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三坐标测量实验指导老师：姚凤高级工程师浙江理工大学机械基础实验教学中心2007-4-20三坐标测量实验一、实验目的二、实验项目三、测量原理四、实验过程一、实验目的了解三坐标测量机测量原理及计算机采集测量数据和处理测量数据的过程加深对各种形位误差定义的理解掌握先进测量工具和方法,提高综合实验能力二、实验项目实验1、（必做）用三坐标测量机对工件的尺寸及各项形位误差进行测量评价实验2、（选做）通过三坐标测量机数据采集进行有关工件设计（逆向工程）正、反向工程设计流程概念设计正向工程成品正向工程详细设计正向工程数字化模型物化正向工程数字化模型实现正向工程初始数据获取反向工程数字化模型实现反向工程数字化模型物化反向工程成品反向工程设计人员工艺标准CAD/CAM系统工艺清单NC机床操作人员操作规程设计标准设计标准设计人员设计人员产品样件/模型设计标准CMM测绘工具操作人员设计人员操作规程测量方案技术要求设计人员工艺标准CAD/CAM系统操作人员NC机床工艺清单操作规程功能需求操作规程数字化点云模型/测绘数据NC程序详细结构信息功能尺寸信息NC程序a)正向工程b)反向工程三、测量原理21ZYX3OIAOI测量工件上一圆柱孔的直径，可以在垂直于孔轴线的截面I内，触测孔壁上的三个点（点1、2、3），根据这三点的坐标值即可计算出孔的直径及圆心OI坐标。基于坐标测量原理基本模型XDMD：测量点的数据X：运算M：工件几何参数•基本模型•测头•三维坐标•三个坐标系基本模型三坐标测量机原理•基本模型三坐标测量机原理•测头•三维坐标•三个坐标系测头•基本模型三坐标测量机原理•测头•三维坐标•三个坐标系YXZo先确定Z轴方向再依次定义另两个轴三维坐标•基本模型三坐标测量机原理•测头•三维坐标•三个坐标系机器坐标系（x,y,z）基准坐标系（x0,y0,z0）工件坐标系（x’,y’,z’）三坐标测量机的组成43615X2Y机械系统电子系统1—工作台2—移动桥架3—中央滑架4—Z轴5—测头6—电子系统测头四、实验过程115±±50±25±25±±230±30±±30±其余实验用图综合分析图纸应用SWIFT夹具进行工装夹效正测头建立零件坐标系插入—硬件定义—测头手动方式测量建坐标系所需的元素。（插入—特征）应用3—2—1法或叠代法建立坐标系（插入—坐标系）进行检测项目元素的测量进行形状位置公差评价检测报告1、自动测量：圆、圆柱、矢量点（插入—自动特征）2、程序方式测量：线、平面3、（插入—构造）形状：平面度、直线度、圆度、轮廓度位置：平行度、垂直度、同心度、同轴度、跳动、倾斜度、对称度其他：位置、距离、夹角（插入—尺寸公差）打印检测报告：（文件—打印——编辑窗口打印）打印图形报告：（文件——打印——图形窗口打印）DDC程序设计基准：用于建坐标系的元素坐标原点：一般通过构造得到检测内容：需要测量哪些元素，以及用这些元素进行形状位置公差的评价。其他：工件的摆放方位需要的测头角度、测针大小、长短.（一）确定测量方案•根据工件图纸的设计基准确定测量基准•确定检测几何尺寸的项目和方式----直接检测尺寸----通过间接测量构造尺寸----通过几何元素之间的关系计算获得尺寸•确定各几何元素所需要输出的参数项目。（二）测量过程•开启气源：依次开启空压机、冷干检查气压是否在0.4～0.5Mpa范围之内。如果不在此范围内则可通过气源调节阀调节。•开启计算机电源•启动测量程序：双击屏幕图标出现PC--DIMS页面。•机器初始化：机器完成通讯和坐标初始化。