机械设计毕业设计论文.doc

沙洲职业工学院毕业设计论文（综合实践报告）第1章 课题来源1.1 企业基本状况张家港冠联科技有限公司成立于2007年6月18日,是一家专业冶金设备工程、生产购销公司，目前是鞍钢重型机械有限责任公司西部机械厂的特约代理商,主要经营范围有: 冶金机械备件的加工制造、机械备件的再生修复、表面强化和热处理.鞍钢重型机械有限责任公司西部机械厂设备先进,质量、工艺上乘,在同行业中率先通过iso9002质量体系认证.主要产品有:从带宽500到4300各类轧机用轴承箱, 各类走行轮、抱闸轮、连铸辊、炉底辊等各类轮类、辊类产品，修复产品包括不同规格的连铸辊、辊道辊和大型轧辊的修复、超音速喷涂、碳化钨浸润高炉钟、斗和各种阀体、伞锥、布料溜槽的修复.产品已经销往鞍钢、宝钢、唐钢、凌钢、抚钢、本钢、太钢、济钢、日本前川株式会社等国内外市场.张家港冠联科技有限公司凭籍鞍钢重型机械有限责任公司西部机械厂的技术、生产和售后服务支撑，以“最大限度满足客户”为己任，秉着“信誉至上，诚信为本，服务为源，追求卓越”的立业理念，坚持公开平等，互惠互利，双赢发展的原则，竭诚为本地区各大冶金企业共筑成功合作平台，并真诚希望与各界人士携手合作，共创美好未来。图1-1 公司外景1.2 企业主导产品我公司现主要承接国内外大型轧钢厂零备件的生产加工，目前为西门子奥钢联，意大利达涅利，沙钢集团，鞍钢集团等大型企业大量提供轧钢机的零备件。以下是部分产品图片：图1-3 轴图1-2 vai轴承座图1-5 dcs轴承座图1-4 垫圈图1-7 小轴承图1-6 轴承座联接螺杆1.3 公司加工设备及检验设备1、加工设备表1-1 加工设备清单设备名称数 量型 号规 格卧式加工中心1kia kh50g/63g500*500龙门加工中心1htm-3225g2m*3.35m立式车床1stv125*10/5-nc1.2m数控坐标镗床1tk4163h立式铣床2x53k平面磨床1m7130h1m万能外圆磨床1me1432b普通车床15c6132a/1750电焊机2bx1-300数控车床5cak6150dj/890franc-oi-mate系统数控车床5ftc-20移动式万向摇钻2zw3725砂轮机4平面磨床1m7120a万能铣床1x6132a牛头刨床3b66524锯床12、检验设备表1-2 检测设备清单设备名称数 量型 号规 格三坐标测量机1global status500*600步洛维硬度机1hd-187.5方箱1200*200光洁度样板1d3-d12 7组平板1p1210750*1000深度千分尺10-100内径量表各3套10-18/18-35/35-50/50-160/160-250三点式内径千分尺1套20-50外径千分尺各4套0-300（每25mm分段）外径千分尺各2套300-800（每1000mm分段）游标卡尺200-200游标卡尺100-300游标卡尺10-600游标卡尺10-1000游标卡尺10-1500公法线千分尺175-100深度尺100-200高度尺（带表头）30-300两点式内测千分尺30-25两点式内测千分尺325-50两点式内测千分尺375-1001.4 本课题研究的意义1、压力释放盘压力释放盘用于压力释放阀设备（部件）中，该零件用于压力释放阀与变压器的联结，是将压力从变压器传至压力释放阀的重要零件。压力释放阀是用来保护油箱和容器变型或爆裂的装置。安装压力释放阀，就是在油箱压力升高到释放阀开启压力时，释放阀在2ms内迅速开启，使油箱的压力很快降低，比之安全气道又动作可靠、精确等优点。