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1、本科毕业论文（设计）论文题目：基于虚交点的圆锥体端面尺寸数显量具的研制学生姓名： 所在院系： 机电学院所学专业： 机械设计制造及其自动化导师姓名： 完成时间：摘 要圆锥体由于结构的特殊性导致其端面直径不易测量。而检测锥体的方法，最常用的是使用圆锥套规，这种检测方法一般只是用来判断工件是否在规定的极限尺寸内，以确定工件是否合格，但不能测出零件锥体实际尺寸。特别当锥度较大时,过端刻线与止端刻线、过端面与止端面将相距很近，并难以区分；也有借助辅助工具间接测量的，但此测量方法操作麻烦，测量时间也较长，不利于缩短工时，提高生产率，且不能直接测出数据，需利用所得数据进行计算，当尺寸精度要求较高时，使用上述
2、量具在生产现场很难实现对该尺寸的精确测量。本文设计一种基于虚交点的圆锥体端面尺寸数显量具，可在机直接测量，不需计算，数显直读，且结构简单，测量范围大，有效地解决了生产现场检测锥体端面直径的问题，并利用电子数显卡尺和不锈钢板材等现有材料对该装置各零件进行工艺规程设计，最后进行样品试制。关键词：圆锥体端面直径，测量装置，精度分析，工艺分析设计Development of Digital Display Device for Measuring the End Size for the Cone Based on Virtual Intersection Abstract Because the c
3、one has structural specificity, which causes its end face diameter not easy to be measured. Cone and detection methods, the most common is the use of cone sets of regulations, this detection method is generally used to judge whether the workpiece size within the limits of the provisions to determine
4、 whether the workpiece qualified, but you can not measure the actual size parts cone. Particularly when the taper is larger, had carved lines and only client-side engraved lines, had faces and will only end in close proximity, and it is difficult to distinguish; also aids with the indirect measureme
5、nts, but this measurement method is cumbersome, time measurements are more long, is not conducive to shorten working hours, increased productivity, and can not be directly measured data, to be calculated using the data, when higher dimensional accuracy, the use of the above-mentioned scene in the pr
6、oduction of measuring is very difficult to achieve accurate measurement of the size. In this paper, the design of a virtual point of intersection of the cone-end digital display measuring size, can be directly measured in the machine, without calculation, direct-reading digital display and simple st
