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開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求
開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告
文 獻(xiàn) 綜 述
1引言：
平行光管是光學(xué)實(shí)驗(yàn)及計(jì)量檢測(cè)的重要設(shè)備 ,是一種高精度測(cè)試儀器 ,它可以測(cè)量微小角度位移及平 面的微小起伏 ,是目前工廠和實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試儀器之一; 同時(shí) ,它也是照相物鏡和望遠(yuǎn)物鏡等無(wú)限共軛成像 光學(xué)系統(tǒng)的校調(diào)和像質(zhì)檢驗(yàn)不可缺少的測(cè)量基準(zhǔn)。在檢測(cè)中，高精度平行光管對(duì)保證質(zhì)量是至關(guān)重要的。因此，有一個(gè)好的測(cè)試平臺(tái)更是重中之重。
2、本課題研究的目的：
平行光管測(cè)量?jī)x是一種光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器，本課題需為平行光管測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)建造一個(gè)平臺(tái)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)量動(dòng)作。要求，平行光管能沿平臺(tái)實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)，和上下移動(dòng)。
3、本課題研究的意義：
隨著科技的發(fā)展，精密定位和位移技術(shù)在國(guó)防工業(yè)、微電子工程、航空航天和生物工程等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。它直接影響了整個(gè)機(jī)械行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，決定了機(jī)械加工精度和產(chǎn)品的質(zhì)量性能，進(jìn)而影響到設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性。如在航天航空領(lǐng)域中存在大量的光學(xué)儀器，要求這些儀器中的某些關(guān)鍵構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高精度的定位和運(yùn)動(dòng)分辨率，以提高成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，獲得更好的觀測(cè)效果，同時(shí)工作環(huán)境也對(duì)此類位移機(jī)構(gòu)提出了更高的要求，如潤(rùn)滑條件、安裝空間和振動(dòng)等；在光電跟蹤設(shè)備中，需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，因此要求其
調(diào)節(jié)靈敏度高，響應(yīng)速度快，從而使跟蹤系統(tǒng)具有較小的脫靶量，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)準(zhǔn)確跟蹤。 精密位移平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)精密定位和位移的主要設(shè)備。根據(jù)考慮因素的不同可以將位移平臺(tái)進(jìn)行不同的分類。
按照位移機(jī)構(gòu)的工作原理可以將位移平臺(tái)分為機(jī)械式和機(jī)電式兩種。機(jī)械式位移平臺(tái)是指通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)位移的平臺(tái),用的機(jī)械結(jié)構(gòu)有絲杠、齒輪、楔塊、蝸輪蝸桿組合機(jī)構(gòu)以及柔性位移機(jī)構(gòu)等，結(jié)構(gòu)形式的不同決定了這些平臺(tái)具有不同的工作特性；機(jī)電式是將某些可以精確控制的物理量根據(jù)其變化特點(diǎn)以特定的形式轉(zhuǎn)化為材料的變形從而提供工作位移，如常見(jiàn)的電致伸縮、磁致伸縮和壓電陶瓷類位移平臺(tái)屬于此類機(jī)電式平臺(tái)。
平臺(tái)提供位移總離不開(kāi)特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，按照導(dǎo)軌形式可以將平臺(tái)分為有導(dǎo)軌和無(wú)導(dǎo)軌類位移平臺(tái)。有導(dǎo)軌類平臺(tái)通過(guò)導(dǎo)軌的導(dǎo)向來(lái)保證在固定的方向?qū)崿F(xiàn)精確的位移和定位，如基滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌類的位移平臺(tái)。這些基于機(jī)械導(dǎo)軌的位移平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)較大的行程，但是由于導(dǎo)軌與平臺(tái)的直接接觸，存在機(jī)械摩擦、低速爬行和需要潤(rùn)滑等不足，因此很難達(dá)到很高的運(yùn)動(dòng)精度。許多學(xué)者對(duì)空氣靜壓導(dǎo)軌和氣浮定位平臺(tái)進(jìn)行了研究并取得了一定的成果，但是此類平臺(tái)對(duì)環(huán)境要求較高，且平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此限制了其應(yīng)用范圍。無(wú)導(dǎo)軌類位移平臺(tái)是一類新型的柔性位移機(jī)構(gòu)，變形是機(jī)構(gòu)主要的工作形式。全柔性機(jī)構(gòu)不包含剛性運(yùn)動(dòng)副，僅由柔性構(gòu)件和柔性運(yùn)動(dòng)副構(gòu)成。有導(dǎo)軌類平臺(tái)屬 于剛性機(jī)構(gòu)，是通過(guò)運(yùn)動(dòng)副(轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副等)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換或者能量傳遞。
