三維微調(diào)工作臺的設(shè)計

1、<p>　　三維微調(diào)工作臺的設(shè)計</p><p>　　[摘 要]三維微調(diào)工作臺主要應(yīng)用在工程設(shè)計實驗中，可做激光發(fā)射器調(diào)節(jié)定位支架外，還可對透鏡、光電接收器、各類波片、光學(xué)元件和光纖等各類光學(xué)期間進行調(diào)節(jié)定位。其X，Y軸使用螺旋千分尺作為調(diào)節(jié)模塊并運用了燕尾形導(dǎo)軌齒輪的傳動方法，可對燕尾形導(dǎo)軌進行運動導(dǎo)向與限制；Z軸是螺桿套筒式運動模式，轉(zhuǎn)角的粗條直接依靠手動調(diào)節(jié)，并用一個緊定螺釘固定防轉(zhuǎn)，其優(yōu)點：精度

2、高，結(jié)構(gòu)緊湊清晰明了，簡潔易懂、容易實現(xiàn)。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]三維微調(diào) 自鎖 高精度 調(diào)節(jié)定位 </p><p>　　中圖分類號：TH39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）05-0357-01 </p><p><b>　　1.總體設(shè)計分析 </b></p><p>　　1.機身結(jié)構(gòu)

3、應(yīng)滿足下列要求 </p><p>　?。?）.機身在滿足強度、剛度的條件下，力求質(zhì)量輕、節(jié)約金屬。（2）.結(jié)構(gòu)力求簡單，并使裝于其上的所有部件、零件容易安裝、調(diào)整、修理和更換。（3）.結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)便于加工。（4）.必須有足夠的底面積，保證微調(diào)工作臺的穩(wěn)定性。（5）.結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)力求減少振動和噪聲。（6）.機構(gòu)設(shè)計力求外觀美觀。 </p><p>　　2. 微調(diào)工作臺機體主要材料的選擇 <

4、/p><p>　　高精密工作臺要求工作臺具有小質(zhì)量、高剛度和低熱變形。因此工作臺的材料選？擇應(yīng)遵循如下原則：密度小、低熱傳導(dǎo)率、低熱膨脹、彈性模量大、技術(shù)要求、經(jīng)濟成本。 </p><p>　　目前傳統(tǒng)工作臺的材料仍然為鋼材，但是其密度大、熱導(dǎo)率與熱膨脹系數(shù)大，使得工作臺的性能受到影響。有些機床為了降低熱變形的影響，在結(jié)構(gòu)上采用了低熱膨？脹的殷鋼，但綜合性能仍然不夠理想。 </p>

5、<p>　　工程結(jié)構(gòu)陶瓷山于其高強度、高硬度和耐高溫、耐輻射、抗腐蝕等優(yōu)點己逐漸成為工程技術(shù)特別是尖端技術(shù)的關(guān)鍵材料，將工程結(jié)構(gòu)陶瓷應(yīng)用在精密平臺上是一種發(fā)展趨勢。氧化鋁陶瓷的密度為鋼的一半，熱導(dǎo)率與熱膨脹系數(shù)也均約為鋼的一半，彈性模量比鋼高一倍，綜合性能比鋼要好。 </p><p>　　石英陶瓷作為結(jié)構(gòu)陶瓷多應(yīng)用在玻璃、冶金、電工、航空航人等行業(yè)。主要利用其熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)小、電性能好等優(yōu)點，

6、但其應(yīng)用于精密平臺還未見報道。石英陶瓷密度小（僅為鋼的四分之一，氧化鋁陶瓷的一半），熱導(dǎo)率與熱膨脹系數(shù)都比鋼與氧化鋁陶瓷小一個數(shù)量級，缺點是彈性模量較小。石英陶瓷材料更適用于輕載的超精密工作臺。 </p><p>　　由于目前傳統(tǒng)工作臺的材料仍然為鋼材，雖然其密度偏大、熱導(dǎo)率與熱膨脹系數(shù)大，使得工作臺的性能受到影響。但從本工作臺的技術(shù)要求可知其精度為毫米、微米級的。在精密工作臺的研究領(lǐng)域精度是相對偏低的。因此由工

7、作臺的技術(shù)要求及經(jīng)濟成本考慮本設(shè)計的工作臺材料仍以鋼材為主，即以45號鋼和Q235為主要材料。在一些特殊零件上根據(jù)需要選用一些適宜的材料。 </p><p>　　3.微調(diào)工作臺導(dǎo)軌設(shè)計形式的選擇 </p><p>　　導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。即保證運動部件在外力作用下，能準(zhǔn)確地沿著一定的方向運動。導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了微調(diào)工作臺的加工精度、工作能力和使用壽命。因此，導(dǎo)軌必須滿足下列設(shè)

8、計基本要求： </p><p><b>　?。?）.導(dǎo)向精度 </b></p><p>　　導(dǎo)向精度是指動導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運動時，直線運動導(dǎo)軌的直線性和導(dǎo)軌同其他運？動之間相互位置的準(zhǔn)確性。 </p><p><b>　?。?）.誤差分析 </b></p><p>　　幾何尺寸誤差主要使指運動件及其承

9、導(dǎo)件配合部分的尺寸偏差，它們主要對配合間隙造成直接影響。 </p><p>　?、偻饬Υ笮?外力包括運動件自重及外加負載，特別使?jié)L動摩擦導(dǎo)軌，在外力作用下，滾動元 件與導(dǎo)向面之間，將產(chǎn)生接觸變形。這種變形，可能引起運動件的傾斜，從而偏離正 確的運動方向。設(shè)計時，可以根據(jù)“赫茨”理論，計算出它們的彈性變形，再根據(jù)其 他幾何參數(shù)，導(dǎo)出其可能引起的誤差。 </p><p>　?、跐櫥偷男再|(zhì) 由