7、ructure, measuring range, and effectively address the production-site detection of end-diameter cone , and the use of electronic digital calipers and stainless steel sheet material, such as the existing parts of the device design process planning, the final sample trial.Keywords：End Face Diamter of
8、Cone, Measuring Tool, Precision Analysis, Process Analysis and Design目 录1 绪论11.1 目前对锥体端面直径量具的研究现状11.2 本次设计的意义和主要内容12 装置的测量原理和结构12.1 装置的测量原理12.2 装置的结构23 装置的测量范围分析33.1 最小测量直径的确定33.2 最大测量直径的确定34 装置各零件的加工工艺分析和工艺路线的设计44.1 主尺体的工艺分析和设计64.1.1 工艺路线方案一64.1.2 工艺路线方案二74.1.3 工艺路线方案的比较分析84.2 测量卡脚的工艺分析和设计104.3 尺身和
9、游标的加工工艺分析和工艺路线的设计115 对装置测量精度的分析和改善的措施135.1 主尺体铰链中心线与主尺体定位面不共面（误差为1）对测量精度的影响135.2 主测量卡脚铰链中心线与主测量卡脚工作面不共面（误差为2）对测量精度的影响145.3 改善和提高装置测量精度的措施156 量具使用应该注意的事项167 结束语17致谢17参考文献181 绪论1.1 目前对锥体端面直径量具的研究现状目前，对于圆锥体端面直径的测量装置及方法主要有以下几种：（1）在万能工具显微镜上测量7，但此方法测量步骤繁琐，且测量设备成本较高，经济性较差；（2）借助辅助工具间接测量的方法，主要有：在正弦尺上测量6、用60靠
10、铁和正弦尺测量、在平台上测量（有单球法、双球法、圆柱圆球法、量块圆球法、圆锥量规法、圆柱双球法、四球法、双圆柱法）7等等，这些方法都需要根据所得数据由计算得出结果，受辅助工具本身制造误差和计算误差的影响，得出的尺寸精度较低，而且需要将工件从加工设备上卸下来，操作比较麻烦；（3）也有使用圆锥套规2，但套规不具有通用性，必须针对被测工件进行一对一设计，制造成本高，加工周期长，在生产的效率上和经济上都不好，不利于精益生产，而且无法测量出工件的具体尺寸。1.2 本次设计的意义和主要内容机械设备中, 圆锥面配合在应用十分广泛，如:机床主轴头孔、汽车半轴轴头、定位锥销、多种切削刀具的柄部等。圆锥体的加工虽
11、不及外圆、内孔、平面加工那样广泛，但在机械加工中也常遇到，不同用途的锥体的要求也不一样，在制造圆锥体工件时，需要控制工件的外锥直径尺寸（外锥面与端面交线尺寸），当尺寸精度要求较高时，使用通用量具在生产现场很难实现对该尺寸的精确测量。而且圆锥体的端面往往有毛刺或倒角，尤其是有倒角时，所测点在实体上并不存在，转化成测空间交点距离的问题，测空间交点距离也需专用测量工具并进行计算，有时还需在工件上设置工艺孔或工艺凸台，增加了加工工序。而借助辅助工具测量操作麻烦，测量时间也较长，而且还不能直接测出数据，需利用所得数据进行计算才可获得所需尺寸，不利于缩短工时，提高生产率。设计制造一种基于虚交点的圆锥体端面
12、尺寸数显量具1，可在机直接测量，不需计算，数显直读，且结构简单，测量范围大，有效地解决了生产现场检测锥体端面直径的问题。并在指导老师的安排帮助下解决困难和问题，最后编制工艺文件，购买材料进行样品试制。2 装置的测量原理和结构2.1 装置的测量原理如图1所示，以圆锥体小端面直径测量为例。平面I、III为过圆锥小端面直径两端点A、B且分别与圆锥面相切的平面（平面I、III同时也与圆锥小端面圆相切），平面II与圆锥小端面共面。显然平面I、II的交线MN与平面II、III的交线PQ平行，且与AB垂直，则测圆锥体小头直径AB可转化为测两直线MN和PQ间距离。在设计量具时，卡脚的测量工作面（可绕铰链R1、
