目 录
第一章 绪论 ................................................. 2 1.1研究背景 ................................................. 2 1.2 圆柱度测量原理 ........................................... 2 1.3 常用的测量方法 ........................................... 3 1.3.1 两点法 ................................................. 3 1.3.2 三点法 ................................................. 3 1.3.3 坐标测量法 ............................................. 4 第二章 装置设计 ............................................. 5 2.1 机构确定 ................................................. 5 2.1机构数据设计 ............................................. 6 2.2.1 电机的选择 ............................................. 6 2.2.3 滚筒的设计 ............................................. 7 2.2.4 V型铁的设计 ........................................... 9 2.2.5 齿轮箱的设计 .......................................... 11 2.2.6 轴承，键，螺栓的选用 .................................. 11 2.2.7 底座的设计 ............................................ 12 第三章 数据及误差处理 ...................................... 12 3.1 数据处理 ................................................ 12 3.2 误差分析 ................................................ 13 第四章 总结 ................................................ 14 参考文献 ................................................... 15
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第一章 绪论
1.1研究背景
圆柱度误差的研究是在圆度误差研究的基础上发展起来的. 圆柱度误差的测量比圆度误差的测量要复杂一些. 圆柱度误差的测量是通过运用合适的数学模型从多个工件截面测量的数据综合考虑,最后得出工件的圆柱度误差值. 近年来,圆柱度误差的测量技术取得了相当大的进展,国内外均有圆柱度仪的生产. 目前,国内现有的各种检测工具与方法不能合理而经济地对大型精密零件进行准确在线测量. 同时,圆柱度仪的价格比较昂贵,对环境的要求比较高,这就了我国形位公差标准的顺利贯彻,影响了产品质量的进一步提高. 事实上,准确、及时地对产品质量进行在线检测监督已成为现代生产中的重要问题. 因此,研制一种性能价格比高、精确度也比较高的圆柱度误差测量仪已成为当务之急.
国外在形位误差的测量的研究方面,主要致力于高精度、高效率、万能性、符合误差定义的量仪的研制上. 如三坐标测量机,多坐标测量机等.美国北卡罗莱纳州立大学的精密度测量实验室专门从事坐标测量和表面测量的研究. 该实验室有大量的用于测量工件形状和粗糙度的仪器. 其中.
测量圆柱度误差的仪器分为接触式和非接触式两类. 前者包括Federal Formscan 3600 圆柱度仪、Mahr MFU7 圆柱度仪; 后者包括Tropel CM225光学圆柱度仪等. Taylor Hobson 公司生产的圆度仪上已配备了利用最小二乘原理设计的用截面法测量圆柱度误差的近似计算程序. 1.2 圆柱度测量原理
圆柱度（见形位公差）是圆柱体圆度和素线直线度的综合，因此圆柱度一般是在圆度仪上附加能沿被测圆柱体作轴向运动的精密直线导轨、电子计算机和相应的程序等来测量的。测量时，光学传感器的测头沿精密直线导轨测量被测圆柱体的若干横截面，也可沿被测圆柱面作螺旋运动取样。测得的半径差由电子计算机按最小条件确定圆柱度误差。在配有电子计算机和相应程序的三坐标测量机上利用坐标法也可测量圆柱度。测量时，光学传感器的测头沿被测圆柱体的横截面测出若干(取样)点的坐标值、，并按需要测量若干横截面，然后由电子计算机按最小条件确定圆柱度误差。此外,还可利用V形块和平板（带有径向定位用直角座）等分别测量具有奇数棱边和偶数棱边的圆柱体的形状误差（见圆度