精密位移和精確定位是現(xiàn)代機(jī)械電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。精密位移平臺(tái)多用于高精度儀器的精密對(duì)準(zhǔn)和精密裝調(diào)，空間站、載人飛船、航天飛機(jī)和遙感衛(wèi)星等近地軌道航天器一般都配置有多種光學(xué)與電子設(shè)備，如望遠(yuǎn)鏡，光學(xué)干涉儀，各類遙感設(shè)備器件以及各類相機(jī)和成像光譜儀等。為了獲得較好的觀察和觀測(cè)效果，提高遙感器件的成像質(zhì)量，在航天器總體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要應(yīng)用具有較高的運(yùn)動(dòng)位移分辨率和定位精度的工作平臺(tái)，同時(shí)對(duì)環(huán)境振動(dòng)、沖擊的隔離和對(duì)內(nèi)部振源的抑制也具有嚴(yán)格的要求；在生物、醫(yī)學(xué)工程的研究中，也需要采用高精度的能做快速運(yùn)動(dòng)的微位移工作臺(tái)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行搬動(dòng)、分離、組合，對(duì)DNA分子進(jìn)行拉伸并固定到隔膜上，對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作和生成薄膜結(jié)構(gòu)等，由于在一些情況下精密位移平臺(tái)本身就是高精度儀器中的重要組成部分，所以平臺(tái)的輕型化和微型化也是必須考慮的內(nèi)容。因此，在現(xiàn)代高科技迅速發(fā)展的今天，在高精度精密儀器領(lǐng)域中的精密位移平臺(tái)特別受到業(yè)內(nèi)人士的高度重視。
在已有的精密位移平臺(tái)中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多為絲杠和導(dǎo)軌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。近年來(lái)為提高位移精度，在驅(qū)動(dòng)上使用高精度滾珠絲杠的比率有了很大的提高。由于它們的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度很高，又有廣闊的市場(chǎng)，十分有利于組織專業(yè)化大批量生產(chǎn)。隨著位移平臺(tái)速度的提高，滑動(dòng)導(dǎo)軌的不足逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，包括滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦力較大，直線度差等。因此，這種平臺(tái)多用于移動(dòng)直線度求較低的場(chǎng)合，導(dǎo)軌的使用也逐漸由滑動(dòng)向滾動(dòng)轉(zhuǎn)化。雖然在中國(guó)，滑動(dòng)導(dǎo)軌的使用還占大多數(shù)，但使用滾珠導(dǎo)軌和滾柱導(dǎo)軌的平臺(tái)數(shù)量在急速上升。
隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，除了機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，還有很多應(yīng)用領(lǐng)域都對(duì)位移平臺(tái)的位移定位精度提出了更高的要求。如依據(jù)半導(dǎo)體加工技術(shù)、1C制芯關(guān)鍵裝備(分
布光刻機(jī)等)、IC后封裝設(shè)備等對(duì)作業(yè)系統(tǒng)高速高精度的實(shí)際需求，已開(kāi)展的宏／微結(jié)
合雙重驅(qū)動(dòng)的高速高精度定位技術(shù)的研究，以及光纖對(duì)接、微細(xì)加工、微型機(jī)器人、自適應(yīng)光學(xué)等領(lǐng)域?qū)芏ㄎ黄脚_(tái)的研究等。
綜上所述，針對(duì)高科技領(lǐng)位移平臺(tái)，應(yīng)體現(xiàn)快速位移運(yùn)動(dòng)、安裝簡(jiǎn)便、省空間、環(huán)保和成本低等特點(diǎn)。本文應(yīng)對(duì)這些要求，研制了一種手動(dòng)平動(dòng)平臺(tái)用以配合平行光管測(cè)量的需求。
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[14]易聲耀 番存云 一種新型位移平臺(tái)力學(xué)仿真與試驗(yàn)研究[J],機(jī)械設(shè)計(jì)2007(4） [15]成大光 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).7版。北京，化學(xué)工業(yè)出版社.2002。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題要完成的任務(wù)：
平行光管測(cè)量?jī)x是一種光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器，某研究所需要為其購(gòu)買(mǎi)的平行光管 測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)建造一個(gè)平臺(tái)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)量動(dòng)作。
本課題利用所學(xué)設(shè)計(jì)理論與方法對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，解決在設(shè)計(jì)和分析過(guò)程中所遇到的具體問(wèn)題。最后利用CAD軟件完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
本課題的要求：
對(duì)本課題進(jìn)行深入的分析與研究，熟悉所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工作原理與工作過(guò)程。熟練掌握所使用的設(shè)計(jì)軟件的一般功能，在此基礎(chǔ)上對(duì)軟件中運(yùn)動(dòng)分析進(jìn)行深入的 探討，設(shè)計(jì)出滿足課題要求的產(chǎn)品。
本課題的具體工作內(nèi)容
1平行光管測(cè)量?jī)x平臺(tái)的原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作過(guò)程詳見(jiàn)所給資料；
2根據(jù)給定的資料，完成平臺(tái)的分析；
3根據(jù)分析結(jié)果和總體設(shè)計(jì)構(gòu)想進(jìn)行兩個(gè)平動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；