13、R2旋转，自动适应锥体的锥度的变化，时刻保持与锥面相切，见图2）就是平面I、III，主尺和游标上的定位面就是平面II。将A、B附近的测量面镂空（图中的沙纹面和ACMNPQDB图1 测量原理图AC平面与圆锥面的切线BD平面与圆锥面的切线斜纹面处），即可避开A、B处的毛刺，完成对小端直径的测量。2.2 装置的结构如下图2所示，测量装置的大体结构有以下几部分组成。1主尺体；2数显装置；3磁尺；4尺身；5游标体；6销轴；7副测量卡脚；8主测量卡脚；9锥体零件K指向主副卡脚工作面，与图1的平面I和III对应L指向为主尺和游标的定位面，与图1的平面II对应图2 圆锥体小端直径测量装置主尺部件包括主尺体8、
14、主测量卡脚7、磁尺2、销轴6、尺身3等。主尺体、主测量卡脚之间通过铰链连接，主测量卡脚的工作面K（平面I）通过铰链中心线，主尺体上设计有定位面L（平面II），定位面也通过铰链中心线，则铰链的中心线相当于MN。游标部件组包括游标体4、副测量卡脚5、销轴6、数显装置1、磁尺9等，游标体、副测量卡脚之间也通过铰链连接，副测量卡脚的工作面K（平面III）通过铰链中心线；游标体上设计有定位面L（平面II），定位面也通过铰链中心线，则铰链的中心线相当于PQ。3 装置的测量范围分析3.1 最小测量直径的确定最小测量直径dmin：量具上铰链的中心距就是所测圆锥体小端面直径。由于铰链与轴线方向垂直的面为正方形，
15、所以可以把铰链的转动范围看作为一个圆，则该圆的直径为正方形的对角线，那么该装置所能测得的最小值即为对角线的长度8.5 mm，取最小测量直径为dmin = 10 mm。为了论文的更加容易理解和阐述，在以下的设计说明中，都用旋转轮廓圆来予以论述。3.2 最大测量直径的确定最大测量直径dmax的确定：测量卡脚上两铰链的内端面距离X直接影响最大测量直径dmax。若X过小，则会由于铰链旋转过程中对角线处与小端圆干涉而使铰链中心线MN与小端圆无法相切。如图3所示，X与d间有如下关系(d/2)2 = (d/2 - 4.25)2 + (X/2)2即d = X2/17 + 4.25对应关系如下表1。 表1 X与
16、d间的关系 mmX1020304050d10.1327.7853.1998.37151.31设计任务的要求是：该测量装置的测量范围为：40 150 mm，所以可以选取X = 50 mm，则测量的最终测量范围是10 151.31mm，由于40 150 mmd/26MN铰链R1图3 最大测量直径dmax 的确定在这个范围内，所以这样选择符合设计的要求。4 装置各零件的加工工艺分析和工艺路线的设计制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。应该尽量考虑采用万能性机床和专用夹具，尽量使加工工序集中，减少装夹次数，以提高生产率和零件的精度，从而带来更高的
17、效益。对于零件的分析和研究，要现熟悉该装置的性能、用途和工作条件，明确各个零件在装配中的位置及作用，然后找出主要技术关键问题，从而为制订正确合理的工艺路线奠定基础。制定工艺路线首先应该考虑的是基准的选择，适合的基准选择，可以使零件的加工精度更高，可以使加工工序更加精简，从而节省工时，提高生产率。在起始工序中，只能选用未经加上过的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用加工过的表面所作的定位基准称为精基准。选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则：(1) 选择重要表面为粗基准 为保证工件上重要
18、表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面，如床身的导轨面，车床主轴箱的主轴孔，都是各自的重要表面。因此，加工床身和主轴箱时，应以导轨面或主轴孔为粗基准。如图4-25所示。(2) 选择不加工表面为粗基准 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。如果工件上有多个不加工面，则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准，以便保证要求，使外形对称等。 (3) 选择加工余量最小的表面为粗基准 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该
