摘 要

工业的发展使得三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，CMM)作为一种有很强的通用性及高的自动化水平和精度的测量仪器，被先进制造技术与科学研究广泛应用。形位误差的测量在几何量精密测量中占据重要的地位。而基于三坐标测量机的形状误差测量在工程应用中更是重要。

本次设计主要是用CMM对机加零件的特征进行测量，以获得零件的尺寸及几何误差，并按照国家标准中形状误差的定义和评定准则，利用有关软件进行误差分析处理。本次设计中也对逆向工程技术进行了了解。逆向工程技术，就是根据零件得出其理论数学模型，再对其用CATIA等三维软件重新进行三维建模，然后可以将三维模型导入三坐标测量机进行自动测量。通过本次设计，可以增加对三坐标测量机的认识，加深对尺寸和几何误差的理解，为今后从事相关工作奠定基础。

关键词：三坐标测量机、形位误差、误差处理、逆向工程

Shape Tolerances Measuring and Analyzing of Machining parts Based on CMM

Abstract

With the development of industry, three coordinate measuring machine has a very extensive application as a kind of strong versatility, high degree of automation, high precision measurement system in the advanced manufacturing technology and scientific research. The measurement of form and position tolerances occupies a very important position in the precision measurement of geometric precision. Based on the three coordinate measuring machine, measurement of shape tolerances has important value in engineering application.

This design mainly uses the CMM to measure the features of machining parts, in order to obtain the size of the parts and geometric tolerances, and according to the national standard of the definition and evaluation criteria of form tolerances, we use relevant software for tolerance analysis. In this design, we also understand the technology of reverse engineering. The principle of reverse engineering technology is that we can obtain the theoretical mathematic model according to the parts,and then we can do three-dimensional modeling in 3d sofwore like CATIA,after that,we can import 3d model in three coordinate measuring machine for auomatic measurement. Through the design,we can increase the understanding of three coordinate masuring machine, and deepen the understanding of size and geometric tolerances. It is useful for related work in the future.

Keywords: Three coordinate measuring machine、form error、error handling、reverse engineering

目录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 课题的背景及意义 1

1.2 三坐标测量机国内外研究状况 2

1.2.1国外概况 2

1.2.2国内概况 2

1.3 三坐标测量机发展趋势 3

1.4 研究内容 4

2 三坐标测量机介绍 6

2.1 坐标测量机的基本组成 6

2.2 测量机主机的几种结构形式 6

2.3 活动桥式测量机的构成及功能 ： 7

2.4 控制系统的功能 8

2.5 测座、测头系统 8

2.6 计算机和测量软件 9

2.7 测量机的工作环境 9

2.8 操纵盒使用说明 10

3 三坐标测量机测量步骤 12

3.1 系统启动 12

3.1.1测量机启动前的准备 12

3.1.2测量机系统启动 12

3.1.3测量机系统关闭 12

3.2进入测量软件 13

3.3 测头校验 14

3.3.1测头校验的必要性 14

3.3.2测头校验的原理 15

3.3.3测头校验的步骤 15

3.4 测量特征 21

3.4.1测量特征分类 21

3.4.2手动测量特征 21

3.4.3替代推测、构造特征 23

3.5 尺寸和公差 24

3.5.1特征位置 24

3.5.2距离 25

3.5.3平面度的评价 27

3.5.4同轴度评价 28

3.5.5平行度/垂直度评价 30

3.6 坐标系的建立 30

3.6.1建立坐标系步骤 30

3.6.2图形显示窗口 32

4 逆向工程 33

4.1 逆向工程介绍 33

4.1.1逆向工程基本信息 33

4.1.2逆向工程使用设备 33

4.1.3逆向工程作用 34

4.1.4逆向工程的发展及关键技术 35

4.2三维模型重建 36

4.2.1三维激光扫描仪扫描 36

4.2.2CATIA修补 37

5 结果分析 39

5.1 特征分析 39

5.2 机加零件分析 40

6 结论与展望 41

6.1 结论 41

6.2 展望 41

7 致谢 42

参考文献 43

绪论

1.1 课题的背景及意义

科学技术的不断发展使人们对产品的功能和零件精度的要求越来越高。随着生产力的快速发展和产品批量的增加，单一的尺寸公差已经满足不了产品装备的互换性要求，因此必须把形状公差和位置公差结合起来。形状和位置公差是评定机械零件加工精度的首要技术指标之一，它对机器、仪表和工、夹、量具的精度、强度、密封性等都有影响。CMM是20世纪60年代后期开始有所发展，它的效率很高，精度也很高。它顺应了生产发展的需要和电子技术,计算技术及精密加工技术的发展。现阶段它机械，仪器，电子，国防和航空产业等各部门的应用普遍。

在用三坐标测量机对零件几何精度进行测量时，将被测零件固定在工作台上来获得被测几何型面上各测点的坐标尺寸。根据这些点的空间坐标值,可得出被测零件的几何形状位置尺寸及其不确定度。三坐标测量机和传统的计量仪器是有区别的，它能够降低测量误差，提高测量效率，提高繁杂测量物的测量精度，且拥有自动测量功能，这可以让测量者不用那么疲惫，通过自动整理测量数据，来保证产品的精度和质量，满足设计与制造的需要。

在逆向工程技术(Reverse Emgineering)中三坐标测量机也有着重要的应用，逆向工程是20世纪80年代后期在先进制造领域里出现的新技术。与传统的正向工程，即“产品概念设计→产品CAD模型→产品(物理模型)”相反，逆向工程首先对产品(物理模型或原型)进行数字化，继而用CAD系统获得产品的CAD模型，再依据设计与制造的具体约束，最终生成出模型所定义的产品或新的产品。逆向工程技术在快速制造中有很大作用，成为二次开发的重要途径之一。