10、于一般分析時，常假定潤滑油厚度為零。實際上，滑動導(dǎo)軌中接觸部分的潤滑 油必然存在，且厚度隨運動件上負荷、負荷停留時間、運動件移動速度、環(huán)境溫度的 改變而變化。但是這些因素的綜合影響，主要表現(xiàn)為滑動摩擦系數(shù)的改變。 </p><p>　?、壅駝?由于任一實際導(dǎo)軌，它在運動方向上的剛度，遠比它在非運動方向上的剛度小。 因此，在設(shè)計時，應(yīng)盡可能的較小在運動方向上因各種振源可能產(chǎn)生的慣性力，避免運動件產(chǎn)生非正常位移。 &

11、lt;/p><p>　?、苣p 磨損主要產(chǎn)生于摩擦導(dǎo)軌。完全避免磨損將不可能，但是可適當(dāng)選擇導(dǎo)向面的寬 度及其尺寸，材料的匹配比例，則有可能獲得較理想的結(jié)構(gòu)。此外，在重量較大或低速滑行的滑動摩擦導(dǎo)軌，在運動時，會出現(xiàn)間斷性的停止 和運動現(xiàn)象，即所謂的“爬行”現(xiàn)象。防止爬行的一般方法就是使運動件卸荷（即設(shè)計成卸荷結(jié)構(gòu)），或在導(dǎo)軌接觸面間，加入性能良好的潤滑劑，減少靜、動摩擦系數(shù)差，使運動件運動趨于平穩(wěn)。 </p&

12、gt;<p>　　（3）.精度保持性 </p><p>　　為了能長期保持導(dǎo)向精度，對導(dǎo)軌提出了剛度和耐磨性的要求。若剛度不足，則直接影響部件之間的相對位置精度和導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，使導(dǎo)軌面上的比壓分布不均勻，加劇導(dǎo)軌面的磨損。 </p><p>　　2. X、Y軸調(diào)節(jié)方案 </p><p>　　2.1 X、Y軸技術(shù)指標(biāo)分析 </p><

13、;p>　　X、Y軸粗調(diào)范圍：0～25mm； </p><p>　　分辨率：0.001mm。 </p><p>　　根據(jù)上述要求，由于分辨率為0.001mm，恰好適合螺旋千分尺的調(diào)節(jié)精度。 </p><p>　　2.2 Z軸方案確定 </p><p>　　在外部的螺套旋轉(zhuǎn)時，螺套上的螺旋型導(dǎo)槽會帶動固定在軸上的螺桿，沿著軸套上的導(dǎo)槽豎直上

14、升，從而螺桿帶動中間的軸一起上下移動。 </p><p>　　3.零件功能分析與簡述 X（Y）軸 </p><p><b>　?。?）導(dǎo)軌部分 </b></p><p>　　導(dǎo)軌部分由一個底座，一個導(dǎo)軌。 </p><p><b>　?。?）底座作用 </b></p><p>

15、;　　用來固定X軸導(dǎo)軌，是整個器件的底座，器件穩(wěn)定工作的保障。導(dǎo)軌是Y（X）軸的導(dǎo)槽，同時也用于固定側(cè)邊導(dǎo)軌與運動的控制部分，其中包括拉伸彈簧和螺旋千分儀。 </p><p>　　（3）X、Y軸運動控制部分 </p><p>　　運動部分由一個螺旋千分尺，兩個拉伸彈簧、4個螺釘組成。 運動標(biāo)尺作用：表面上刻有一圈50格的細分尺，將0.5毫米細分為50格，從而將1毫米細分為100格，分辨率可

16、達0.001mm。 固定標(biāo)尺作用：表面上刻有最小刻度為1毫米的標(biāo)尺，用于確定X軸位置的第1～2位有效數(shù)字。 </p><p><b>　?。?）頂桿作用 </b></p><p>　　用頂桿通過小鋼球頂在導(dǎo)軌表面上，使頂桿在相對保持軸套移動時，外側(cè)導(dǎo)軌與內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌之間也有相應(yīng)的相對運動。且頂桿的后半部分有兩端螺紋和一個軸肩，從而使得運動標(biāo)尺在旋轉(zhuǎn)時可以有相對移動。螺紋總

17、長須長于15mm。 </p><p>　?。?）保持軸套作用 </p><p>　　保持頂桿的方向，使它始終沿與支承套表面垂直的方向（即X軸向）運動。且保持軸套的末端有與頂桿螺紋相匹配的螺紋。 </p><p>　　（6）Z軸運動零件 </p><p>　　Z軸運用了螺桿和螺旋狀導(dǎo)槽的傳動結(jié)構(gòu)，通過螺套旋轉(zhuǎn)帶動螺桿上升。這一結(jié)構(gòu)中的主要部件有

18、軸套、螺桿、直槽螺套、立柱、緊定螺釘、鎖緊螺釘、軸蓋、連接套。 </p><p><b>　?。?）軸套作用 </b></p><p>　　固定在軸套座上，中間套有立柱，豎直方向上有一豎直槽，用于固定螺桿運動方向，頂端有一圈環(huán)形槽，用于緊定軸蓋。 </p><p><b>　　（8）螺桿作用 </b></p>

19、<p>　　擰于立柱的螺紋孔中，穿過軸套的豎直槽，外側(cè)嵌套在螺套的螺旋槽中。帶動立柱上升，實現(xiàn)Z軸向運動。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982 </p><p>　　[2] 徐峰，李慶祥.精密機械設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出