2、压力释放盘结构特点压力释放盘为一轴向切去部分壁面且其内周面与限位环外周面相适配的弧拱式罩子，设置在该罩子上端的顶盖和具有开口的环式卡座，所述卡座固定安装在罩子下部的内壁上，并且在防水罩安装到压力释放阀上时，所述卡座卡合在压力释放阀的六角螺母与限位环之间的圆周壁上。3、压力释放盘的逆向反求的意义通过对本课题的研究，能够掌握三坐标测量机进行点陈的测量，关应用机关软件进行处理，反求出实物的三维模型；通过cam软件进行处理生成后处理程序，并进行数控加工出实物，然后进行测量，得出反求结论，为以后的工作打下一个良好的基础。第2章 逆向工程的介绍2.1 逆向工程人类社会发展至今，已经历了几千年研究和探索，在各方面都积累丰厚的知识财富和科技成果，它是产品开发的基础，是人类的宝贵财富。但由于历史的局限，在没有计算机的时代，大多数遗产都是用模拟的方式记录的，在当今数字化时代，要快捷地利用这些知识和成果，实属不便。这就要求把大量的模拟信息转化为数字化的原型，以供以后产品开发所用。在机械产品方面，我们可以利用逆向工程的思想，用三坐标测量机来快速地完成转换。逆向工程主要是研究他人的系统或产品，发现其规律，以复制并超越现有产品或系统的过程。逆向工程不仅仅是对现实世界的模仿，更是对现实世界的改造，是一种超越。它所涉及的关键技术包括：三维实体几何形状数据采集、规则或大量离散数据处理、三维实体模型重建、产品加工等。例如：鼠标的逆向反求（如图十一）三维造型软件图2-1 鼠标的逆向反求由点云数据转换为曲面，进行修饰，再转换为2维图纸进行实际加工，通过cnc编程，自动形成加工路径，选择好刀具及切削用量即可。2.2 逆向工程所需设备逆向工程即仿制样品，那就要有相应的数据。数据采集是逆向工程的起点，是逆向工程的基本活动。众所周知，三坐标测量机是一种随着计算机、机床业的飞速发展而产生的高效高精度的测量仪器。它利用坐标测量的原理在计算机软件的控制和驱动下，完成对工件特征的采集。它还采用了先进传感技术、数字控制技术、计算机软件控制和处理技术，这使得三坐标测量机具有很高的数据采集和处理效率；它以精密的机械主体为基础，采用软件控制和补偿技术，再配以高精度的位置传感器，可实现很高的精度。基于上述三坐标的特性，它是逆向工程理想的数据采集器。global status 活动桥式三坐标测量机global status 活动桥式三坐标测量机由pcdmis接触式测量系统控制箱、操纵盒、气源等部分组成。接触式测量的行程为700700660mm；测量精度： tp20测头的测量精度可达2.5+4l/1000um（l为测量长度，单位为米）；被测工件最大重量可达250kg；hawk非接触测量最大扫描速度为100mm/s，采点速度为40点/s，扫描景深5mm，测头焦距50mm，重复性2um。pc-dmis通用测量软件pc-dmis是功能强大的cad功能的通用测量软件，为几何量测量的需要提供了完美的解决方案。从简单的箱体类工件一直到复杂的轮廓和曲面，pc-dmis软件使测量过程始终以高速、高效率和高精度进行。pc-dmis功能介绍：几何量及形位误差测量与评价；智能测量，该软件能自动识别测量特征，减少人机交互操作；通过标准协议（如iges、dxf、des、vda-fs、ascii等），与cad系统实现双向连接；可对轮廓类，薄壁类等特殊工件进行测量与分析；可直接读入理论数模，不需中间转换，不损失精度；可输出强大文字，图形分析报告；多视图显示功能；用不同的颜色显示误差曲线的分布；脱机编程，节省测量时间；仿真运行，保证编制程序的正确性，避免碰撞，减少损失。