19、表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。(4) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 以便工件定位可靠、夹紧方便。(5) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。其选择原则如下：(1) 基准重合原则 即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。(2) 基准统一原则 应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。这样做可以简化工艺规程的制订工作，减少夹具设计、制造工作量和成本，缩
20、短生产准备周期；由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度。例如加工轴类零件时，采用两中心孔定位加工各外圆表面，就符合基准统一原则。箱体零件采用一面两孔定位，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及一端面为定位基准，均属于基准统一原则。(3) 自为基准原则 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。磨削车床导轨面，用可调支承支承床身零件，在导轨磨床上，用百分表找正导轨面相对机床运动方向的正确位置，然后加工导轨面以保证其余量均匀，满足对导轨面的质量要求。还有浮动镗刀镗孔、珩磨孔、拉孔、无心磨外圆等也都是自为基准的实例。(4) 互为基准原则 当对
21、工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。例如要保证精密齿轮的齿圈跳动精度，在齿面淬硬后，先以齿面定位磨内孔，再以内孔定位磨齿面，从而保证位置精度。再如车床主轴的前锥孔与主轴支承轴颈间有严格的同轴度要求，加工时就是先以轴颈外圆为定位基准加工锥孔，再以锥孔为定位基准加工外圆，如此反复多次，最终达到加工要求。这都是互为基准的典型实例。(5) 定位可靠性原则 所选精基准应保证平整光洁，具有相应的精度，且工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。实际上，无论精基准还是粗基准的选择，上述原则都不可能同时满足，有时还是互相矛盾的。因此，在选择
22、时应根据具体情况进行分析，权衡利弊，保证其主要的要求。基于以上原则，应先选择粗基准，由于零件的坯料是一个长方体的形状，所以可以选择某一表面做为粗基准，现选择较大表面的一面做为粗基准，来加工其相对的另一表面，然后以另一表面为基准，对此表面进行粗加工和精加工，这个表面就可以作为以后工序的精基准。安排加工顺序1.基面先行工件的精基准表面应先进行加工，以便为后续工序加工提供精基准。当基准不统一时，应作基准转换，并按逐步提高精度的原则安排基准面加工。2.先主后次即先加工主要表面（如装配表面、工作表面等），后加工次要表面（如键槽、紧固用的光孔或螺孔等）。次要表面加工量较少，通常安排在主要表面半精加工与精加
23、工（或光整加工）之间。3. 先粗后精即粗加工半精加工精加工或光整加工。4. 先面后孔对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔，使安装方便、定位可靠，以平面定位加工孔，易保证平面与孔的精度及位置精度，并改善刀具初始工作条件。4.1 主尺体的工艺分析和设计由于购买的材料为长方体形的不锈钢板材，所以可以假定如图4所示的零件坯料的位置，分析零件的形状和加工要求，按照机械加工工艺的要求和原则，然后编制工艺路线。4.1.1 工艺路线方案一如图4，编制工艺路线如下：工序1 以下表面为粗基准，粗铣上表面和左右两侧面。工序2 以上表面为基准，粗铣下表面，精铣下表面。工序3 再以下表面为精基准，精铣上表面
24、和左右两侧面。工序4 以下表面为基准，粗铣前后表面，精铣前后表面。工序5 以下表面为基准，铣出两铰链孔所在凸台和与待测量锥体零件断面配合的定位面所在的凸台。工序6 以上表面为基准，铣中间凸台至所需尺寸。工序7 铣中间凸台上的凹槽。工序8 以上表面和左侧面为基准，利用高度尺划线，找出铰链孔的圆心位置。工序9 钻两孔并铰孔至30.002。工序10 以下表面为基准铣中间端部斜面。工序11 以下表面为基准，铣与尺身配合的定位台阶面。工序12 以左侧面和前面为基准，钻定位面上两底孔。图4 毛坯图工序13 检验。4.1.2 工艺路线方案二如图4，编制工艺路线如下：工序1 以下表面为粗基准，粗铣上表面和左右
