專利名稱：一種三維精密移動工作臺的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維精密移動工作臺的設(shè)計方法，屬于精密儀器設(shè)計制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，對精密移動工作臺提出了不同的要求。而光纖通信領(lǐng)域的精密移動工作臺大多要求是組裝式的，如由X、Y兩個方向的精密移動機(jī)構(gòu)組裝成二維精密移動工作臺和由X、Y、Z三個方向的精密移動機(jī)構(gòu)組裝成三維精密移動工作臺。由于X、Y、Z各方向的配合面以及裝配關(guān)系直接影響到整體運(yùn)行的精度，故對各裝配面以及運(yùn)行部件的接觸表面都要求保持相應(yīng)的精度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種在X、Y、Z三個方向上微調(diào)行程為15 20mm、精度在0. 003mm內(nèi)的三維精密移動工作臺的設(shè)計方法。所設(shè)計的三維精密移動工作臺應(yīng)滿足規(guī)定的行程范圍、精度、靈敏度的要求，同時還要工作性能穩(wěn)定可靠，消除空回，減小誤差。設(shè)計中采用組裝式的，其三個方向是相互垂直的，所以從下至上三個方向上主動件和從動件的運(yùn)動方向可設(shè)定為笛卡兒坐標(biāo)系中的X、Y、Z三軸向。由于X、Y、Z各方向的配合面以及裝配關(guān)系直接影響到整體運(yùn)行的精度，故對各裝配面以及運(yùn)行部件的接觸表面都要求保持相應(yīng)的精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，三維精密移動工作臺所采用的技術(shù)解決方案主要是由支撐裝置、微位移驅(qū)動讀數(shù)裝置、承重及微位移機(jī)構(gòu)、連接裝置組成；支撐裝置包括底座、底板，承重及微位移機(jī)構(gòu)包括三維方向上的滑板、導(dǎo)軌，連接裝置包括直角固定塊。在本設(shè)計中，為了減少阿貝誤差的影響，在底座的設(shè)計中保證主動件與從動件之間運(yùn)動的線性關(guān)系，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工藝上保證導(dǎo)軌有較好的運(yùn)動直線性。采用螺旋微位移驅(qū)動讀數(shù)裝置，遵循測量鏈最短原則，使測量環(huán)節(jié)最少，從而減少誤差、提高整體機(jī)構(gòu)的精度。—種三維精密移動工作臺的設(shè)計方法，其有益效果是滿足光纖通信領(lǐng)域的使用要求，在X、Y、Z三個方向上微調(diào)行程為15 20mm、精度在0. 003mm內(nèi)。


圖I是運(yùn)動件長度計算簡 圖2是測量原理 圖3是分厘卡讀數(shù)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖I、圖2、圖3對本設(shè)計思路做進(jìn)一步說明。三維精密移動工作臺的關(guān)鍵部分主要是滾動摩擦導(dǎo)軌，微位移驅(qū)動讀數(shù)裝置和彈簧拉力裝置。分珠簧片是其中最關(guān)鍵的零件。由圖I可知
L=e+l+ab (1)，
而 ab=a，b，=a，c+cb，=e+cb， (2)，
因?yàn)闈L珠中心的線速度\與運(yùn)動件速度Vm的關(guān)系為
Vr=Vm/2 (3)，
則 cb，=S-/2 (4)，
因此 L=2e+l+(Smax/2) (5)，
上式表明當(dāng)行程為Smax時，運(yùn)動件的最短長度由式(5)可求，當(dāng)行程取最大位移為30mm, I為兩滾珠間的中心距，為了保證承載能力，該三維精密移動工作臺每邊選4個鋼球， I可取中間兩個或兩邊兩個鋼球之間的距離。e為保險量，用簧片隔離固定，故兩邊兩球的e可選Smnin由式(5)可得l=L-2e-(SMX/2)=55mm(6)，