4完成兩個(gè)平動(dòng)機(jī)構(gòu)的零件圖及組裝圖。
設(shè)計(jì)要考慮的問(wèn)題：
1.平行光管測(cè)試平臺(tái)外形的大小。
2平行光管測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)成本。
3.平行光管測(cè)試平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)控制方式。
4平行光管測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)平動(dòng)時(shí)動(dòng)力來(lái)源。
5.平行光管測(cè)試平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)采用什么樣的運(yùn)動(dòng)方式。
6平行光管測(cè)試平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)要求實(shí)現(xiàn),上下移動(dòng)、前后移動(dòng)。(其中上下平動(dòng)要求實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)和微調(diào)。)
7平行光管測(cè)試平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)平動(dòng)的范圍。
8平行光管測(cè)試平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌的選用。
設(shè)計(jì)參數(shù)：
上下移動(dòng)范圍為1500mm——2500mm，微調(diào)范圍為50mm，偏差為10um。
前后移動(dòng)行程為100mm，偏差為10um。
設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
在平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中始終堅(jiān)持以下原則：
①總體原則 流程決定功能，光學(xué)要求決定精度；
②功能完備性 全面響應(yīng)系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)，滿足系統(tǒng)功能和系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求，能夠使此次設(shè)計(jì)的平臺(tái)用運(yùn)到各種需求的場(chǎng)合，使平臺(tái)的價(jià)值得以提高；
③可靠性和穩(wěn)定性 平臺(tái)實(shí)用可靠、使用方便、經(jīng)濟(jì)安全，可靠性較高以及有穩(wěn)定的性能指標(biāo)，能夠保證其長(zhǎng)期正常運(yùn)行；
④可維護(hù)性 盡量減少維護(hù)所需的時(shí)間，提高平臺(tái)使用效率；
⑤標(biāo)準(zhǔn)化 元件選型、工作流程標(biāo)準(zhǔn)化，使測(cè)試平臺(tái)具有低的運(yùn)行成本；
⑥簡(jiǎn)單的操作使用方法，提高實(shí)驗(yàn)運(yùn)行效率；
⑦總體性能優(yōu)良。
設(shè)計(jì)方案：
此次設(shè)計(jì)位移平臺(tái)選用機(jī)械式。機(jī)械式位移平臺(tái)是指通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)位移的平臺(tái),用的機(jī)械結(jié)構(gòu)有絲杠螺母、凸輪、配種平衡塊、手柄組合機(jī)構(gòu)以及導(dǎo)軌等組成。平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力由實(shí)驗(yàn)操作人員人工提供。
導(dǎo)軌的選用:導(dǎo)軌是由金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動(dòng)裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機(jī)器部件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌有很多種，燕尾形直線導(dǎo)軌、矩形直線導(dǎo)軌、V形直線導(dǎo)軌 、滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌等。本次設(shè)計(jì)，選用V型導(dǎo)軌、雙邊燕尾導(dǎo)軌。V導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)賠償，故導(dǎo)向精度較高。雙邊燕尾導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊、能防起伏。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把動(dòng)力從機(jī)器的一部分傳遞到另一部分，使機(jī)器或機(jī)器部件運(yùn)動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)的構(gòu)件或機(jī)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等。本次設(shè)計(jì)采用絲杠螺母和導(dǎo)軌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
大概設(shè)計(jì)方案為：平行光管測(cè)量平臺(tái)要有四個(gè)工作面，用以分別實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的上下平動(dòng)、前后平動(dòng)、水平擺動(dòng)、俯仰擺動(dòng)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。以此來(lái)提高平行光管的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)平行光管各個(gè)角度的調(diào)節(jié)。使平臺(tái)有更好的應(yīng)用價(jià)值。
其中，前后移動(dòng)主要機(jī)構(gòu)由絲桿螺母、V型導(dǎo)軌組成。
操作方法：通過(guò)搖動(dòng)絲桿螺母使平臺(tái)沿著V型導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)。導(dǎo)軌采用包夾形式，用來(lái)防止導(dǎo)軌。
