四維微調(diào)工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（全套）2012本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
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This design studies the precision positioning principle and structure composition of 4D Micro motion stage. Which is a highly precision positioning instrument. It can realize three directions’ regulation, including X, Y and Z. by the motor driving of wheel gear, gear rack and threads. And it can also realize level angle and angle of elevation’s driving .It is mainly used in engineering experiment. As the poisoning control stent it is used to poisoning control of various optical instrument. This devise can be installed on a long guide way to measure a long distance. To realize highly precision poisoning’s fast location, in this design I adopt the way of coarse adjustment trimming combine together. After finish the design I know more about the device’s system constitution and work principle and most important what I designed can satisfy the require precision. Realize the task target requirement that the coarse adjustment coverage of X is 0~25mm, resolution rate is 0.001 mm , the coverage of Y is ±25mm, resolution rate is 0.1mm, the coverage of Z is 0~22mm , the coarse adjustment coverage of deflection angle is 0~360°, the trimming coverage is±5°
Key words: 4D Micro motion; poisoning control; Micro motion stage; Measuring instrument; location stage.
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1課題背景及研究意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.2.1微調(diào)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式 1
1.2.2國外研究現(xiàn)狀 2
1.2.3我國的研究現(xiàn)狀 3
1.3微調(diào)精密定位工作臺(tái)的發(fā)展前景 3
1.4系統(tǒng)組成及工作原理 5
1.5本文的主要工作 6
第2章 四維微調(diào)工作臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì) 7
2.1微調(diào)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特點(diǎn) 7
2.1.1機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求 7
2.1.2四維微調(diào)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 7
2.2微調(diào)工作臺(tái)機(jī)體主要材料的選擇 7
2.3微調(diào)工作臺(tái)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)形式的選擇 8
2.4四維微調(diào)工作臺(tái)的組成及工作原理 9
2.4.1 X方向粗調(diào)機(jī)構(gòu) 9
2.4.2X方向微調(diào)機(jī)構(gòu) 10
2.4.3 Y方向粗調(diào)機(jī)構(gòu) 10
2.4.4 Z方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 11
2.4.5水平轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 12
2.4.6垂直仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 12
2.5 本章小結(jié) 14
第3章 四維微調(diào)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.1 微調(diào)工作臺(tái)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.1.1X軸方向粗調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.1.2Y軸方向的粗調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
3.1.3Z軸方向的粗調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
3.1.4X軸方向微調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
3.1.5仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
3.2導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 32
3.2.1作用力方向和作用點(diǎn)位置對(duì)導(dǎo)軌工作的影響分析 32
3.2.2導(dǎo)軌主要尺寸的確定 34
3.2.3導(dǎo)軌的誤差分析 35
3.3彈簧的設(shè)計(jì) 35
3.3.1X軸方向微調(diào)機(jī)構(gòu)的彈簧設(shè)計(jì) 35
3.3.2繞Z軸旋轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)的彈簧設(shè)計(jì) 38
3.3.3仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的彈簧設(shè)計(jì) 39
3.4微調(diào)工作臺(tái)的支撐和基座設(shè)計(jì) 39
3.4.1支承的設(shè)計(jì) 39
3.4.2基座的設(shè)計(jì) 40
3.5本章小結(jié) 41
第4章 示數(shù)裝置的設(shè)計(jì) 42
4.1示數(shù)裝置設(shè)計(jì)要求 42
4.2示數(shù)裝置的分類 42
4.3X－Y軸方向粗調(diào)示數(shù)裝置的設(shè)計(jì) 42
4.3.1類型的選擇 42
4.3.2標(biāo)尺與指針的選擇 42
4.3.3分度尺寸的選擇 43
4.4X軸微調(diào)示數(shù)裝置的設(shè)計(jì) 43
4.4.1設(shè)計(jì)原理 43
4.4.2設(shè)計(jì)計(jì)算 43
4.5本章小結(jié) 44
結(jié)論 45
參考文獻(xiàn) 46
致謝 48
第1章 緒 論
1.1課題背景及研究意義
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在電子、光學(xué)、機(jī)械制造等眾多技術(shù)領(lǐng)域中迫切需要高精度、高分辨率、能夠靈活控制的微動(dòng)系統(tǒng)用以直接進(jìn)行工作或配合其它儀器設(shè)備完成高精度的定位和測(cè)量。正是這種需要極大地促進(jìn)了高精密定位和測(cè)量技術(shù)發(fā)展。
高精度和高分辨率的超精密工作臺(tái)系統(tǒng)在近代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)占有極為重要的地位。它直接影響精密、超精密切削加工水平、精密測(cè)量水平及超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)水平。同時(shí),它的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是各國高技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
大行程超精密工作臺(tái)主要的類型有直線電機(jī)式驅(qū)動(dòng)、摩擦式驅(qū)動(dòng)，也有采用兩級(jí)進(jìn)給的方式，即采用粗動(dòng)與精動(dòng)兩套系統(tǒng)，以同時(shí)兼顧大行程、高響應(yīng)速度和高定位精度。
高精度和高分辨率的超精密工作臺(tái)系統(tǒng)在近代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)占有極為重要的地位。它直接影響精密、超精密切削加工水平、精密測(cè)量水平及超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)水平。同時(shí)，它的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是各國高技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
超精密工作臺(tái)系統(tǒng)的定位精度和行程范圍直接影響生產(chǎn)加工的精度。同時(shí)，工作臺(tái)的速度、加速度及啟停過程的穩(wěn)定時(shí)間則影響設(shè)備的效率，成為系統(tǒng)的重要指標(biāo)。這些一次定位的精密工作臺(tái)系統(tǒng)可以按精度高低和行程大小分為兩類:小行程、極高精度的工作臺(tái)系統(tǒng)和大行程、高精度的工作臺(tái)系統(tǒng)。小行程極高精度工作臺(tái)大多采用壓電元件或電磁元件作為驅(qū)動(dòng)裝置。行程多在數(shù)十微米的范圍內(nèi)，但位移分辨率可高達(dá)1nm。大行程高精度工作臺(tái)是指行程達(dá)毫米級(jí)以上，但定位精度略低于小行程系統(tǒng)的工作臺(tái)系統(tǒng)。它大多采用直線電機(jī)或摩擦式驅(qū)動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)分辨率大多在10nm左右。
1.2.1微調(diào)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式
摩擦傳動(dòng)具有正反空程小、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，適合精密定位。其不足之處是負(fù)載能力小，不能夠產(chǎn)生太大的驅(qū)動(dòng)力，否則傳動(dòng)過程容易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，因此限制了摩擦驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用范圍。
與傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)相比，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：省略了中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，減少了機(jī)械磨損，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可以保持高增益，實(shí)現(xiàn)精確的進(jìn)給前饋，對(duì)給定的加工路徑可以用高速進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤，從而保證了機(jī)床的高精度和使用壽命。運(yùn)行時(shí)，直線電機(jī)不像旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣會(huì)受到離心力作用，因此其直線速度不受限制。直線驅(qū)動(dòng)的慣性主要存在于滑臺(tái)，因此加工時(shí)可以有很高的加速度。直線電機(jī)靠電磁推力驅(qū)動(dòng)，故系統(tǒng)噪聲很小，改善了工作環(huán)境。過去應(yīng)用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要集中在高速進(jìn)給領(lǐng)域，利用了它可以有很高的加速度和運(yùn)行速度的優(yōu)點(diǎn)，但隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，直...
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