25、两侧面，并铣去铰链孔所在凸台和中间凸台之间的材料，铣出零件轮廓。工序2 以上表面为基准，粗铣下表面，精铣下表面。工序3 再以下表面为精基准，精铣上表面和左右两侧面，并铣出中间凸台端部斜面。工序4 以下表面为基准，粗铣前后表面，精铣前后表面，并铣出与尺身配合的定位台阶面。工序5 以下表面和左侧面为基准，采用旋转夹具装夹工件，钻两铰链孔，并铰孔至30.002。工序6 以下表面为基准，钻定位台界面上两底孔。工序7 以铰链孔和前端定位台阶面为定位基准，铣与待测量锥体零件配合的定位面，并铣出凹槽。工序8 检验。4.1.3 工艺路线方案的比较分析4.1.3.1 工序的集中与分散的原则(1) 工序集中 就是
26、将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。其主要特点是：1）减少工序数目，缩短了工艺路线，也简化了生产计划和组织工作；2）可以采用高效专用设备和工艺装备，来大大提高生产率；3）减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；4）减少了工件的装夹次数。工件在一次装夹中可加工多个表面，有利于保证这些表面之间的相互位置精度。减少装夹次数，也可减少装夹所造成的误差；5) 采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。(2) 工序分散 工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。其主要特点是：1）设备和工艺装备比较
27、简单，便于调整，容易适应产品的变换；2）对工人的技术要求较低，或只需经过短时间的训练；3）可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；4）所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。批量生产应尽可能采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效地提高生产率。4.1.3.2 热处理工序的安排(
28、1) 预备热处理常用的方法有退火和正火，一般安排在机械加工之前。用以改善切削性能，使组织均匀，细化晶粒，消除毛坯制造时的内应力。(2) 去除内应力处理包括人工时效、退火等，通常在粗加工与精加工之间进行。对于一般精度的零件，应安排在粗加工后作人工时效，以消除铸造和粗加工时产生的内应力，减少后续加工的变形；对精度要求较高的零件，应在半精加工后进行第二次时效处理，使加工精度稳定；对精度要求很高的零件（如丝杆、主轴等），应安排多次去应力处理；对于精密丝杆、精密轴承等零件，为消除残余奥氏体，稳定尺寸，常在回火后进行冷处理。(3) 最终热处理可以提高材料的强度、表面硬度和耐磨性。变形较大的热处理，如调质、
29、淬火、渗碳淬火等，应在磨削前进行，通过磨削来纠正热处理变形。变形较小的热处理（如氮化），应安排在精加工后。表面装饰性镀层和发蓝工序，一般在精加工后进行。电镀工序后应进行抛光，以增加耐腐蚀性和美观。耐磨性镀铬则放在粗磨和精磨之间进行。4.1.3.3 工艺路线方案的比较以上两个方案的特点在于：方案一是先把长方体坯料先去掉边缘多余材料，但前四个工序加工之后，零件还是长方体形状，铰链孔的加工方式是先用高度尺划线，再钻孔，且该工艺路线反复更换基准；方案二是在铣去边缘材料的一次装夹中，同时也把各凸台之间要去除的材料同时铣去，且方案二在加工铰链孔的时候采用旋转夹具，装夹次数大量减少，工序也更紧凑、精简。两工
30、艺路线比较可以看出，方案二的工序更精简，节省了大量的装夹、定位、找定位基准的时间，这样就大大提高了生产效率；而且减少了装夹次数，且使用旋转夹具，使铰链孔的同轴度得到提高，也减少了零件在加工过程中定位基准的变换和基准的不重合，根据基准的选择原则，方案二更贴近基准重合原则和基准统一原则，所以加工零件的精度更高。在本次试制样品的工艺中，属于单件小批量的范畴，所以应该遵循上述的工序集中的原则，所以也更适合方案二。图5 需热处理和磨削的表面在加工的过程中，工件表面在切削力、切削热的作用下，会产生残余应力，所以必须有消除残余应力的处理，而且由于该装置为量具，与零件配合的表面（如图5、图6所示）应该有足够的