上下移動(dòng)主要機(jī)構(gòu)由手柄、配重平衡塊、鎖緊裝置、絲杠螺母、雙邊燕尾導(dǎo)軌、導(dǎo)柱等組成。
操作方法： 通過(guò)推或拉手柄，并配合配重平衡塊和鎖緊裝置實(shí)現(xiàn)平行光管沿著導(dǎo)柱的快速上下移動(dòng)。微調(diào)通過(guò)搖動(dòng)絲桿螺母使平行光管沿著雙邊燕尾導(dǎo)軌上下移動(dòng)。（其中雙邊燕尾導(dǎo)軌由靜軌和動(dòng)軌組成，雙邊燕尾導(dǎo)軌起導(dǎo)向和防起伏的作用。）
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
王安亮同學(xué)本次所做設(shè)計(jì)的題目是“平行光管測(cè)量平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”，該同學(xué)在查閱了相關(guān)的的資料、書(shū)籍后，撰寫(xiě)完成了開(kāi)題報(bào)告。
開(kāi)題報(bào)告語(yǔ)言通順，格式規(guī)范?！拔墨I(xiàn)綜述”部分對(duì)研究此課題的意義進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述，并對(duì)相關(guān)技術(shù)和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了查新，有一定的深度?！氨菊n題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的設(shè)計(jì)方案”部分中，提出問(wèn)題明確，方法基本可行，應(yīng)盡快理清思路，找準(zhǔn)研究手段和途徑，圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。
指導(dǎo)教師：
2016年3月19日
所在系審查意見(jiàn)：
同意開(kāi)題
系主任：
2016年3月20日
平行光管測(cè)量平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要：平行光管主要是用來(lái)產(chǎn)生平行光束的光學(xué)儀器，平行光管測(cè)量?jī)x是一種光學(xué)精密測(cè)量?jī)x器，本設(shè)計(jì)要為給定的平行光管測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)建造一個(gè)測(cè)量平臺(tái)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)量動(dòng)作。???
本設(shè)計(jì)首先將運(yùn)用所學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，包括測(cè)量平臺(tái)的前后平動(dòng)上下平動(dòng)，水平擺動(dòng)和俯仰擺動(dòng)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。平動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括上下平動(dòng)機(jī)構(gòu)和前后平動(dòng)機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)將運(yùn)用UG三維CAD軟件對(duì)測(cè)量平臺(tái)的平動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并通過(guò)給定的原始數(shù)據(jù)和要求對(duì)該平臺(tái)的平動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)本文還詳細(xì)地介紹了絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)。
關(guān)鍵字：平行光管，測(cè)量平臺(tái)，UG軟件，平動(dòng)機(jī)構(gòu)
I
The Design of collimator Measuring platform—Overall Plan and Design of Tilting Mechanism
Abstract：Collimator is mainly used to produce a parallel beam optical instrument. Collimator is a kind of optical precision measuring instrument. The design will built a measuring platform for a given collimator, which will measure implementation requirements manually.
First, this design will use the basic knowledge of theory which we have learned design collimator measurement platform and make motion analysis, including before and after ,from top to bottom, horizontal swing and pitch oscillation four degrees of freedom of movement of the measurement platform. The translational mechanism mainly includes the before and after and up and down translational mechanism. And then using UG three-dimensional CAD software make 3D modeling for measuring platform, and get 3D model of the collimator measuring platform. Finally, by using the original data and the demand make a a detailed design and calculation for translational mechanism of the platform . At the same time this paper also introduces the leadscrew nut transmission mechanism in detail.