12.3 逆向工程过程中需要注意的事项1、 温度对测量的影响测量机是计量检测仪器，它的正常工作温度应该是 202。测量机的长度基准-光栅是按照20修正的，测量机也是在这个温度情况下装配调试的，当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。2、压力对测量机的影响在正常工作压力的前提下，气浮块的浮起间隙约610m，空气压力的波动会使气浮块的气浮间隙变化，影响测量重复性。气压严重不足时，会使气浮块不能充分浮起造成与导轨摩擦，轻者影响测量机运动状态和测量精度，重者会磨损导轨和气浮块,严重损坏测量机。z 轴采用气动平衡的测量机在气压严重不足的情况下会造成z 轴失衡下落的情况，非常危险。所以要尽量保证测量机工作压力的稳定。1.要选择合适的空压机，最好另有储气罐，使空压机工作寿命长，压力稳定。2.空压机的启动压力一定要大于工作压力。3.开机时，要先打开空压机，然后接通电源。3、 油和水对测量机的影响由于空压机对空气压缩的同时会把空气中的水分子和油分子压缩成水和油，而且空压机本身工作时也需要有润滑油对其机构进行润滑，也使得有一部分润滑油进入压缩空气。进入压缩空气的水和油会随着压缩空气进入到平衡气缸和气浮块。在测量机工作时水和油附着在导轨上，使导轨的直线度改变。当测量机不工作时管道中的油滴可能堵塞气浮块的气孔，使气浮块不能正常浮起，造成气浮块与导轨的摩擦，损坏测量机并使气管老化。管道中的水还会腐蚀气浮块和平衡气缸。虽然测量机配置有油水分离器或前置过滤器，但是如果进入管道的水和油太多，过滤器就会因饱和而无法过滤，使水和油能够进入测量机。为此必须采取前置过滤的方法，尽量争取在水和油进入测量机之前过滤掉。4、 影响旋转测座精度的因素旋转测座在校正多测头位置后，应该对多测头位置校正的准确性进行复核。方法是用校正后的测头位置测量标准球，观察这些测头位置所测量的球心坐标的偏差。如果偏差在重复性指标内，其测头校验的结果是正确的，否则需要重新校验。一般情况下，如果出现不同测头位置测出的标准球球心坐标偏差大的情况，要仔细检查测座、测头、测杆（测尖）、标准球的固定情况。5、 补偿文件的正确性补偿文件是使用双频激光干涉仪检测测量机位置度、直线度和角度误差后生成的补偿文件。测量软件是根据它来进行误差补偿的。往往有些操作员在安装测量机软件时忘记安装补偿文件或将备份文件丢失而造成测量机精度差和重新校验机器精度。所以操作员要保管好备份文件并且知道如何安装补偿文件。6、测头校正的正确性、准确性测头校正的目的是要校正出测杆（测尖）的红宝石球的直径，进行测量点测头修正，并得出不同测头位置的位置关系。在测头校正时产生的误差将全部加入到测量中去。所以在这个环节中要保证正确和准确。要注意以下几点：1) 保持标准球和测杆的清洁。2) 保证测座、测头、测杆、标准球固定牢靠。3) 输入正确的测杆长度和标准球直径。4) 根据形状误差和校正出的宝石球直径及重复性判断校正的准确性（加长杆长度不同校正后的宝石球直径会不同）。5) 要使用不同测头位置时，在校正完所有测头位置后，要通过测量标准球球心点坐标的方法检查校验精度。测头校验后保存的测头文件，在测头、测杆没有动的前提下可以调出使用。但测量精度比较高的情况下，建议重新校正测头。