毕业设计(论文)-形状误差的评定.doc
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1、目录摘要3前言3第1章 形状公差的概述.411形状公差的概述.412形状公差的定义.6第2章 编程软件LabVIEW简介21 LabVIEW概述.1022 LabVIEW的应用.1023 LabVIEW的编程环境.1124设计过程中常用功能简介12第3章 形位误差的评定31 直线度误差的评定.21第4章 直线度检测系统设计41 检测系统总体方案设计.2842 机械系统设计计算2843 检测系统的硬件设计.2944 检测系统的软件设计.31附录 1 程序图 .37参考文献 38摘要:本设计多功能形位误差测量仪,通过LABVIEW虚拟仪器控制采集与进行数据处理,通过多功能数据采集卡进行采集,使数据
2、进入计算机中,采用不同的方法评定轴类零件的直线度、圆度和同轴度,然后可以得到它们的误差值和误差曲线图。前言目前,生产现场对形位误差测试的要求不断提高,一些原有的测试手段已不能满足产品生产的需要。例如各种工件的直线度的测量,以前采用跨桥和自准直仪测出角度,再采用人工计算、作图的方法得出结论。这种方法存在两方面的不足:一是测量误差大、精度低。如从自准仪上读数时要产生误差、人工画图时要产生误差;二是劳动强度大、效率低。由于测量数据必须记录在表格中,再进行人工绘图,造成工作量大,耗费时间。多功能形位误差测量系统是一种精度高、功能多、性能稳定、测量数度快、操作简单和使用方便的形位误差测量系统。该系统可对
3、直线度、圆度等形位误差进行测量,并且可以采用不同的方法进行评定误差。第1章形状公差的概述11概述零件在加工过程中,由于机床夹具刀具系统存在几何误差,以及加工中出现受力变形、热变形、震动和磨损等影响,使被加工的零件的几何要素不可避免地产生误差。这些误差包括尺寸偏差、形状误差(包括宏观几何形状误差、波形和表面粗糙度)及位置误差。图11 零件的几何误差形状和位置误差(简称形位误差)对零件的使用功能有较大的影响。例如,孔与轴的结合,由于存在形状误差,在间隙配合中,会使间隙分布不均匀,加快局部磨损,从而降低零件的工作寿命;在过盈配合中,则使过盈量各处不一致,影响联结强度。总之,零件的形状误差对机器或仪器
4、的工作精度、寿命等性能均有较大影响。对精密、高速、重载、高温、高压下工作的机器或仪器的影响更为突出。因此,为了满足零件装配后的功能要求,保证零件的几何要素规定必要形状和位置公差(简称形位公差)。我国先行的形位公差标准为:形状和位置公差 通则、定义、符号和图形表示法(GB/T1182-1996),形状和位置公差 未注公差值(GB/T1181996),形状和位置公差(GB/T42491996)及形状和位置公差 最大实体要求,最小实体要求和可逆要求(GB/T166711996)等。零件的形状公差共14项,见表11。表11 形状公差分类表为了介绍形位公差,首先对几个有关术语说明如下:构成零件几何特征的
5、点、线、面称为要素,要素可分为:1、 理想要素与实际要素(1) 理想要素 指具有几何学意义的要素。它是按设计要求,由图纸上给给定的点、线、面的理想状态。(2) 实际要素 指零件上实际存在的要素,即加工后得到的要素。通常由测得的要素来代替。由于存在测量误差,故测得要素并非该要素的真实状况。2单一要素与关联要素按该要素与其他要素是否存在功能关系又可分为:(1)单一要素单一要素指仅对其本身给出形状公差的要素。(2)关联要素 指对其他要素有功能关系的要素,即规定位置公差的要素。12 形状公差的定义形状公差是指单一实际要素的形状所允许的变动全量。形状公差用形状公差带表达。形状公差带是限制实际要素变动的区
6、域,零件实际要 素在该区域内为合格。形状公差带包括公差带形状、方向、位置和大小等四个因素。其公差值用公差带的宽度或直径来表示,而公差带的形状、方向、位置和大小则要随要素的几何特征及功能要求而定。121各项形状公差带及其公差带尽管零件的种类繁多,但构成零件几何的要素不外乎是直线、曲线、平面。回转面和曲面等。形状公差项目有下列6项。1 直线度直线度公差用于控制直线、轴线的形状误差。根据零件的功能要求,直线度可分为在给定平面内、在给定方向上和任意方向上三种情况。(1) 在给定平面内其公差带是距离为公差值t的两平行直线之间的区域。(2) 在给定方向上又可分为:、 给定一个方向其公差带是距离为公差值t的
7、两平行平面之间的的区域(如下图1-2所示)图1-2、 给定两个方向其公差带是正截面为t1*t2的四棱柱内的区域(见下图1-3)图1-3当只需控制实际线某一给定方向上的形状误差时,按前者标注。而后者标注法则用于控制实际线两个给定方向上的形状误差。通常是指相互垂直的两个方向,以下相同。(3) 任意方向上其公差带是直径为公差值t的圆柱面内的区域(如下图),用于实际任意方向上的形状误差均需控制的情况。图1-4标准中规定,在形位公差值前加注“F”,表示其公差带为一圆柱体,当被测要素为轴线或中心平面等中心要素时,指引线的箭头应与尺寸线对齐(如上图1-4)第2章 编程软件LabVIEW简介 随着测试技术及大
