毕业设计(论文)卧式光学计工作台结构设计及研究.doc
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1、摘 要本文主要介绍了卧式光学计工作台的基本设计原理。在互换性与测量技术基础实验室中的卧式测长仪的基础上,提出了卧式光学计工作台的设计方案。卧式光学计是工厂计量室、检定站、制造加工精密零件常用的光学计量仪器。本仪器一般是用标准器(如量块)以比较法测量被测量件的外形尺寸。它可对五等量块,圆柱形、球形、线形以及平行平面状的精密量具和零件的外形尺寸作精密测量;仪器头部还可以作为一个独立部件,利用头部数显输出接口同计算机联网,用于科研,生产过程控制及在线性检测等方面精密测量和控制。仪器备有固定式工作台和多种规格测量帽,以适应各种测量需要。卧式光学计集“光、机、电”于一体,微机化、智能化程度较强,性能可靠
2、,操作方便,将广泛地应用与生产、生活的实际中。关键词:精密测量 光学计 工作台ABSTRACT This article mainly introduced basic design principle of operation platform of Horizontal Optical Comparator. On the basis of horizontal comparator in the Interchangeableness and Precise Measurement laboratory, I put forth concept of operation platform
3、 of Horizontal Optical Comparator. As optic-electrical measurement instrument, Horizontal Optical Comparator r is widely used in the factory measuring room, the examination station, the manufacture processing precise components. Generally, this instrument measures the external dimensions with the st
4、andard components by comparison. It may precisely measure external dimensions of the fifth-class gage blocks, cylinder, sphere, linear and precision measuring instruments and components of parallel planes shape; after linked with the computer, head of the instrument may be used in processing control
5、 and real-time measurement. The instrument has fixed operation platform to meet various needs.Keywords: Digital Library Digital Construction Status Problem Development Strategy Prospects目 录第一章 绪 论11.1引言11.2光学计概述11.3常见两种光学计的结构特点41.4 卧式光学计结构特点4第二章 光学计的测量原理及相关参数52.1 光学计的原理光路52.1.1 立式光学计的原理光路52.1.2 卧式光学
6、计的原理光路62.2 仪器的性能指标72.2.1 卧式光学计管的主要数据72.2.2 卧式光学计管的相关技术参数7第三章 卧式光学计总体结构83.1 卧式光学计总体结构83.2 仪器的调整和安装123.3 仪器的维护与保养14第四章 卧式光学计工作台的设计154.1 工作台导轨设计164.2 卧式光学计工作台位移机构设计194.2.1 螺旋传动部分194.2.2 螺旋传动的分类204.2.3 各种螺旋传动的特点及型式204.2.4 螺旋传动的设计224.3 齿轮传动部分224.3.1斜齿圆柱齿轮的基本参数234.3.2 斜齿圆柱齿轮几何尺寸的计算234.4 齿条的参数选择与基本尺寸计算244.