17、手动测量存在的问题1）、测量机在测量点的时候，通过测量机光栅记录的点坐标是测针宝石球中心的坐标，而我们需要测量的点坐标是宝石球与工件接触点的坐标，这两者相差一个宝石球的半径，由前者经计算得到后者的过程，我们称之为测头半径修正（或测头补偿），是由测量机软件来实现的。2）、测量机软件进行测头半径修正的一个必要条件是要知道被测点的法向方向，在cnc 测量（即自动测量）时，其法向方向是由程序给出的；而手动测量时只能根据测量的触测方向或后退方向，来判断其法向方向来进行测头半径修正。3）、在沿轴向方向测量点时，操纵杆比较容易掌握，法向方向比较容易判断而且比较准确；但是与轴向有一定角度尤其是空间点的测量时，由于操纵杆操作的协调性问题使测量和后退的方向不能完全是法向方向。因此当方向差的比较多时就会出现测头半径补偿方向错误的情况，即出现极大误差。所以手动测量时，尽量沿被测点的法向方向触测和后退。手动测量时测量机软件可以自动生成自学习程序，手动测量后可以用自学习程序自动测量一遍，可以得到更为准确的结果。4）、所有测量软件中对于测量点的测头半径修正都是沿机器或零件坐标系的轴向方向进行的，其原因就是因为点的方向矢量无法准确确定。测量复杂零件一定要建立零件坐标系，对于没有沿坐标轴向测量的测量点可以转化为测量面或线。8、坐标系的相关问题1）、在建立零件坐标系时，首先是确定工作平面，即找正，工作平面是z轴， x、y轴投影在工作平面上，建立一个三基面的坐标系。x、y零点可以是面与面的交点，这要看实际情况而定。2）、回转体零件建立坐标系时，可以使用基准轴线来找正第一适量方向。但是否是建立公共轴线，除非图纸有明确标注，否则要很慎重。如何建立基准轴线，无论使用三坐标还是圆度仪都是非常重要的。回转体零件建立坐标系时，可以不要采用321建立坐标系的方法，可以采用圆柱轴线、上平面等建立第一轴，利用点元素建立零点就行了。其余两轴利用机器坐标轴。坐标系的第一轴为了能够与第二轴垂直，一般采用平面，因为平面的法向矢量与平面肯定是垂直的。如果第一轴采用圆柱轴线定义，则同时确定了与其相垂直的坐标平面。建立（找正）第一轴必须用平面或轴线。3）、在建坐标系找正时，基准面的平面度不好，会对以后的评价产生影响。所以在对基准元素进行测量时应该充分考虑其准确性，对基准面而言，可以在面上多采点，这样就会使理论基准与实际基准最大限度地相吻合，从而减少了因基准面平面度不好而带来的评价误差。9、扫描的相关问题1）、测头补偿目前，在pcdmis当中，曲线的补偿是采用二维平面补偿法，即扫描曲线的测头半径补偿只能在某个平面内进行；该平面即是扫描对话框中，起始矢量剖面矢量控制；在使用曲线扫描时，必须注意该扫描的剖面的设置是否正确。图2-3 扫描说明图2-2 曲面采点对于曲面扫描，pcdmis采用类似多次样条的计算模型来计算每个扫描点的矢量补偿方向，因此，曲面扫描中每个点的补偿方向是根据相邻的点的坐标计算出来的；因此，在使用曲面扫描时，行数必须大于3行，才能保证测头补偿矢量的正确性；pcdmis也同时设置了取消测头补偿的选项，需要时，可以取消测头补偿，只输出测头球心坐标值，然后利用造型软件中的类似偏置的功能进行测头的再补偿。114322)、曲面的分区及边界点1为起始点；点2为方向点；点3为第一条扫描线的终止点；点4为边界的终止点；系统从点1到点2开始扫描；整个扫描所有的扫描线和第一条线平行；起始终止平面将由点3到4和点1到4创建。如图十三所示：图2-4 扫描轨迹二边界点的先后顺序，应在扫描前予以考虑，应该选择合适的边界点顺序，否则就会丢失片区；按照图十四的设置进行扫描，均可以完成扫描。