三坐标开放实验报告

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三坐标开放实验报告
实验目的：
（1）了解并熟悉三坐标测量机的基本结构和功能
（2）掌握三坐标测量机的操作规程和操作方法，能正确测量零部件的各种形状与位置公差。基本了解“逆向设计”的流程及其方法。
实验仪器：
三坐标测量机（精度0.01mm），减速器箱体
实验要求：
（1）绘制箱体零件图。
（2）注各种形位公差，说明提这类公差的原因。
（3）完成实验报告，小结并谈谈实验心得。
实验原理及说明：
（1）三维扫描技术：
三维扫描就是测量实物表面的三维坐标点集，得到的大量坐标点的集合称为点云（Point Cloud)。
三维扫描技术大致经历了三代，各代的主要特征如下：
• 第1代的特点是逐点扫描，速度慢。如三坐标测量机CMM
• 第2代的特点是逐线扫描，速度仍然较慢，如激光线扫描仪
• 第3代的特点是面扫描，速度非常快,如3DSS
第3代三维扫描仪，3DSS的主要特点：
• 一次测量一个面，扫描速度极快，数秒内可得到100多万点
• 便携，可搬到现场进行测量
• 工件或测量头可随意调节成便于测量的姿势
• 大景深（可达300~500mm)
• 测量范围大
• 精度高
• 测量点分布非常规则
• 大型物体分块测量、自动拼合
3DSS运用的领域：
CAD/CAM/逆向工程(RE)/快速成型(RP)
• 扫描实物，建立CAD数据；或是扫描模型，建立用于检测部件表面的三维数据
• 模具设计
• 对于不能使用三维CAD数据的部件，建立数据
• 个性化设计，如服装CAD
• 使用由RP创建的真实模型，建立和完善产品设计
• 有限元分析的数据捕捉
检测(CAT)/CAE
• 生产线质量控制和曲面零件的形状检测
科学研究
• 计算机视觉
• 计算几何
• 考古研究
其他应用
• 文物、艺术品的录入和电子展示
• 动画造型
• 牙齿及畸齿矫正
• 整容及上颌面手术
（2）逆向工程介绍：
在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”。逆向工程则是一个“从有到无”的过程。简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。
随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要经过逆向工程技术的处理才能获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是“将产品样件转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。

实验内容：
按照操作手册逐步完成实验，并分别对减速器箱体的各项公差进行检验，如：垂直度，平行度，位置度，同轴度，平面度，圆柱度，等等。
箱体零件图绘制如下：
图中各公差项目均用数字①、②、③•••表示
①、为了保证轴承盖正确安装，必须对箱体上①处提位置度要求。可将轴承盖与箱体一起配合加工。
②、此处要安装轴承，为了保证轴承与轴承孔的配合要求，必须提圆柱度要求。
③、此处为了保证轴的正确安装并使轴承正确配合，故需提轴线与圆柱面中心线的同轴度的要求。
④、此处与箱盖相连，为了保证箱体的密封性，必须提平面度的要求。
⑤、此处与⑦处同时保证轴承盖的安装定位，保证箱体的密封性，故需提于A基准的垂直度要求。
⑥、此处为了保证两齿轮的正确配合，从而更有效地提高齿轮的工作寿命，故必须提两轴线的平行度要求。

实验原始数据记载：
1、    测尖管理：                    2、平面      测量值        
球        测量值                    CX        -0.001        
X         18.207                    CY         0.001        
Y         19.985                    CZ        -0.001        
Z         -3.533                    DS        35.120        
球度      0.053                    平面度      0.028        
DM        32.895                 
2、    圆（建坐标系）                              4、直线        测量值
          测量值（1）     测量值（2）              CX         0.999   
X        -89.936              -181.904                CY         0.025   
Y        -11.711           -14.053                 CZ         0.019   
圆度       0.021             0.038                 DS         34.402   
DM         5.652             5.678               直线度        0.000
5、圆柱           测量值               6、圆柱度        测量值
X      -45.856    -39.806             CX            0.865                           
Y       44.365    141.391             CY           -0.079                           
Z      -16.463      9.832             CZ            0.495                          
CX        0.866      0.865             DS           71.956                        
CY       -0.078     -0.079            圆柱度         0.021                             
CZ        0.495      0.495            平行度         0.140                           
圆柱度       0.008      0.021                                             
DM       51.766     71.956               
同轴度           0.193
7、平面（轴承盖安装面）    测量值       8、圆柱          测量值
        CX                 -0.863           CX             0.865                    
        CY                  0.076           CY            -0.079                  
        CZ                 -0.500           CZ             0.495                     
        DS                 18.436           DS            71.956                     
       平面度               0.020         圆柱度           0.021                           
                                          垂直度           0.566   
9 ¬注：因测量条件限制，无法测出其位置度有关尺寸。

实验误差分析：
1 在测量过程中，每个组员都操作过，有不等精度误差。
2 箱体本身的形状不规范，尺寸不标准造成误差。
3 测量过程中，操作不标准造成误差。
4 外界干扰如温度等造成误差。
                                                                                                                               实验小结及体会：
1、    初步学会了三坐标测量机的操作规程及方法，并能正确测量各种形位公差，完成各形位公差的表达，进一步掌握了提各种形位公差的依据，从而有效地提高了机械设计过程中的一个关键环节――精度设计。
2、    了解了逆向工程的基本原理，从而较全面地掌握了逆向工程的基本流程。
3、    在信息技术高速化，产品结构多元化，全球经济一体化的今天，身为跨世纪的当代大学生，必须较全面地掌握各种涉及到本行业、本专业的高新技术，能较好地运用高新科学技术成果来解决现实生活工作中遇到的种种问题，从而提出优化方案，使产品的性能得到有效地提高。三坐标测量机极大地改进了原始测量过程的繁琐性，并能在一定程度上摒除了人为因素给测量结果带来的随机误差，从而有效地提高了测量的精度，使结果更准确地表达。
4、    通过本次综合开放性实验，我深刻地意识到掌握当今高新科学技术成果已迫在眉睫。在今后的学习、工作中，我们要重视能力的培养，努力提高各项综合素质，尽自己的一切可能掌握各项科学技术成果，使自己成为复合型人才。