7、4.1 齿轮齿条的正确啮合条件244.4.2 斜齿条的基本参数与几何尺寸24第五章 精度分析25结 论27致 谢28参考文献29第一章 绪 论 1.1引言 先进技术的发展日新月异,精密测量技术应该适应这种发展。精密测量的作用是为先进制造业服务,担负起质量技术保证的重任。这就要求首先要以提高产品的质量为出发点,这也是要达到的最重要的目的其次是精密测试技术要提高产品的生产效益。因此,检测方法要能适应快速发展生产的要求,不能单纯为了检测而检测,更不能因为检测的要求而影响生产的效益,从更积极的角度出发,应该是由于精密测量技术的良好服务从而促进生产能力的提高。现代计量测试仪器的最主要特点便是智能化,即智
8、能检测。所谓智能检测,应当包含采样、检验、故障诊断、信息处理和决策输出等多种内容,具有比传统的“测量”远远丰富的范畴,是检测设备采用现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术和模仿人类专家信息综合处理能力的结晶。随着高精度、高速、自动化测量要求的出现和不断提高,很多新的理论引入到测量仪器中,出现了集“光、机、电”一体化设计的卧式光学计。 1.2光学计概述光学比较仪也简称光学计,主要用于相对测量;测量前用量块对零位;而被测尺寸和量块尺寸的差值在仪器的刻度上读得;它分为立式、卧式、以及影屏读数式。光学计可用于测量圆柱形,球形等工件的直径或板形工件的厚度检定五等精度的量块以及各种量规等。光学计
9、由光管和支架等组成,光管可从仪器上取下,装在其他支架上,做精密测量用。卧式光学计的主要用途是: 卧式光学计是精密光学机械长度的计量仪器。它是利用标准量块与被测件相比较的方法来测量被测件外形微差尺寸,同时利用仪器所带的内测装置进行内尺寸的比较测量,是工厂计量室、检定站、制造工具、量具或加工精密零件的车间所常用的光学计量仪器1。目前,实验室中常见的光学计有两种,分为立式和卧式两种形式,两种仪器的主要技术数据及其性能指标各有特色,具体详见表1-1,表1-2,表1-1主 要 技 术 数 据 主要技术数据(立、卧式光学计)光 较 管传动放大比80目镜放大倍数12总放大倍数960分度值示值范围零位调节器调
10、节范围测量力光较管外径配合尺寸臂架与光较管配合的孔尺寸测杆与测帽内径配合的外径尺寸测帽内径配合尺寸测量范围立式卧 式导轴式导轨式长度018003500500外径(直立的工件015002250225内径13.515013.5200仪器外径尺寸340160405600400340950330480表1-2主 要 精 度 指 标m序号项 目要 求1光较仪管的示值稳定性0.12光较仪管的示值误差0.253光较仪管圆柱的直线度不大于0.44立式光较仪立柱和光较管圆柱母线的直线度不大于0.45立式光较仪工作台平面与测帽平面间的平行度不大于0.36立式光较仪工作台工作表面的平面度(只允许凸出)17卧式光较仪
11、调整部件引起的示值稳定性0.38卧式光较仪工作台引起的示值变化0.29卧式光较仪用内测钩附件时的示值稳定性0.510卧式光较仪导轴或导轨的直线度 1.3常见两种光学计的结构特点 立式光学计和卧式光学计两种仪器的结构特点不相同,两种光学计的外形图分别见图1.1,3.1所示 图1.1 立式光学计外形1-底座;2-粗动螺母;3-横臂;4-螺钉;5-立柱;6-光学计管;7-偏心手轮; 8-螺钉;9-测杆提升杠杆;10-测杆;11-工作台;12-微调螺钉 1.4 卧式光学计结构特点 卧式光学计的总体结构主要有基座,光学计管、工作台、投影灯、尾管及测量轴部件,详见第二章结构设计。 第二章 光学计的测量原理