Keywords: collimator, measuring instrument, UG software, translational mechanism
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒論 1
1.1 選題背景與研究意義 1
1.1.1 選題背景 1
1.1.2 研究意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2
1.3 本課題研究的內(nèi)容 3
2 平行光管及其測(cè)量平臺(tái)的介紹 5
2.1 平行光管的結(jié)構(gòu)? 5
2.2 平行光管測(cè)量平臺(tái)的介紹 6
3 UG軟件的介紹 9
3.1 UG產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過(guò)程 9
4 平動(dòng)機(jī)構(gòu)三維模型設(shè)計(jì)過(guò)程 10
4.1 上下平動(dòng)機(jī)構(gòu)主要零部件的三維模型設(shè)計(jì) 10
4.2 前后平動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件的三維模型設(shè)計(jì) 15
5 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu) 19
5.1 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的分類及特點(diǎn) 19
5.2 梯形絲杠結(jié)構(gòu)和特長(zhǎng) 19
5.3 梯形絲杠的選擇 20
5.4 梯形絲杠的安裝與潤(rùn)滑 25
總結(jié)與展望 28
參 考 文 獻(xiàn) 29
致 謝 31
IV
1 緒論
1.1 選題背景與研究意義
1.1.1 選題背景
平行光管主要用于產(chǎn)生平行光束，是光學(xué)儀器校準(zhǔn)和調(diào)整的重要工具，也是一種重要的光學(xué)測(cè)量?jī)x器。某研究所需要為其購(gòu)買(mǎi)的平行光管測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)建造一個(gè)平臺(tái)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求的測(cè)量動(dòng)作。
平行光管測(cè)量平臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)平行光管的前后平動(dòng)上下平動(dòng)，水平擺動(dòng)和俯仰擺動(dòng)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。
1.1.2 研究意義
制造業(yè)屬于國(guó)家的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)。制造業(yè)的發(fā)展與新型工業(yè)化的實(shí)現(xiàn)和我國(guó)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)有著密切的關(guān)系；對(duì)外，制造業(yè)的發(fā)達(dá)程度，也是衡量我國(guó)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分，是經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中體現(xiàn)國(guó)家在國(guó)際分工地位的至關(guān)重要的因素。
對(duì)于精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研究，國(guó)內(nèi)目前還處于剛剛起步階段，還是一個(gè)具有深度挖掘的新性研究領(lǐng)域，還的需要從基礎(chǔ)研究著手。精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)集成了多種技術(shù)，包括控制技術(shù)、位置檢測(cè)技術(shù)、線路制導(dǎo)技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)。其性能優(yōu)劣起決定性作用，它直接決定電子制造裝備的整體性能。
平行光管測(cè)量平臺(tái)作為平行光管測(cè)量?jī)x器的一個(gè)載體，它的結(jié)構(gòu)特性和運(yùn)動(dòng)功能將很大程度上影響平行光管測(cè)量的結(jié)果和效率，所以對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)有很大的現(xiàn)實(shí)意義,平動(dòng)機(jī)構(gòu)作為實(shí)現(xiàn)測(cè)量平臺(tái)的水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，是平行光管測(cè)量平臺(tái)不可或缺的一部分。在測(cè)試平臺(tái)使用過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。
傳統(tǒng)的定位測(cè)試平臺(tái)在性能方面滿足不了平行光管的測(cè)量要求，特別是該平臺(tái)必須能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，這對(duì)定位平臺(tái)的開(kāi)發(fā)提出了挑戰(zhàn)。此外，國(guó)外在高性能設(shè)備、精密定位等關(guān)鍵技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)中實(shí)現(xiàn)了我國(guó)平行光管測(cè)量平臺(tái)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研發(fā)，為實(shí)驗(yàn)室提供了一個(gè)更好的測(cè)試平臺(tái)，同時(shí)加速了我國(guó)裝備制造業(yè)的進(jìn)步。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
目前，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，包括光刻、引線鍵合機(jī)、蝕刻機(jī)、液晶顯示板的制造和測(cè)試等。在這些設(shè)備中，都要求精準(zhǔn)的定位，高的速度和相對(duì)穩(wěn)定的加速度，而這些要求在設(shè)計(jì)平臺(tái)中處于相互制約，相互影響的關(guān)系。即高的精度，在高速度的條件下很難達(dá)到。同樣高的精度在長(zhǎng)距離的行程中也很難確保，同等條件下，平臺(tái)導(dǎo)軌的直線度誤差越大，這對(duì)平臺(tái)的加工和安裝精度的要求也越高[1]。
一些國(guó)外的設(shè)計(jì)結(jié)果，除了達(dá)到6.8g加速度和+ 2.5μm的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的定位精度新加坡發(fā)展。[2]。高加速度平臺(tái)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高標(biāo)準(zhǔn)的錘子和伯恩哈德。。在她HEUI和采用雙驅(qū)動(dòng)技術(shù)的精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)，與滾珠絲杠傳動(dòng)的粗糙集，利用壓電元件的驅(qū)動(dòng)微平臺(tái)，在200mm的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)10nm的定位精度[5]。hongbolan等人。指出超精密定位平臺(tái)對(duì)納米壓印光刻技術(shù)有重要影響6]。
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
