標測量尺不完全鉸鏈中心線與游標體滑槽導向面間的垂直度 6；主測量卡腳工作面（AC）和游標測量卡腳工作面（BD）的不共面（設位置誤差為 7）等。其中不完全鉸鏈中心線和主測

39、量尺、游標測量尺內的半圓形孔的中心線重合，主測量尺和主尺體由螺栓固定連接，游標測量尺和游標體也由螺栓固定連接，加工安裝后，主測量尺內的半圓孔的中心線和主尺體導向面的垂直度將固定不變，游標測量尺內的半圓孔中心線和游標體導向面的垂直度也將固定不變，所以 5、6的影響為常值系統(tǒng)誤差，可通過校核量具消除；由于卡腳工作面的特殊刀形結構，在測量時，時刻保證和圓錐孔內錐面相切，并且兩卡腳相距最遠（即兩卡腳的工作面過圓錐孔大端直徑的兩端點） ，所以 7不影響測量精度（前提測量卡腳的刀形工作面應做的盡可能的尖） ；1、2的影響和3、4的影響相似，故一下重點討論 1、2的影響。5.1 主測量尺不完全鉸鏈中心線與主

40、測量尺定位面不共面（誤差為主測量尺不完全鉸鏈中心線與主測量尺定位面不共面（誤差為 1）對測量）對測量精度的影響。精度的影響。如圖 14，設主測量尺不完全鉸鏈中心線比主測量尺定位面高 1，由圖可見測量誤差 r1 為r1=1 tan圖 14 誤差為 1測量精度的影響圖 15 誤差為 2對測量精度的影響5.2 主測量尺卡腳不完全鉸鏈中心線與主測量卡腳工作面不共面（誤差為主測量尺卡腳不完全鉸鏈中心線與主測量卡腳工作面不共面（誤差為 2）對）對測量精度的影響測量精度的影響如圖 15，設主測量尺卡腳工作面與不完全鉸鏈中心線偏移 2，由圖可見測量誤差 r2 為r2= 2 /cos3、4的影響和 1、2的影響

41、相似，同時考慮到誤差的方向和隨機性，總的測量誤差為r = 4*43*32*21*1rrrrrrrr = (1 tan)2 + (2 /cos)2 + (3 tan)2 + (4 /cos)2若主測量尺與游標測量尺按同樣精度等級制造，即 1 = 2 = 3 =4，則有r = / cos2 + 2sin2測量誤差 r 與被測圓錐孔錐度的關系如表 1 所示。顯然：測量誤差 r 與被測圓錐孔錐度有關，錐度越大，則測量誤差越大。表 1 錐度 與 r 的關系 ( )10203040506070R 1.461.751.832.22.73.745.675.3 改善和提高裝置測量精度的措施改善和提高裝置測量精度

42、的措施改善和提高精度的方法，大致可概括為以下幾種：減小原始誤差法、補償原始誤差法、轉移原始誤差法、均分原始誤差法、均化原始誤差法、“就地加工”法。（1）減少原始誤差這種方法是生產中應用較廣的一種基本方法。它是在查明產生加工誤差的主要因素之后，設法消除或減少這些因素。例如細長軸的車削，現(xiàn)在采用了大走刀反向車削法，基本消除了軸向切削力引起的彎曲變形。若輔之以彈簧頂尖，則可進一步消除熱變形引起的熱伸長的影響。（2）補償原始誤差誤差補償法，是人為地造出一種新的誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中的原始誤差。當原始誤差是負值時人為的誤差就取正值，反之，取負值，并盡量使兩者大小相等；或者利用一種原始誤差去抵消另一種

43、原始誤差，也是盡量使兩者大小相等，方向相反，從而達到減少加工誤差，提高加工精度的目的。（3）轉移原始誤差誤差轉移法實質上是轉移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等。誤差轉移法的實例很多。如當機床精度達不到零件加工要求時，常常不是一味提高機床精度，而是從工藝上或夾具上想辦法，創(chuàng)造條件，使機床的幾何誤差轉移到不影響加工精度的方面去。如磨削主軸錐孔保證其和軸頸的同軸度，不是靠機床主軸的回轉精度來保證，而是靠夾具保證。當機床主軸與工件之間用浮動聯(lián)接以后，機床主軸的原始誤差就被轉移掉了。（4）均分原始誤差在加工中，由于毛坯或上道工序誤差（以下統(tǒng)稱“原始誤差”）的存在，往往造成本工序的加工誤差，或者由于

44、工件材料性能改變，或者上道工序的工藝改變（如毛坯精化后，把原來的切削加工工序取消），引起原始誤差發(fā)生較大的變化，這種原始誤差的變化，對本工序的影響主要有兩種情況：1） 誤差復映，引起本工序誤差；2） 定位誤差擴大，引起本工序誤差。解決這個問題，最好是采用分組調整均分誤差的辦法。這種辦法的實質就是把原始誤差按其大小均分為 n 組，每組毛坯誤差范圍就縮小為原來的 1/n，然后按各組分別調整加工。（5）均化原始誤差對配合精度要求很高的軸和孔，常采用研磨工藝。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相對運動過程中對工件進行微量切削，高點逐漸被磨掉（當然，模具也被工件磨去一部分）最終使工件達到很高的

45、精度。這種表面間的摩擦和磨損的過程，就是誤差不斷減少的過程。這就是誤差均化法。它的實質就是利用有密切聯(lián)系的表面相互比較，相互檢查從對比中找出差異，然后進行相互修正或互為基準加工，使工件被加工表面的誤差不斷縮小和均。在生產中，許多精密基準件（如平板、直尺、角度規(guī)、端齒分度盤等）都是利用誤差均化法加工出來的。（6）就地加工法在加工和裝配中有些精度問題，牽涉到零件或部件間的相互關系，相當復雜，如果一味地提高零、部件本身精度，有時不僅困難，甚至不可能，若采用就地加工法（也稱自身加工修配法）的方法，就可能很方便地解決看起來非常困難的精度問題。就地加工法在機械零件加工中常用來作為保證零件加工精度的有效措施。根據(jù)以上原則，可分析本裝置的改善措施如下：1）要注意控制不完全鉸鏈中心線與主測量尺、游標測量尺定位面的共面誤差 1、3和不完全鉸鏈中心線與主測量尺卡腳、游標測量尺卡腳工作面的共面誤差 2、4，以減小測量誤差。2）主測量尺和游標測量尺上的定位面不宜過寬和過長，且在不完全鉸鏈中心線附近的定位面應切出凹槽。過寬將會與圓錐孔端面凸臺發(fā)生干涉，使卡腳工作面無法貼合在圓錐孔錐面上。本量具定位面越過不完全鉸鏈中心線10mm，故測量圓錐孔端面的凸臺距離圓孔的尺寸不得小于 10 mm；過長則會限制測量裝置的測量范圍。制造時在定位面上切出半圓形凹槽（如圖 12 所示）是為了避免定位面與圓錐孔端面