12、及相关参数 2.1 光学计的原理光路 2.1.1 立式光学计的原理光路立式光学计的原理光路及特点见图2.1所示,图2.1 光学比较仪光管的结构原理1-进光反射镜 2-直角棱镜 3-物镜 4-反射镜 5-测杆 6-微调旋钮 7-分划8-目镜 在图示2.1中,平面反射镜由测杆组成正切机构,而平面反射镜与物镜到成象面 组成自准直光路;测杆移动 ,平面反射镜倾斜 ,入射与反射光线成 ,成象为 ,则放大比为:K=(较小时) (2.1) 设目镜放大倍数为 ,则光学计总放大倍数使光轴折转 ,分划板3的一侧有刻度 ,另一侧的对称面上有: (2.2) 2.1.2 卧式光学计的原理光路 卧式光学计所用的光较仪管与
13、立式光学计的相同,卧式光学计有导轴式和导轨式两种,安装光较仪管的支臂、尾管的支臂,都可在导轴上或导轨上移动;图2.4所示的为导轴式工作台可实现的五个自由度的运动。除用于测量外尺寸,也可用内测钩测内尺寸,用三针法测螺纹中径等。若更换长导轴,经改进后可扩大其测量范围6。 卧式光学计的原理光路及特点见图2.2所示,图2.2 卧式光学计的原理光路1-白炽灯 2-聚光镜 3-棱镜 4-分划板 5、10、11、12-反射镜 6-物镜 7-固定反射镜 8-动镜 9-投影物镜 10-影屏利用光学杠杆和自准直平行光管原理,同时利用光线多次反射放大原理;见图2.2a,测杆上移h ,故短臂与动镜转角为,由于成象光束
14、在动镜正反射次数为n,故反射成象光束偏摆角为2n;若投影系统将刻尺的自准直象成在读数屏上放大v倍,则屏上刻尺象距将是故总放大比:K=(f物镜焦距) (2.3) 如果用目镜读数则: (2.4)比较仪放大了倍,一般,分度值为0.2与0.1m 2.2 仪器的性能指标 2.2.1 卧式光学计管的主要数据(一) 主要数据(1) 卧式光学计的总放大倍数 1650倍(2) 物镜的放大倍数 18.75倍(3) 读数放大镜倍数 1.1倍(4) 光学机械放大倍数 80倍(5) 分划板分划值 0.001mm(6) 分划板分划范围 0.1mm(7) 测量压力 20.2N (8) 另外调节范围 0.01mm(9) 卧式
15、光学计管外径配合尺寸 28(10) 测量轴柱与测帽内径配合的外径尺寸 6(二) 测帽内径配合尺寸 6(三) 尾座与卧式光学计管配合的孔径 288 2.2.2 卧式光学计管的相关技术参数(一)外尺寸 0500 mm 内尺寸 13.5300 mm 使用大测钩 26.5200 mm 使用小测钩 13.526.5 mm (二)工作台活动范围工作台垂直升程 不小于 100mm工作台横向移动范围 不小于 25mm工作台测微鼓分度值 0.01工作台荷重 不小于 10kg(三)尾管微动行程范围 不小于 1.5(四)仪器的外形尺寸:长宽高 1000370620m第三章 卧式光学计总体结构3.1 卧式光学计总体结
16、构 卧式光学计总体结构主要有基座,光学计管、工作台、投影灯、尾管及测量轴部件等组成。总体结构见图3.1所示,图3.1 卧式光学计总体结构1-底座 2-工作台 3、4-手轮 5-测微鼓 6、7、8-手柄 9、11-灯座 10-电源插座 12-连接插座 13-开关 14-调平螺钉 15-壳体16-测量管 17-微动螺钉 18-投影灯 19-尾管座 20-尾管 21-固定旋扭 22、23、24-微调螺丝 25-光学计座 26-水准仪(一)底座 底座1是以承受和安放仪器的主要部件和各个附属设备的部分,在底座的左侧内装有电气设备,在电气设备的盖板上有一只可调换的0.5A玻璃管保险丝;在底座的右侧内部,有
17、一个为了保证工作台在承受不同重量的工件时,仍能同样轻易的作升降运动的平衡装置,平衡装置的操纵是通过在底座左侧墙面的手轮3来进行。 在底座背面还有四个插座9、10、11、12、10为输入电源插座,9为15照明灯插座,11为照明灯插座,12为电眼设备插座,本仪器只用输入电源插座和照明灯插座(其余两个插座用户如买上插座,可当投影电能测长仪使用)。 在底座正面的左侧有一开关13,在仪器接通输入电源时,用以开启和关闭电路。本仪器装有控制照明灯用的时间继电器,当照明灯开到一定时间,它会自动切断照明灯灯源,若你还需继续测量,请再按13中间按钮。 在底座的下面有三个调平螺钉14,借助这三只调平螺钉和水准仪26