31、刚度，并且由于在测量的过程中，需要不断的和工件表面接触，摩擦较多，所以还应该有较高的耐磨性，所以应安排热处理工艺，以提高材料的强度、表面硬度和耐磨性。图6 需热处理和磨削的表面由于与待测量锥体零件配合的定位面要求有较高的精度要求，所以最后还需安排磨削工艺，以使零件有更好的表面质量，零件表面有更高的精度，从而降低测量的误差，使测量精度更高。4.1.3.4 工艺路线方案的确定根据这些论述修正工艺路线，如图4，确定最后的工艺路线如下：工序1 以下表面为粗基准，粗铣上表面和左右两侧面，并铣去铰链孔所在凸台和中间凸台之间的材料，铣出零件轮廓。工序2 以上表面为基准，粗铣下表面，精铣下表面。工序3 再以下
32、表面为精基准，精铣上表面和左右两侧面，并铣出中间凸台端部斜面。工序4 以下表面为基准，粗铣前后表面，精铣前后表面，并铣出与尺身配合的定位台阶面。工序5 以下表面和左侧面为基准，采用旋转夹具装夹工件，钻两铰链孔，并铰孔至3。工序6 以下表面为基准，钻定位台界面上两底孔。工序7 以铰链孔和前端定位台阶面为定位基准，铣与待测量锥体零件配合的定位面，并铣出凹槽。工序8 将上述与锥体零件配合的定位面作淬火处理。（如图5）工序9 磨削上述表面。（如图5）工序10 检验。由于游标体和主尺体类似，所以游标体的加工工艺与主尺体相同。4.2 测量卡脚的工艺分析和设计根据主尺体的设计方法和思路，根据如图7所示零件坯
33、料图，可以确定测量卡脚的工艺路线如下：图7 毛坯图工序1 以下表面为粗基准，粗铣上表面和左右两侧面，并铣去卡脚尾部两侧材料和两铰链之间的部分。工序2 以上表面为基准，粗铣下表面，精铣下表面。工序3 再以下表面为精基准，精铣上表面和左右两侧面。工序4 以下表面为基准，粗铣前后表面，精铣前后表面，包括铣去两铰链之间材料所形成的表面。工序5 以下表面为基准，粗铣、精铣，铣出与待测量锥体零件配合的表面。工序6 将上述与锥体零件配合的面作淬火处理。（如图6）工序7 以下与锥体零件配合的表面和前表面为基准，采用旋转夹具，钻两铰链孔，并铰孔至30.002。工序8 磨削与锥体零件配合的表面。（如图6）工序9
34、检验。4.3 尺身和游标的加工工艺分析和工艺路线的设计如图8和图9，需要把普通的电子数显卡尺两下端卡爪锯掉，然后装上加工的主尺体和游标体，在此过程中，需要磨削锯削产生的平面，以便于和主尺体、游标体上的定位面配合；然后还需加工底孔，以此来和主尺体、游标体进行连接，从而成为设计的装置。根据需加工的内容，编制工艺路线如下：图9 游标的零件图图8 尺身的零件图如图8，尺身的工艺路线：工序1 以尺身下表面为基准，钻两底孔。工序2 将尺身下端卡爪锯掉。工序3 以尺身下表面为基准，磨削上工序产生的锯削平面。如图9，游标的工艺路线：工序1 以游标下表面为基准，钻两底孔。工序2 将游标下端卡爪锯掉。工序3 以游
35、标下表面为基准，磨削上工序产生的锯削平面。5 对装置测量精度的分析和改善的措施本测量装置的精度由各零件的加工精度和最后的装配精度组成，加工精度就是指零件加工后在形状、尺寸、各表面或几何中心的相互位置与理想几何参数的相符合程度。理想的几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸；对表面几何形状而言，就是绝对的圆、圆柱、平面、锥面和直线等；对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、垂直、同轴、对称等。零件实际几何参数与理想几何参数的偏离数值称为加工误差。 加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就
36、是加工误差小，反之亦然。 任何加工方法所得到的实际参数都不会绝对准确，从零件的功能看，只要加工误差在零件图要求的公差范围内，就认为保证了加工精度，所以就需要分析误差来源，并计算以控制误差，使加工误差在允许的范围内，从而保证加工精度。本测量装置为普通量具，其制造精度可选IT4IT5，影响量具测量精度的主要因素就是各表面或几何中心的相互位置，现做如下分析：主尺体铰链中心线与主尺体定位面不共面（设位置误差为1）；主测量卡脚铰链中心线与主测量卡脚工作面不共面（设位置误差为2）；游标体铰链中心线与游标体定位面不共面（设位置误差为3）；副测量卡脚铰链中心线与副测量卡脚工作面不共面（设位置误差为4）；主尺体