則簧片的總長可設(shè)計為L’=l+2e=65_ (7)。精度是儀器的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，儀器的精度分析是儀器設(shè)計中的重要一環(huán)，它是在設(shè)計過程中始終應(yīng)考慮的一個主要問題。這里的精度分析，既指儀器各零、部件誤差的合成，也指儀器設(shè)計中公差的分配和主要技術(shù)條件的確定，甚至還包括考慮為進(jìn)一步減小儀器誤差而需采取的技術(shù)措施如誤差的調(diào)整方法，補(bǔ)償件的設(shè)計等。如圖2、3所示，三維精密移動工作臺由以下3個組成環(huán)實(shí)現(xiàn)上述原理方案。誤差來源三維精密移動工作臺是為了解決某些精度較高的測量問題而設(shè)計制造的儀器，主要用來測量一定范圍空間內(nèi)的長度或距離等，是以分厘卡驅(qū)動定位和坐標(biāo)測量為基礎(chǔ)的絕對測量儀器。它以長度基準(zhǔn)元件與被測長度(或距離)相比較，從而確定被測量的大小。測量時，首先在讀數(shù)裝置一微分筒上讀出第一個讀數(shù)，然后旋動分厘卡驅(qū)動滑板，對準(zhǔn)工件后，再在讀數(shù)裝置上讀出第二個讀數(shù)，兩讀數(shù)之差便是工件的被測尺寸。其測量方程式為
L=b_a
式中L為被測尺寸，b為第二次讀數(shù)，a為第一次讀數(shù)。X、Y、Z三軸向上分厘卡，是采用螺旋測微方法進(jìn)行直接讀數(shù)的，因此其測量方程為
U =X
根據(jù)分厘卡的讀數(shù)原理，如圖3所示，誤差主要有螺距誤差I(lǐng) y m，測微讀數(shù)誤差A(yù) r,-般認(rèn)為讀數(shù)誤差是儀器讀數(shù)的1/10，分厘卡最小讀數(shù)為lOymjPA^lym。由上述誤差分析可得三維精密移動工作臺的總體誤差為x方向上ASX為測微螺距的加工誤差、A rx為分厘卡的讀數(shù)誤差、A X2為第二維上X方向上的誤差、A X3為第三維上X方向上的誤差。A limX=± ( A V A V A 2X2+ A 2X3) 1/2=± 1.581um；
同理求得
A limY= 土( A 2SY+ A 2rY+ A 2Y2+ A 2Y3) 1/2= 土 I. 581 ii m ; A limZ=土( A 2SZ+ A 2rz+ A 2Z2+ A 2Z3) 1/2=土 I. 581 y m ;
則三維精密移動工作臺儀器總的測量誤差為A Iim=土 ( A 2lifflX+ A 2lifflY A 2lifflZ) 1/2=±2. 793 u m。
權(quán)利要求
1.一種三維精密移動工作臺，其結(jié)構(gòu)包括由支撐裝置、微位移驅(qū)動讀數(shù)裝置、承重及微位移機(jī)構(gòu)、連接裝置組成；其特征在于支撐裝置包括底座、底板，承重及微位移機(jī)構(gòu)包括三維方向上的滑板、導(dǎo)軌，連接裝置包括直角固定塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三維精密移動工作臺，其特征在于采用螺旋微位移驅(qū)動讀數(shù)裝置，遵循測量鏈最短原則，使測量環(huán)節(jié)最少，從而減少誤差、提高整體機(jī)構(gòu)的精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三維精密移動工作臺，其特征在于在X、Y、Z三個方向上微調(diào)行程為15 20mm、精度在0. 003mm內(nèi)。
全文摘要
一種三維精密移動工作臺的設(shè)計方法，屬于精密儀器設(shè)計制造領(lǐng)域。設(shè)計中采用組裝式的，其三個方向是相互垂直的，所以從下至上三個方向上主動件和從動件的運(yùn)動方向可設(shè)定為笛卡兒坐標(biāo)系中的X、Y、Z三軸向。由于X、Y、Z各方向的配合面以及裝配關(guān)系直接影響到整體運(yùn)行的精度，故對各裝配面以及運(yùn)行部件的接觸表面都要求保持相應(yīng)的精度。滿足光纖通信領(lǐng)域的使用要求，在X、Y、Z三個方向上微調(diào)行程為15～20mm、精度在0.003mm內(nèi)。
文檔編號B24B41/00GK102744678SQ20111009734
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者張春陽, 范傳良, 趙強(qiáng), 高永明 申請人:大連吉潤高新技術(shù)機(jī)械有限公司