电机端盖孔径高精度在线自动测量系统的研制

摘要

电机端盖是机加工中常见的典型零件之一，通常起支撑作用，具有多品种、多规格以及高精度等特点，目前普遍采用批量生产。由于电机端盖孔径在线测量精度影响因素众多，受工作环境与测量空间的限制，高精度传感器一般很难直接安装到被测孔内进行自动化测量，目前普遍采用人工测量。数控技术的不断发展，已使得传统手工测量不能满足自动化在线高速高精度的要求了，因此，如何实现电机端盖高精度、高效率测量是一个亟需解决的难题。
　　本文依托国家科技支撑计划资助项目“数控一代机械产品创新应用示范工程”，以某一型号电机的端盖为研究对象，结合先进的制造技术和测量技术，研发电机端盖孔径高精度在线自动测量系统，以满足现代自动化制造对在线测控的需求。该系统能够在线高精度测量电机端盖孔径，并将测量数据传输给上位机，上位机对测量数据进行分析，具有检测、分析、报警、补偿等功能，以达到改善产品质量和成品率、减少操作员工、提高生产效率等目标。论文的主要研究内容如下:
　　首先，对电机端盖加工工艺分析，通过有向图理论，确定关键尺寸。然后对现有的内径测量方法进行分析，结合电机端盖自动化生产线要求精度高、批量大、测量空间受限等特点，提出合理的测量方法。
　　其次，利用机械结构稳定性高和灵敏度好的特点，配合高精度的电感位移传感器，研制出测量系统的核心部件——测量转换机构。提出一种柔-刚-柔分段建模方法，利用该方法对测量转换机构进行力学建模，从理论上揭示了传递精度的主要影响因素，并通过有限元对悬臂梁分段建模方法的精度进行了验证分析。并以此理论为基础，设计并制造出转换机构实体。
　　最后，根据测量系统可靠性分析指标，结合其工作环境，建立了系统的可靠性模型，计算出系统的可靠度;分析了测量系统的误差来源，并根据分析结果，提出了一套测量系统误差补偿方法，对传递误差进行人工软件补偿，从而为后续质量统计分析以及质量保障系统构建提供了可靠的数据来源。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 在线测量技术的研究现状

1．2．1 在线测量概述

1．2．2 在线测量技术现状

1．3 内径检测技术的研究现状

1．3．1 非接触式内径测量

1．3．2 接触式内径测量

1．3．3 转换机构研究现状

1．4 课题主要研究问题

1．4．1 在线测量系统机构设计

1．4．2 在线测量系统控制设计

1．4．3 测量系统可靠性分析与误差补偿

1．5 论文构架与主要内容

1．5．1 论文构架

1．5．2 论文主要内容

第2章 电机端盖在线测量系统总体设计

2．1 电机端盖在线测量系统总体架构

2．2 电机端盖加工工艺分析

2．2．1 加工工艺分析

2．2．2 关键尺寸确定

2．3 在线测量系统总体设计

2．3．1 测量系统精度要求

2．3．2 测量方式选择

2．3．3 测量系统设计

2．3．4 测量平台研制

2．4 本章小结

第3章 测量转换机构的结构设计与分析

3．1 转换机构工作原理

3．2 转换机构静力学分析

3．2．1 转换机构受力分析

3．2．2 簧片挠曲变形分析

3．2．3 平动板寄生转角求解

3．3 转换机构动力学分析

3．3．1 建立伪刚体模型

3．3．2 建立动力学模型

3．3．3 转换机构频率特性分析

3．4 转换机构模型精度分析

3．4．1 确定材料参数与簧片受力

3．4．2 有限元网格划分

3．4．3 仿真分析

3．5 本章小结

第4章 测量系统可靠性分析和误差补偿

4．1 测量系统可靠性分析

4．1．1 测量系统可靠性分析指标

4．1．2 测量系统工作环境分析

4．1．3 测量系统可靠性建模

4．1．4 测量系统可靠性计算

4．2 测量系统误差分析

4．2．1 测量系统误差组成

4．2．2 转换机构平动板导向误差分析

4．3 测量系统误差补偿

4．4 本章小结

第5章 测量系统实验研究

5．1 统计学理论基础

5．1．1 测量系统偏倚

5．1．2 测量系统精度

5．1．3 测量系统能力评判指标

5．2 实验平台搭建

5．2．1 硬件系统

5．2．2 软件系统

5．3 实验研究

5．3．1 实验过程

5．3．2 实验分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果