按照图十五进行扫描，会出现数据丢失。图2-6 扫描轨迹三图2-5 扫描轨迹二第3章 压力释放盘的逆向反求3.1 压力释放盘的介绍1、压力释放盘的特点压力释放盘为一轴向切去部分壁面且其内周面与限位环外周面相适配的弧拱式罩子，设置在该罩子上端的顶盖和具有开口的环式卡座，所述卡座固定安装在罩子下部的内壁上，并且在防水罩安装到压力释放阀上时，所述卡座卡合在压力释放阀的六角螺母与限位环之间的圆周壁上。2、装配技术要求零件在腔体中上下往复运动，要求其外圆与腔壁较为紧密结合，此外内孔与限位环相配，故而要求外圆、内孔均有公差要求，且公差要求较高。同时由于工件要在腔壁内不断滑动，要求工件具有一定的耐磨性， 硬度+/-，粗糙度为.。另外，槽的深度受上部卡座影响，要求其公差只能为正，但又不能大很多，同时槽口应割出圆弧便于装配！3、压力释放盘的功能说明压力释放盘用于压力释放阀设备（部件）中，该零件用于压力释放阀与变压器的联结，是将压力从变压器传至压力释放阀的重要零件。压力释放阀是用来保护油箱和容器变型或爆裂的装置。安装压力释放阀，就是在油箱压力升高到释放阀开启压力时，释放阀在2ms内迅速开启，使油箱的压力很快降低，比之安全气道又动作可靠、精确等优点。3.2 工件装夹定位由于工件属于回转体类零件，为一次测量采集数据完毕，采用如图所示装夹方案：先将组件托盘用三只连接杆限制在工作台上，然后用四只20平面磁铁固定在托盘中央，将工件吸附在平面磁铁上，为保证工件后平面大致与x轴平行，用m8的螺杆限制y方向的移动和绕z轴转动。图3-1 工件装夹定位3.3 测头的选择及校验 测头定义及校验步骤：从“插入”下拉菜单中选“硬件定义”，进入“测头”选项如图十七所示； 在加亮当前的“测头文件” 方框中，键入新的文件名； 在测头说明窗口加亮“没有测头定义”选项，然后点击下拉菜单的箭头； 按测量机现有配置情况，在描述窗口中按 “测座至测杆”依次选择相应的配置。即probe ph10mq、convert 30mm to m8 thrd (paa1转接头)、probe tp20、tip 4 by 20mm (tip指测杆, 4指测杆直径, by指球型测杆, 20mm指测杆长度)。 选择添加角度，打开添加角度所需要的a、b角度(a角绕x轴旋转，范围0105，每格7.5；b角绕z轴旋转，范围-180+180，每格7.5，逆时针为正)，然后确定； 选择测量，打开测量测头对话框如图33所示，进行测头效验；设定测头参数：测量点数5，逼近/回退距离25mm，运动速度20%50%，测量速度2%5%，校验方式dcc(自动)方式，操作类型测尖校验，校验模式选取默认模式(触发测头)；定义标准球参数：按“添加工具”，打开添加工具对话框,输入工具名称，校验工具类型为球，输入柱测尖矢量，此矢量通过支撑杆的中心线，方向为通过标准球向外，若用一竖直向上的单球，则典型矢量方式为0，0，1。 在直径/长度方框里，输入标准球直径； 点击确认； 当所有选项均选择完毕，点击“测量”； pc-dmis将提问标准球位置是否被移动过，首次校验应回答“是”； 自动方式下，t1a0b0测头时pc-dmis要求在球的垂直方向测一点，测完此点后，pc-dmis将自动进行校验； 在测头校验完后，通过测头功能对话框中的“结果”按钮，可以打开结果对话框，显示了测头校验结果，判断校验精度。