37、铰链中心线与主尺体导向面间的垂直度5；游标体铰链中心线与游标体滑槽导向面间的垂直度6等。其中铰链到主尺体导向面和游标体导向面的距离不变，所以5、6的影响为常值系统误差，可通过校核量具消除；1、2的影响和3、4的影响相似，所以下面重点讨论1、2的影响。图10 误差为1测量精度的影响5.1 主尺体铰链中心线与主尺体定位面不共面（误差为1）对测量精度的影响由于铰链的旋转范围是一个圆，所以可以把铰链看作圆，如图10，设主尺体定位面比其铰链中心线低1，由图可见测量误差R1为:R1 = 1 tan5.2 主测量卡脚铰链中心线与主测量卡脚工作面不共面（误差为2）对测量精度的影响图11 误差为2测量精度的影响
38、由于铰链的旋转范围是一个圆，为便于分析和计算，所以同样可以把铰链看作圆，如图11，设主测量卡脚工作面与铰链中心线偏移2，由图可见测量误差R2为R2 = 2 /cos3、4的影响和1、2的影响相似，同时考虑到误差的方向和随机性，总的测量误差为R = = 若主尺与游标按同样精度等级制造，即1 = 2 = 3 =4，则有R = / cos测量误差R与被测锥体锥度的关系如表2所示。显然：测量误差R与被测锥体锥度有关，锥度越大，则测量误差越大。表2 锥度与R的关系 ( )10203040506070R 1.461.751.832.22.73.745.675.3 改善和提高装置测量精度的措施改善和提高加工
39、精度的方法，大致可概括为以下几种：减小原始误差法、补偿原始误差法、转移原始误差法、均分原始误差法、均化原始误差法、“就地加工”法。（1）减少原始误差这种方法是生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法消除或减少这些因素。例如细长轴的车削，现在采用了大走刀反向车削法，基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。（2）补偿原始误差误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。当原始误差是负值时人为的误差就取正值，反之，取负值，并尽量使两者大小相等；或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽
40、量使两者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加工精度的目的。（3）转移原始误差误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。误差转移法的实例很多。如当机床精度达不到零件加工要求时，常常不是一味提高机床精度，而是从工艺上或夹具上想办法，创造条件，使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面去。如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。当机床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原始误差就被转移掉了。（4）均分原始误差在加工中，由于毛坯或上道工序误差（以下统称“原始误差”）的存在，往往造成本工序的加工误差，或者由于工件材料性能改变
41、，或者上道工序的工艺改变（如毛坯精化后，把原来的切削加工工序取消），引起原始误差发生较大的变化，这种原始误差的变化，对本工序的影响主要有两种情况：1） 误差复映，引起本工序误差；2） 定位误差扩大，引起本工序误差。解决这个问题，最好是采用分组调整均分误差的办法。这种办法的实质就是把原始误差按其大小均分为n组，每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/n，然后按各组分别调整加工。（5）均化原始误差对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相对运动过程中对工件进行微量切削，高点逐渐被磨掉（当然，模具也被工件磨去一部分）最终使工件达到很高的精度。这种表面间的摩擦