精密定位平臺(tái)在國(guó)內(nèi)的研究相對(duì)較晚，與許多發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在技術(shù)上用很大的差距，但現(xiàn)已取得了很多可喜的成果。對(duì)步進(jìn)掃描光刻機(jī)硅片臺(tái)掩膜臺(tái)系統(tǒng)的研究上清華大學(xué)取得了不菲的成果，其系統(tǒng)的定位精高達(dá)12nm。浙江大學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)很好的二維測(cè)試平臺(tái)，使宏微驅(qū)動(dòng)對(duì)大行程的測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)。XY定位平臺(tái)哈爾濱段德剛先生設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高速和高精度的宏微驅(qū)動(dòng)。XY定位平臺(tái)特點(diǎn)是結(jié)合了直線音圈電機(jī)以及壓電陶瓷微定位機(jī)構(gòu)的雙重驅(qū)動(dòng)方案，引進(jìn)裝備了新型的宏微驅(qū)動(dòng)形式。其運(yùn)動(dòng)20mm×20mm范圍與分辨率10nm，達(dá)到最大加速度50-100m S2 /速度/運(yùn)動(dòng)1m/s[9]。采用天津大學(xué)的新型彈性解耦機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一個(gè)平臺(tái)和一個(gè)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了高速、高加速度的定位。該平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)最大加速度50m／s2 ，重復(fù)定位精度±21μm，運(yùn)動(dòng)范圍為廣達(dá)50mm×50mm，以及運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)0.5m／s的定位運(yùn)動(dòng)[10]。中南大學(xué)研究出了一種用磁懸浮直線定位的新型的運(yùn)動(dòng)模式。為實(shí)現(xiàn)大行程直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度的快速運(yùn)動(dòng)，在空間坐標(biāo)軸上的平臺(tái)工作面精確聚焦和調(diào)平[11]。華中科技大學(xué)發(fā)明了一種用于超精密數(shù)控機(jī)床、生物芯片掃描儀以及光刻機(jī)等設(shè)備的一種超精密微動(dòng)的三自由度工作臺(tái)[12]。精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研究方面浙江大學(xué)對(duì)也取得了很大的進(jìn)展。中國(guó)科學(xué)院也對(duì)磁懸浮精密定位平臺(tái)進(jìn)行了研究的還有中國(guó)科學(xué)院，方法是控制磁懸浮線圈的向上升起，進(jìn)而使微進(jìn)給平臺(tái)懸浮于導(dǎo)軌的上面，實(shí)施精密、超精密直線進(jìn)給操作是利用控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)微進(jìn)給平臺(tái)沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)[13]。
高精度、高速、快速穩(wěn)定、高加速等是現(xiàn)在定位平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，國(guó)內(nèi)外的研究方向主要是新的驅(qū)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操控方法等方面。高加速精密定位平臺(tái)經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段。第一階段應(yīng)運(yùn)較傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，然后通過(guò)滾珠絲杠轉(zhuǎn)換為用直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的正交串聯(lián)疊加平臺(tái)。二階段，直接驅(qū)動(dòng)和廣義并聯(lián)機(jī)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度和系統(tǒng)的定位精度，這是用來(lái)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，做為現(xiàn)在高加速精密系統(tǒng)主體[14-15]。
1.3 本課題研究的內(nèi)容
本設(shè)計(jì)首先將運(yùn)用所學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，包括測(cè)量平臺(tái)的前后平動(dòng)上下平動(dòng)，水平擺動(dòng)和俯仰擺動(dòng)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。平動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括上下平動(dòng)機(jī)構(gòu)和前后平動(dòng)機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)運(yùn)用UG三維CAD軟件對(duì)測(cè)量平臺(tái)的平動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并通過(guò)給定的原始數(shù)據(jù)和要求對(duì)該平臺(tái)的平動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
具體研究過(guò)程如下：
1) 對(duì)平行光管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行功能與結(jié)構(gòu)分析
通過(guò)對(duì)平行光管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行功能與結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)具體的技術(shù)要求來(lái)確定本設(shè)計(jì)研究的具體內(nèi)容。
2) UG三維CAD軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用
UG是美國(guó)UGS(Unigraphics?Solutions)公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，是集CAD/CAE/CAM于一體的一款三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今最先進(jìn)，最流行的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件之一。它集概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、分析與制造功能于一體，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程的完美結(jié)合。廣泛運(yùn)用于制造業(yè)的各個(gè)方面，如機(jī)械、汽車(chē)、船業(yè)、航空航天、家電等各個(gè)行業(yè)。本文將利用UG軟件對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)平動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模，形象直觀地表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)內(nèi)容，并為以后地運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析提供基礎(chǔ)模型。?