图3-2 测头选项3.4 坐标系的建立3-2-1法建立零件坐标系 “3”不在同一直线上的三个点能确定一个平面，利用此平面的法线矢量确定一个坐标轴方向找正；“2”两个点可确定一条直线，此直线可以围绕已确定的第一个轴向进行旋转，以次确定第二个轴向旋转；“1”一个点，用于确立坐标系某一轴向的原点；利用平面、直线、点分别确定三个轴向的零点“平移”；手动采点，获得特征圆1、圆2、平面1；在插入菜单中，坐标系下选择新建坐标系，用3-2-1法建立坐标系首先利用平面1找正z，然后利用圆1、圆2绕z轴关于z正旋转至y正；再平移原点至圆1。坐标系建立完成，建立如图十九所示坐标系： 图3-3 坐标系选项图3-4 坐标系的建立3.5 数据采集及处理1、自由曲面扫描曲面测量区域划分原则如下：1)尽量一次扫描完整张曲面，如果不能一次扫描完，应在同一曲面上尽量划分曲面形状特征类似，并尽量减少测量分块数目，以减少重复定位和重复建立测量坐标系的误差。2)测量区域划分应避免边界线跨越特征线。在逆向cad 建模过程中，一些局部曲线或曲面特征对曲面的形状和品质有关键性的影响。由逆向工程中特征定义不难看出，曲面特征是逆向cad 建模的关键要素，它对控制具有复杂曲面的形状具有极为重要的作用。在逆向工程曲面建模时嵌入棱线、脊线等特征线，对提高模型的精度、增加数据压缩比有相当重要的作用。因此测量区域划分应避免边界线跨越特征线，即与特征线相交，尤其是在过渡圆角处的曲面，最好将过渡面划分至一个测量区域内，以保证特征数据的完整性，防止同一特征的二次测量数据拼合错误造成特征变异、失真。3)测量区域内特征线的走向应尽可能一致。尽量使测量区域内拥有一个特征线走向，以保证扫描方向与测量区域内所有特征线走向保持近似垂直，以防造成细微特征数据的丢失。如果不能保证同一测量区域内特征线走向一致，就需要减小扫描间距或针对局部曲面特征进行数据补测，使测量数据能够完整反映所有曲面特征。4)表面孔域补凸后再进行测量。在反求cad 建模过程中，复杂曲面表面上的孔、槽等结构一般采用定义内边界的形式不进行扫描测量，而是利用通用cad 软件的曲面延伸功能对曲面进行切向延伸，然后再用裁剪功能将孔设计出。这种方法降低了测量效率，破坏了曲面数据的完整性，同时，由于复杂曲面延伸时，对跨界切矢非常敏感，因此很难保证延伸曲面的形状和精度。如果将曲面上的孔、槽等结构用石膏或其它材料补上再进行测量，则不需要定义内边界就可以对曲面进行整体扫描测量。这既提高了测量效率，又保证了曲面数据的完整性。在用这种方法测量的数据进行曲面造型时，只需在曲面造型完成后，去掉填充材料，测量内孔轮廓，再用通用cad 软件的裁剪功能对曲面进行裁剪即可，降低了曲面造型的难度和工作量，同时保证了反求cad 模型的精度。5)曲面片扫描路径尽量符合cad 软件的曲面重构方式。在重构模式下最终目的是为了获取被测曲面的cad 模型。结合常用cad 软件中的扫描法、骨架法、过渡法、回转法等曲面构造方式，在cad 软件中生成曲面的最常用的方法是通过曲线，因此在三坐标测量机测量时要使曲面扫描路径成“线”。 2观察实物特征并根据以上规定进行扫描路径的分析，经过分析有如下几种方案：图3-6 方案二图3-5 方案一扫描方向轨迹图3-7 方案三方案一：转台扫描法，如图二十，设置起始、方向及终止点，分数次扫描获得较密集的点（每次扫描都要设置回转轨迹），以便真实反映曲面的情况。（至少设置12次）方案二：放射路径扫描法，如图二十一 所示（至少扫描25次），由扫描出来的曲线构建曲面；方案三：片区扫描法，设置如图二十二的范围，分四次扫描即得整张曲面，设置间距步长应较小。讨论后使用方案三