42、和磨损的过程，就是误差不断减少的过程。这就是误差均化法。它的实质就是利用有密切联系的表面相互比较，相互检查从对比中找出差异，然后进行相互修正或互为基准加工，使工件被加工表面的误差不断缩小和均。在生产中，许多精密基准件（如平板、直尺、角度规、端齿分度盘等）都是利用误差均化法加工出来的。（6）就地加工法在加工和装配中有些精度问题，牵涉到零件或部件间的相互关系，相当复杂，如果一味地提高零、部件本身精度，有时不仅困难，甚至不可能，若采用就地加工法（也称自身加工修配法）的方法，就可能很方便地解决看起来非常困难的精度问题。就地加工法在机械零件加工中常用来作为保证零件加工精度的有效措施。根据以上原则，可分析
43、本装置的改善措施如下：（1）要注意控制铰链中心线与主尺定位面的共面误差1、3和铰链中心线与卡脚工作面的共面误差2、4，以减小测量误差。（2）主尺和游标体上的定位面不宜过长和过宽，且在铰链中心线附近的定位面应切出凹槽。过长将由于轴肩尺寸的影响而发生干涉，使卡脚工作面无法贴合在锥面上。本量具定位面越过铰链中心线3.5 mm，故测量锥体端面的轴肩尺寸不得小于3.5 mm；过宽则导致在测直径较小的锥体时定位面会与端面圆周贴合。如果有毛刺，将不能进行正常测量，本测量装置参考表1选取定位面宽度为10 mm。在定位面上切出凹槽是为了避免定位面与锥体端面圆周接触，以消除毛刺的影响,从而使测量的精度更高。6 量
44、具使用应该注意的事项（1）测量装置使用前将测量面和定位面清净，参照国家计量检定规程通用卡尺鉴定规程（JJC302002），可用10 mm标准量块（不低于6等量块的精度）校准清零，以消除常值系统误差。注意：（示值+10）mm为测量结果。（2）测量时，首先主尺通过其上的定位面在锥体端面定位，同时主测量卡脚工作面与锥面贴合，然后推动游标，使游标上的定位面也在锥体端面定位，同时副测量卡脚工作面与锥面贴合即可直接读出测量结果。注意游标相对于主尺的最大移动速度应 1.5 mm，否则将产生错误计数。（3）卡尺不要放在强磁场附近（如磨床的磁性工作台上），以免使游标卡尺感受磁性，影响使用。（4）卡尺要防尘、防水
45、，不要与诸如冷却液等腐蚀性液体接触。（5）不要在卡尺的任何部位加电，否则卡尺内芯片将被毁坏。（6）当工作环境湿度 80%时，卡尺测量尺寸会发生突变，可将卡尺拿到阳光或干燥处一段时间，即可恢复正常。（7）如长期不用，取出电池放入包装盒内贮存。7 结束语本文主要介绍了基于虚交点的圆锥体端面尺寸数显量具设计原理和加工工艺，该装置主要用于测量圆锥体端面的直径，装置结构简单，操作简单方便，无视值误差，在线数显直读，有一定的通用性。一般的设备有的测量设备成本较高；有的需专用检具并计算，操作不便；有的为定性测量，无法获得具体尺寸数值，均不适合生产现场使用，特别是不能在机上检测，该量具能有效的解决上述问题，值
46、得推广应用。通过这次毕业设计，学到了很多知识，在老师的指导下，阅读了很多关于量具和机械加工的知识。既巩固了学过的知识，又有了新的理解和更加深入的认识，获益匪浅。致谢还要感谢的是教会我知识和辅导我的老师们，是他们教会我知识，教会我做人，愉快而充实的度过了大学四年的时光，也是在他们丰富知识的熏陶下，我才有能力把这次设计完成，谢谢他们！参考文献1陈锡渠，王振宁，苏建修，王占奎. 自适应圆锥体端面直径测量装置J.制造技术与机床，2008，（9）：1181212宋满仓，虞慧兰. 锥面加工中的尺寸检测与控制J.新技术新工艺，1996，(3)：163杜明芳，张永明. 圆锥体测量与数据处理J.计量与测试技术，2002，(4)：10114龚秀丽. 圆锥体截面圆直径及高度的测量J.工业计量，2001，（S1）：2482505李小清，张福润，杨楚民. 大型圆锥体工件外锥小径专用量具的研制J.工具技术，2003，37（5）：44466刘兴富. 在正弦规上测量内外圆锥体的精确简便方法J.装备制造技术，2005，（1）：27297周富臣，周鹏飞，张改. 机械制造计量检测手册.北京：机械工业出版社，19988雒运强. 使用机械加工测量技巧450例.北京：化学工业出版社，20089才家刚. 图解常用量具的使用方法和测量实例.北京：机械工业出版社，200610郑叔芳，吴晓琳. 机械工程测量学