•进行测头管理：—测头定义—测头校验—数据储存•建立零件坐标系：—定义三个相互垂直的坐标轴—定义工件坐标系原点相对于机器坐标系原点的位置•测量各元素•计算并评价•确定打印机及文件输出格式附：测量软件界面学习（基础部分）1、建立测量文件：在测头校正开始，所有测量都要在软件中建立一个测量程序来实现，因此按下列步骤实现测量：启动PC-DIMS软件在主菜单中选择新建文件在右图所示的菜单中输入如：文件名：模板001接口：CMM1选择测量单位：毫米2、硬件定义--测头校验测头校正是三坐标测量机进行测量时不可缺少的一个重要步骤，目的是要正确得到被测零件的测量参数。因此检测零件时首先要校正所使用的测头系统。检验测头的目的：计算出测杆上的球心与CMM零点的关系。求出红宝石球的有效直径。测头的余弦误差3、定义测头系统参数从“插入”下拉菜单中选“硬件定义”，进入“测头”选项。在加亮当前的“测头文件”方框中，键入新的文件名。在“测头说明”窗口加亮“没有测头定义”选项，然后点击下拉菜单的箭头。自上而下顺序选择相应的测座、测头、测杆和转接器（指测座和传感器）。定义测头角度A角（绕X轴转动的角度，顺时针为负，逆时针为正。）B角（绕Z转动的角度）B2211A(b)(a)添加测头角度点击上图中的“添加角度”，在相应栏框内输入所需测头角度或在图表中选择所需测头角度，然后点击确定。4、建立坐标系在精确的测量工作中，正确地建立坐标系与具有精确的测量机、校验好的测头一样重要。建坐标系三步曲：建坐标系有三步，而且很重要的是不要搞乱它的顺序。（1）零件的找正所有建立坐标系的第一步是在零件上测量一个平面来把零件找正。其目的是保证测量时总是垂直零件表面而不是垂直于机器坐标轴。蓝图告诉你哪一个是基准平面，不然可以选一个精加工的表面，而且把测量点尽量分开。测一个平面最少点数是3点（2）旋转到轴线有了一个参考平面，以进入第二步即旋转到轴线。目的是锁定零件的旋转自由度。（3）设置原点确定第三个基准位置，此基准把所有的建坐标元素集合在一起。右手定则为了帮助我们记住轴的名称及方向，采用所谓右手定则。5、测量各参数尺寸（1）手动测量点将测头接近欲测点附近，使测头与表面接触，应确认采点方向基本与工件表面垂直。在右下角的状态栏中有计数器显示为1，在键盘上按“END”键，则此采点进入到零件程序。若你取消此点，然后重新采集，则在键盘上按“ALT+-”键。（2）测量平面确定一个平面的最少点数为三点。重复上述操作，如有坏点，则删去重测。当采点完成，则在键盘上按“END”键。若PC-DMIS误认平面为圆，那么在构造选项中选“替代推测”，然后定义为平面。也可用“CTRL+D”删去此元素，重新采点（3）测量圆测圆的点最少为3点,尽可能把测量点分布开来。（4）测量圆柱圆柱的测量类似圆的测量,不过应该测两个圆。应注意测完第一个圆后再测第二个圆。测圆柱的最少点数是6点（每个圆3点）。当所有点采集完后，在键盘上按“END”键。（5）测量圆锥测量圆锥类似测量圆柱，由于各截面直径不同PC—DMIS会自动进行判断。为计算一个圆锥，PC—DMIS要求测量至少6点（每个圆3点），请注意测同一圆时高度方向应变化不大。（6）测量球测量球类似于测量圆，但需在顶部测一点，这样PC—DMIS会作球的计算而不是圆的计算。6、进行公差比对形位公差包括形状公差和位置公差。形状公差指的是单一实际要素形状所允许的变动量；位置公差是指关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动量。路径：插入—尺寸—选择你所要得到的形位公差。7、打印输出报告PC-DMIS既可以在编辑窗口也可以在检测报告中显示检测程序。检测报告包含所有检测运行的尺寸结果（包括名义尺寸及公差信息），还包括测头信息及给报告加的注释。当确认欲打印的报告后，最好进行打印预览。若需打印则只在工具栏上选择“打印”按钮。