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测量）,但这时V形块和平板的长度应大于被测圆柱体的全长。测量时，被测圆柱体在V形块内或带直角座的平板上回转一周,从测微仪读出一个横截面中最大和最小的示值，按需要测量若干横截面，然后取从各截面读得的所有示值中最大与最小示值差之半，作为被测圆柱体的圆柱度误差。
1.3 常用的测量方法
圆柱度误差是指被测实际圆柱面对其符合最小条件的理想圆柱表面的变动量, 以形成最小包容区域的两同心圆柱面的半径差计算。以往由于工厂里缺少测量手段, 测量圆柱度误差主要采用近似测量, 常用的有两点法、三点法、坐标测量法等。 1.3.1 两点法
按图1所示方法测出各给定横截面内零件回转一周过程指示表的最大示值与最小示值, 并以所有各被测截面示值中的最大值与最小值的一半作为圆柱度误差值。
图1两点法测量图
1.3.2 三点法
按图2所示方法测出各给定横截面内零件回转一周过程指示表的最大示值与最小示值的一半作为圆柱度误差值。
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图2三点法测量图
1.3.3 坐标测量法
按图3所示的方法, 通常是在三坐标测量机上按要求测量被测零件各横截面轮廓各测点的坐标值, 再利用相应的计算机软件计算圆柱度误差值。半径测量法是与理想圆柱比较的测量方法, 其种类较多, 常用的有螺旋线法、截面法。以上这几种方法由于受平台、V形铁等误差,难以准确评定精密圆柱形零件圆柱度误差值。现有的高精度三坐标测量机将零件的轮廓转化为离散的坐标点, 然后用计算机根据定义确定圆柱度误差。缺点:一是精度不高; 二是自动化程度不高。这些近似的测量方法不能完全满足于精密圆柱形零件的圆柱度测量。根据零件设计技术要求, 通过大量测试和各种测量方法的比较, 提高更可靠的测量精度, 总结、制定出科学合理的, 符合实际的测量程序。
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图3三坐标测量法
我们采用截面法，并用三点法的原理加以改进数据处理利用计算机软件进行，原理图如下
图4测量原理图
第二章 装置设计
2.1 机构确定
由于利用光学传感器回转测量时，平面四杆机构有急回运动，主要
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是采样的角度超过180o比较困难，所以采用被测件转动，光学传感器固定的方式来进行数据采样，但是由于V型槽安置工件无法回转运动，对上述原理进行更改，如下
图5V型铁改进图
这样通过带轮带动两个滚筒同向同速转动来实现被测管材的回转运动，实现一个完整圆周的数据采集,本设计旨在测量直径在20cm-40cm厚度在5mm-20mm的金属管材圆柱度，设定滚筒直径为5cm，这样设定被测件转速为2r/min，这样滚筒转速在4r/min。减速装置选用蜗轮蜗杆装置，传动主要使用带轮传动 2.1机构数据设计 2.2.1 电机的选择
由于测量时对转速要求低，所以本设计采用无级变速电机型号为MBW7-Y0.75-2C-B3功率为0.75KW,转速范围为8~40r/min. 2.2.2 齿轮的设计 (1)选用直齿圆柱齿轮。
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(2)齿轮材料的设计由于电机转速不高，且被测件的重量不大（样品），但由于对圆柱度精度的保证，选用6级精度。
(3)依《机械设计》可用调质45钢（强度极限为650MP，屈服极限为360MP） (4)选高速级小齿轮齿数为Z1=19，则Z2=19x3=57
由于本装置的对速度要求不高，由于精度要求较高，采用6级精度的齿轮就可以满足要求，取模数为3，φ为0.5 则大小齿轮的参数如下 （1） 小齿轮
分度圆直径d1=Z1m=19x3=57mm 齿宽b=φd1=57x0.5=28.5mm 齿顶圆直径da=（19+2）x3=63mm 齿根圆直径df=（19-2-0.5）x3=49.5mm （2） 大齿轮
分度圆直径d2=Z2m=57x3=171mm 齿宽b=φd2=0.5x171=85.5mm 齿顶圆直径da=（57+2）x3=177mm 齿根圆直径df=（57-2-0.5）x3=163.5mm 中心距a=( d1+d2)/2=114mm 2.2.3 滚筒的设计
查阅《机械设计》采用材料为45号调制钢为材料，对于传统的滚筒由于与被测件完全接触，接触面势必会影响被测件的精度，那么必须对传统的滚筒进行改进， 改进结果如下图
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图6 滚筒示意图
这样在滚筒上加工两个槽，将传感器布置在槽上方，这样保证取到的数据是被测件表面情况的真实反映，由于被测对象是样品，规定样品的长度为200mm长度，那么滚筒的长度设计为400mm，直径为50mm，并加工深度为5mm，长度为75mm的槽，初定具体数据如下图
图7 辊筒简图
根据齿轮的齿宽，已经轴承安装方面的要求初定的数据并不好，必须加以修改，经过齿宽的宽度，轴承的选用预留所以对滚筒设计的详细参数(部分）如下图
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图8 滚筒具体参数
2.2.4 V型铁的设计
同样的思路，需要对V型铁进行改进，使之能够安装滚筒，由于要安装滚筒和外端齿轮，材料选用45号钢，进行调至处理，那么V型铁的长度初定为400mm，高度为300mm，宽为260mm，其大致参数如下图.