8、规模集成电路技术的发展,传统的电子测试仪器己从模拟技术向数字技术发展;从单台仪器向多种功能仪器的组合及系统型发展;从完全由硬件实现仪器功能向软硬结合方向发展;从功能组合向以个人计算机为核心构成通用测试平台、功能模块及软件包形式的自动测试系统发展。同时,随着计算机技术的不断提高,现代自动测试系统正向仪器的自动化、智能化、小型化、网络化和综合化方向发展。虚拟仪器的出现给现代测试技术带来了一场革命,虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物,是两门学科的最新技术的结晶,融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形化软件编程于一身,实现了测量仪器的智能化、多样化、模块化和网
9、络化,体现出多功能、低成本、应用灵活、操作方便等优点,在很多领域大有取代传统仪器的趋势,成为当代仪器发展的一个重要方向,并受到各国企业界的高度重视。所谓虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI),就是在以通用计算机为核心的硬件平台上,利用虚拟仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板以及相应的功能,人们通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮、开关和按键,去选用仪器功能,设置各种工作参数,启动或停止一台仪器的工作。在计算机软件控制下对输入的信号进行采集、分析、处理,测量结果(数据、波形)和仪器工作状态都可从虚拟仪器面板上读出。用户在屏幕上通过虚拟仪器面板对仪器的操作如同在真
10、实仪器上的操作一样直观、方便、灵活。21 LabVIEW概述LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 的简称,是美国国家仪器公司(NATIONAL INSTRUMENTS,简称NI)的创新软件产品,也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试是实验室研究和工业自动化领域广泛存在的实际任务。在20世纪80年代初计算机出现之前,几乎所有拥有程控仪器的实验室都采用贵重的仪器控制器来控制测试系统,这些功能单一、价格昂贵的仪器控制器通过一个集成通
11、讯端口来控制总线仪器。后来,随着PC机的出现,工程师和科学家找到一种通过性能价格比高的通用PC机控制台式仪器的方法,各种基于PC机接口的板卡产品便应运而生。22 LabVIEW的应用LabVIEW 在包括航天、通讯、生物医学、电子、地球物理、机械等各个领域内得到广泛的应用,从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化,从大学实验室到工厂,从探索研究到技术集成,都可以发现应用LabVIEW的成果和开发产品。221 LabVIEW应用于测试与测量LabVIEW已成为测试与测量领域的工业标准,通过GPIB、VXI、PLC串行设备和插卡数据采集板可以构成实际的数据采集系统。它提供了工业界最大的仪
12、器驱动程序库,同时还支持通过Internet 、ActiveX 、DDE 和SQL等交互式通信方式实现数据共享,它提供的众多开发工具使复杂的测试与测量任务变得简单易行。222 LabVIEW应用于过程控制和工业自动化LabVIEW强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计为过程的控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案。对于更为复杂、更专业的工业自动化领域,在LabVIEW基础上发展起来的Bridge VIEW是更好的选择。223 LabVIEW应用于实验室研究与自动化LabVIEW为科学家和工程师提供功能强大的高级数学分析库,包括统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成算法、时域和频域
13、算法等众多科学领域,可满足各种计算机和分析需要。即使在联合时域分析、小波和数字滤波器设计等高级或特殊分析场合,LabVIEW也为此提供专门的附加软件包。23 LabVIEW的编程环境221 LabVIEW模板与一般的程序相比,LabVIEW提供了三个浮动的图形化工具模板,分别是工具模板、控制模板和功能模板。这三个模板功能强大,使用方便,表示直观,是用户编程的主要工具。(1)工具模板 工具模板包括操作工具,定位工具,标注工具,连线工具,弹出菜单工具,滚动工具断点工具探针工具,颜色工具和颜色拷贝工具。通过这样的工具,就用于VI的创建、修改和调试。 (2)控件模板控件模板按功能分类,每个工具图标双包
14、含一系列子模板。控件模板功能强大,通过这些子模板可以找到创建程序所需的所有对象工具。使用控制模板可以给前面板增加输入控件和输出指示器。子模板包括数值子模板、布尔子模板、字符串子模板、列表和环子模板、数组和簇子模板、路径和参考名子模板、图形子模板、装饰子模板、用户控制子模板、控制子模板和AxtiveX子模板。(3)功能模板使用功能模板可创建框图程序模板上每一个顶层图标都表示一个子模板。LabVIEW框图编程的所有函数按照功能分类都分布在功能模板的子模板里。每个子模板的内容及操作是LabVIEW编程最基本、最重要的内容。功能模板包括下列子模板:结构子模板、数值运算子模板、布尔逻辑子模板、字符串子模