3) 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的介紹和運(yùn)動(dòng)分析
絲杠螺母機(jī)構(gòu)就是可以讓旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，還可以讓其進(jìn)行能量的相互傳遞。這是傳遞能量，通過(guò)機(jī)構(gòu)如螺旋壓力機(jī)、千斤頂、等；也有通過(guò)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的機(jī)構(gòu)，如機(jī)床的進(jìn)給螺桿；并調(diào)整螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件的相對(duì)位置等。本設(shè)計(jì)采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)平行光管測(cè)量平臺(tái)的上下和前后擺動(dòng)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)地分析。
4
`
2 平行光管及其測(cè)量平臺(tái)的介紹
本章主要介紹平行光管的結(jié)構(gòu)與功能，并對(duì)本設(shè)計(jì)中平行光管測(cè)量平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件作簡(jiǎn)單介紹。
2.1 平行光管的結(jié)構(gòu)?
?準(zhǔn)直器是產(chǎn)生平行光束的裝置，如圖2-1所示的形狀。
圖2-1
準(zhǔn)直器是用來(lái)從無(wú)限的平行束收集，作為一個(gè)重要組成部分的光學(xué)測(cè)量?jī)x器在家庭成員和光學(xué)儀器也對(duì)準(zhǔn)調(diào)整功能，使用板和測(cè)微目鏡透鏡不同分化，還有顯微鏡系統(tǒng)，我們可以測(cè)試透鏡組的焦距、光管的識(shí)別率和圖像的質(zhì)量。如果工作是一個(gè)線性測(cè)試，通過(guò)平行光管配備有自準(zhǔn)高斯透鏡，利用高斯目鏡觀察。在測(cè)試時(shí)，將調(diào)整型平面反射鏡安裝在工件上進(jìn)行檢測(cè)。
本設(shè)計(jì)給定平行光管長(zhǎng)1500mm,最大口徑150mm，重量10.5KG。其三維模型如下圖2-2所示。
圖2-2 平行光管三維模型
2.2 平行光管測(cè)量平臺(tái)的介紹
平行光管測(cè)量平臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)平行光管的前后平動(dòng)上下平動(dòng)，水平擺動(dòng)和俯仰擺動(dòng)四個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。其中上下平動(dòng)可實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)和微調(diào)，運(yùn)動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)主要有底座，四塊運(yùn)動(dòng)板，四個(gè)手輪，兩個(gè)導(dǎo)柱，兩個(gè)導(dǎo)套，轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)臺(tái)，燕尾導(dǎo)軌以及配重平衡塊組成。
平行光管測(cè)量平臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)如下：
平行光管長(zhǎng)1500mm,最大口徑150mm，重量10.5KG。
圖2-3 平行光管示意圖
運(yùn)動(dòng)范圍：
平行光管上下平動(dòng)行程為1500mm-2500mm,其中微調(diào)范圍為50mm,偏差10μm；
圖2-4 平行光管上下平動(dòng)行程示意圖
平行光管前后平動(dòng)行程為100mm,偏差10μm；
圖2-5 平行光管前后平動(dòng)行程示意圖
平行光管要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：
1、上下平動(dòng)
上下平動(dòng)分為快速運(yùn)動(dòng)和微調(diào)運(yùn)動(dòng)。快速運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)推或拉手柄，借助配重平衡塊施加一定的力，使平行光管支撐平臺(tái)沿支架導(dǎo)軌快速上下移動(dòng)，到達(dá)預(yù)定位置后，通過(guò)旋緊螺栓使其固定不動(dòng)。若再次移動(dòng)需重新松開(kāi)旋緊螺栓方可移動(dòng)。微調(diào)運(yùn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，手柄通過(guò)絲杠螺母副帶動(dòng)平行光板托板上固定的導(dǎo)柱沿著導(dǎo)套做上下微調(diào)運(yùn)動(dòng)。
2、前后平動(dòng)
轉(zhuǎn)動(dòng)手輪通過(guò)絲杠螺母副使測(cè)量平臺(tái)沿底座V型和矩形導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)，螺母固定在移動(dòng)平臺(tái)上，一端采用V型槽導(dǎo)軌，防止平臺(tái)起伏。
3、水平擺動(dòng)
轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，通過(guò)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)測(cè)量平臺(tái)水平轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的另一端通過(guò)矩形槽和固定軸來(lái)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)角度的控制。