图9 V型铁初定图
但是根据滚筒的设计图纸，同是由于本设备测量的对象并不是较大尺寸零件，不需要采用较大载荷，同时根据滚筒的长度，那么初定的数据偏大，考虑到本设计中对轴承，滚筒直径以及齿轮的啮合，还有被测量件安装后最大高度的考虑，计算结果如下：
长度：由于要让φ35孔出来部分以保证安装齿轮不和V性铁臂相连，导致摩擦，这样长度的两端各留部分用来加工轴承安装孔，那么长度定为380
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高度：设计电机主轴连接的齿轮齿轮的轴心高度为80mm，由于两个大齿轮在V型铁的同一面的两侧，那么中间的齿轮的距离必须大于177，故设计为190，同时选用6007轴承，那么要预留31mm的半径加工孔以及空上方15mm的厚度以保证上面，同时便于装卸滚筒将连接传感器的一端设计成可装卸的部件，里用勾股弦定理这么高度为
80mm+mm+31mm+15mm=190mm
宽度：由以上分析可得190+31x2+15x2=282mm，但是下端要留有安装螺栓的地方，故宽度为312mm。
同时考虑到被测件的直径范围，用勾股弦定理可知高度应该为（从滚筒中心）81mm-204mm，其他设计如下图，详细见零件图。
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图10 V型铁关键尺寸零件图
2.2.5 齿轮箱的设计
由于齿轮不能暴露在外边，同时由于要固定在V型铁上面，同时利用勾股定理确定齿轮的位置，螺栓的位置布置如零件图所示
图11 齿轮箱关键尺寸零件
2.2.6 轴承，键，螺栓的选用 (1)轴承的选用
由于承受的载荷并不重，采用深沟球轴承，查阅机械设计手册可知型号为6007，采用油脂润滑即可满足要求 (2)键的选用
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由于齿轮和轴的转速都比较低，那么采用普通平键就可以满足要求，有机械设计手册可知，平键的参数为12x8。 (3)螺栓的选择
由于转速并不高，所以常用的紧定螺钉就可以满足要求，采用M5螺栓.
2.2.7 底座的设计
底座使用HT150铸铁，尺寸为780mmx400mmx50mm即可.