15、板、数组子模板、簇子模板、比较子模板、时间和对话框子模板、文件输入/输出子模板、仪器输入/输出子模板、通信子模板、数据采集子模板、分析功能子模板、示教课程子模板、高级功能子模板、选择VI子程序子模板、用户库子模板、应用控制子模板和仪器驱动子模板。通过这些功能子模板,可实现所有LabVIEW的应用功能。 24 设计过程中常用功能简介241 数据类型LabVIEW的数据类型与传统编程语言中的数据类型基本相似,除了一般的数据类型之外,还有一些独特的数据类型。LabVIEW中的数据类型包括数字型(Numeric)、布尔型(即逻辑型,Boolean)和字符串型(String);构造数据类型包括数组和簇;
16、其他数据类型包括枚举(RefNum)、空类型等等。数字类型的前面板对象包含在控制模板 Numeric子模板中,传统的数据类型分为变量和常量两种,在某种意义上,LabVIEW的数据也可以这么分,Numeric子模板中的前面板对象就相当于传统编程语言中的数字变量,。LABVIEW的子模板包括多种不同形式的控制和指示,它们的外观各不相同,人数字量、滚动条、水箱、温度计、旋钮、表头、刻度盘以及颜色框等,但本质是完全相同的,都是数字型,只是外观不同而已。在LabVIEW中布尔弄数据即逻辑型数据,它的值为真(true)或假(false),或者为1或0。布尔型前面板对象包含在控制模板 Boolean子模板中
17、。模板中有不同有布尔前面板对象,如不同形状的按钮、指示灯和开关等,这都是从实际仪器的开关、按钮演化来的,十分形象。采用布尔按钮可以设计出逼真的虚拟仪器前面板。与数字类型相似,这些不同的布尔控制也是外观不同,内涵相同,都是布尔型,只有0和1两个值。242 结构For循环是LabVIEW最基本的结构之一,它执行指定次数的循环,相当于语言中的For循环:For (i=0; iN; i + ) LabVIEW中的For循环可从框图功能模板FunctionStructure子模板中创建。大多数情况下,用户使用For循环处理数组。这是因为LabVIEW已经知道了元素的个数,而且自动变址功能会为用户自动处理
18、迭代:用户所要做的所有事情是将数组装入循环,迭代次数会与数组中的元素的个数相等。移位寄存器(Register)和框架通道(Channel)两个独具特色的新概念。移位寄存器的功能是将第 i-1, i-2, i-3次循环的计算结果保存在FOR循环的缓冲区内,并在第i次循环时将这些数据从循环框架左侧的移位寄存器中送出,供循环框架内的节点使用。在循环框架上的右键弹出菜单中选择Add Shit Register创建。框架通道是For循环与循环外部数据交换的数据通道,其功能是在For循环开始运行前,将循环外其他节点产生的数据送至循环内,供循环框架内的节点使用。还可以在For循环运行结束时将循环框架内节点产
19、生的数据送至循环外,供循环外的节点使用。用连线工具将数据连线从循环框架内直接拖至循环框架外,LabVIEW会自动生成一个框架通道。框架通道有两面三刀种属性:有索引(Enable Indexing)和无索引(Disable Indexing).For循环执行的是包含在循环框架内的程序节点。其重复端口相当于C语言For中的I,初始值为0,每次循环递增步长为1。而且,重复端口的初始和步长在LabVIEW中是固定不变的,若要用到不同的初始值或步长,可对重复端口产生的数据进行一定的数据运算,也可用到移位寄存器来实现。CASE选择结构,相当于C语言中的switch语句:switch(表达式)case 常量
20、表达式1:语句1; case 常量表达式2:语句2; case 常量表达式n:语句n;default :语句n+1; 在某种意义上还相当于C语言的if语句: if(条件判断表达式) else语句选择结构可从框图程序中的功能模板 Function Structure 中创建。最基本的选择结构是由选择框架(Case Frame)、选择端口(Selection Terminal)、框架标识符(Diagram Identifier)以及递增/递减按钮(Increment/Decrement Button)组成。 在选择结构中,选择端口相当于上述C语言Switch 语句中的“表达式”,框图表示符相当于“
21、表达式n”。编程时,将外部控制条件连接至选择端口上,程序运行时,选择端口会判断送来的控制条件,引导选择结构执行相应框架中的内容。为与选择框架外交换数据,选择结构也有框架通道。选择结构的边框通道与For循环相类似,但有其自身特点。当外部数据连接到选择框架上供其内部节点使用时,选择结构的每一个子框架都能从该通道中获得输入的外部数据;当选择结构内部的数据需通过框架通道送至外部时,必需在每一个子框架中都连接一个同数据类型的数据到同一个框架通道上。这主要是因为选择结构执行时是根据外部控制条件从其所有的子框架中选择其一执行的,子框架选择非此即彼,所以每一个子框架都必需连接一个数据。对于一个框架通道,一个子
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