18、可将底座调至水平。(二)工作台 工作台2为卧式光学计的主要部件,具体结构详见第四章工作台结构设计。4是用来调整工作台升降用的操纵手轮,升降范围大于,升降的数值可从划分筒读出。其他方向调整详见第四章。(三)光学计管 光学计管是由壳体15及测量管16两部分组成的,壳体15内装有隔热玻璃,分划板,反射棱镜,物镜,反光镜,屏及放大镜等光学另件,在壳体的右侧装有调节另位的微动螺钉17,转动微动螺钉17可使分划板得到一个微小的移动而使投影屏上的刻线象迅速对准另位。 测量管16是装在光学计座25上的相应孔中,并能用旋手紧固之。光学计座可以在基座的导轨上滑动,并能用旋手固紧在任何位置。在测量管16内装有准直物
19、镜,平面反光镜及光学机械放大系统的测量杆,测帽装在测量杆上,测量杆左右移动时,测量杆上端的钢珠顶动平面反光镜,使平面反光镜座以杠杆垫板上的另外二颗钢珠为摆动轴,而倾斜一个角,而平面反光镜座与测量杆是由二个抗拉弹簧牵制,对被测件保持一定的压力。 在测量管16的顶部,即露在外的测轴上可以套上各种带有硬质合金头的测帽,测帽的拨动(即测轴的移动)是借卧式侧头提升器来进行,它是套在光学计管的顶部上,并能用螺钉固紧之。 卧式光学计的测量是以比较测量为基础,利用量块或标准件与被测件相比较的方法来测定其微差尺寸,光学计管的作用原理如下: 由白炽灯泡发出的光线经过聚光镜(一)1,聚光镜(二)2和滤色片3,再通过
20、隔热玻璃4,照明分划板5的刻划面,再通过反射棱镜6,后射向准直物镜13,由于分划板5的刻划板面置于准直物镜13的焦平面上,所以成像光束通过准直物镜13后成为一束平行光入射于平面反光镜14上,根据自准直原理,分划板刻划线的相被平面反光镜14反射后,再经准直物镜18被反射棱镜6反射成像在投影物镜7的物平面上,然后再通过投影物镜7,直角棱镜8和反光镜9成像在投影屏10上,通过读数放大镜11,观察投影屏10上的刻线象见图3.2,图3.2 光学计管工作原理图1-聚光镜(一) 2-聚光镜(二) 3-滤色片 4-隔热玻璃 5-分划板 6-反射棱镜 7-物镜 8-直角棱镜 9-反光镜 10-屏 11-读数放大
21、镜 13-准直物镜 14-平面反光镜 尾管的顶端在测量过程中是起着固定支点的作用,当标准件和被测件间有微差尺寸S存在时,必然使测杆也移动S,由此反射镜就以O为支点摆动了角它们的关系式是: (3.1) 图3.3 光学杠杆传动比示意图 式中,为测杆至支点O的距离。现设自动物镜射出的垂直光线为MN,根据反射定律,当反射镜转动角时光线即被偏转了角2,M点因之转动至N,因为MN即为物镜的焦距,所以它们的关系式是:,所以,因此:光学杠杆的传动比:,由于角很小,可视作, 故得:假设物镜放大倍数为,读数放大镜的放大倍数为,则光学计的总放大倍数:令光学计的准直物镜焦距,倍倍,故:(倍) 由上式可知,当测量杆移动
22、一个微小的距离,经过1650倍的放大后,就相当于在投影屏上所看到的1.65的距离。(四)投影灯 投影灯18见图3.1安装在光学计管顶端支柱上,用投影灯固紧螺钉固紧在支柱上,其电源线插在基座上插座9中,灯泡所产生的热量是靠灯泡周围的散热片散发的,照明灯泡的功率为,投影灯下端装有滤色片组,如操作者不需要滤色片时,可将其滤色片组拧下来,即可获得白光照明。(五)尾管座及尾管 尾管座19见图3.1,是放在底座左侧的导轨上,并能在底座的导轨上滑动,可以用旋手固定在任何位置上。20是装在尾管座相应孔中,并能用旋手21固定,尾管的测头成为测量中的一个固定支点,旋转微调螺丝22时,可以使尾管测头作轴向微动,测头
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