第三章 数据及误差处理
3.1 数据处理
数据处理使用利用TALYROND265专用圆柱度测量仪中配备的ULTRA软件进行圆柱度误差的数据处理,通常数据处理是一个非常复杂的问题,它是在圆度误差数据处理的基础上发展而来的。目前圆度误差的数据处理方法有3种: 作图法、简图计算法和电算法。作图法因偏心引起图形畸变而产生误差,所以精度低; 作图法只能求出一个截面的最大半径和最小半径之差, 而求圆柱度误差至少需要两个截面的数据; 作图法确定轴线位置难度较大。所以基于此对圆柱度误差进行数据处理不适合采用作图算不受偏心的影响, 计算精度较高, 但缺点是速度较慢; 此方法用于圆度误差的数据处理简单方便, 但用于圆柱度误差的数据处理就比较困难, 计算过程烦琐,效率很低。因此只能用电算法进行数据处理。电算法种类较多, 有线性方程组、最小二乘法和最小条件法等。用线性方程组可以直接求解, 但项数较多, 求解麻烦; 最小二乘法是一种近似方法, 公式相对简单,能直接计算出圆柱度误差, 但计算的结果比最小条件法稍大, 无法满足高精度零件的要求。所以我们采用最小条件法评定圆柱度误差法。
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图12 软件处理图
由于V型铁的自定心功能，所以该软件可以省去调心，调平的步骤提高数据采样的速度和效率 3.2 误差分析
测量圆柱度误差时, 零件放在仪器的转台上。设仪器的回转轴线为Z 轴, 由于零件安装偏心与倾斜,所以产生零件的轴线不能与Z 轴重合, 即使精心调整, 也会残留偏心和倾斜误差。为了提高测量精度,必须消除偏心和倾斜误差。常用的方法有: 用精密的伺服调心台, 自动测量偏心误差并随机修正; 用多测头的方法消除轴向的直线度和倾斜误差。另一方面通过理论分析, 推导出一组数学公式, 进行分析计算,用电算法可以消除偏心和倾斜误差。圆柱度测量仪的精度受多种因素, 如轴系的回转精度、立柱导轨的直线度、测头移动方向与回转轴线的平行度、机械振动等的影响。靠机加工提高量仪的精度, 势必增加加工的工作量, 延长生产周期, 增加仪器成本。在测量中, 如采用误差分离法, 剃除零件被测表面的细小异常突起, 可消除仪器的系统误差,提高测量精度。把仪器的系统误差如轴系的径向跳动、导轨的直线度误差等, 用电算法消除。用圆柱度测量仪进行圆柱度误差测量时, 工作台带着零件一起回转,测头沿立柱导轨上下移动, 自下而上逐个截面测量,然后将测得的半径变化量进行数据处理, 得出圆柱度误差。这样测得的结果, 仪器的轴系回转误差和立柱导轨的误差都反映到读数上。在生产实践中加工出的圆柱零件并不是绝对圆柱体,
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而是带有一定的形状误差, 其组成部分有三方面:一是零件的半径偏差; 二是各个截面的圆度误差; 三是轴线的直线度误差。圆柱体可以看成是由无数个圆形截面跟某轴线叠加而成。测量圆柱度误差时, 常用截面法, 用有限个截面上的有限点来粗略地描绘圆柱体, 所以误差分离也可以用同样的办法, 先逐个截面的进行分析和数据处理, 然后再综合处理。所以, 在圆柱度测量过程中我们通常采用截面法来测量, 用最小条件法来评定零件的圆柱度。根据大量实践操作和对各种零件的测试, 形成了比较规范的圆柱度测量操作步骤, 且总结出符合实际的测量操作程序。
第四章 总结
本次毕业设计是最长的一次设计，并且也是设计中学习东西最多的设计，几乎所有数据都是从无到有的设计，对自己的锻炼更上一个台阶，要比之前的课程设计难做许多，而且从最初的无从下手，到设计方案的定型的时间里是最难熬的，总觉得不知道怎么做，感觉很难，直到方案确定后，情况才有所改观。在同学和老师的帮助下方案的设计上的诸多问题都一一解决，非常感谢老师和同学
另外在本次设计中学会了查阅机械设计手册，在今后的职业生涯中对我的帮助将是很大的，而且本设计全部使用计算机绘图，几乎是完完全全复习了CAD，CAXA电子图版的使用甚至还有自学没多久的SolidWorks软件，对自己的提高很大。
应该感谢这个设计给我带来的压力和紧张，最后将压力转化为动力，一点一点的写论文，做计算，绘图，几乎每天的时间都在这个上面，这种从无到有的设计给我带来了久违的成就感。
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致谢
感谢*老师在本次设计中的关心和悉心指导，老师不断的激励和无私的帮助百问不厌的教学态度是我本次设计成功的主要愿意，而且百问不厌的教学态度让我印象深刻，老师为人师表的作风让我终生受益，谢谢老师。
同时感谢在我设计中给我帮助的同学，尤其是***********的帮助，在我有问题的时候，能够热心的帮忙，不怕麻烦，非常感谢！
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参考文献
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