4、俯仰擺動(dòng)
轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，通過(guò)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)測(cè)量平臺(tái)俯仰擺動(dòng)，俯仰擺動(dòng)的角度控制是通過(guò)兩條固定在平臺(tái)上的鐵片和固定轉(zhuǎn)臺(tái)之間距離來(lái)控制的。
3 UG軟件的介紹
通過(guò)UG NX UGS公司提供的，他可以為用戶提供一個(gè)很好的整合、完善的產(chǎn)品卡方案，幫助產(chǎn)品創(chuàng)新，降低上市的偉大成就的時(shí)間。同時(shí)也可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和制造，降低成本。他是一款對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域做設(shè)計(jì)的旗艦產(chǎn)品。
UG在進(jìn)入中國(guó)后發(fā)展很快，其業(yè)務(wù)也有了很大的提高，并且也讓中國(guó)增長(zhǎng)很快，遠(yuǎn)勝于其他遠(yuǎn)東區(qū)。
3.1 UG產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過(guò)程
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們應(yīng)該養(yǎng)成良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)習(xí)慣，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)反應(yīng)能力。在UG NX5軟件產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，需要了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程。
1) 準(zhǔn)備工作
（1）閱讀相關(guān)設(shè)計(jì)的文檔資料，了解設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)資源。
（2）搜集可以被重復(fù)使用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。
（3）定義關(guān)鍵參數(shù)和結(jié)構(gòu)草圖。
（4）了解產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)的定義。
（5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)說(shuō)明書(shū)。
（6）建立一個(gè)文件目錄，以確定結(jié)構(gòu)的層次。
（7）將有關(guān)設(shè)計(jì)資料及設(shè)計(jì)說(shuō)明納入相應(yīng)的項(xiàng)目目錄。
2) 設(shè)計(jì)步驟
（1）對(duì)磁懸浮平臺(tái)的研究，提出了一種基于磁懸浮系統(tǒng)的新型運(yùn)動(dòng)模型。
（2）在設(shè)計(jì)的頂層設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品最主要是掌握參數(shù)以及實(shí)際有組織描繪。
（3）根據(jù)數(shù)據(jù)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，建立零件間的關(guān)系及零件間的關(guān)系特點(diǎn)。
（4）不同的子元件和零件的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。
（5）在零件細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該隨時(shí)進(jìn)行裝配層上的檢查，如裝配干涉、重量和關(guān)鍵尺寸等。
此外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以隨時(shí)添加一些主要的參數(shù)，然后可以分配給每個(gè)子部分或部分設(shè)計(jì)。
4 平動(dòng)機(jī)構(gòu)三維模型設(shè)計(jì)過(guò)程
通過(guò)實(shí)地測(cè)量平行光管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)，利用UG三維軟件對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)上下平動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)三維建模最終結(jié)果如下圖4-1所示。
立柱支架17
旋緊螺栓16
推拉手柄15
微調(diào)絲杠14
螺母固定板13
導(dǎo)套支撐臺(tái)11
滾輪支撐架6
配重上板4
擰緊螺母2
配重塊支撐臺(tái)1
緊固槽鋼18
微調(diào)螺母12
微調(diào)導(dǎo)套10
平行光管支撐臺(tái)9
微調(diào)導(dǎo)柱8
滾輪7
配重側(cè)板5
配重塊導(dǎo)桿3
配重平衡塊4
圖4-1 測(cè)量平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)三維模型
4.1 上下平動(dòng)機(jī)構(gòu)主要零部件的三維模型設(shè)計(jì)
上下平動(dòng)分為快速運(yùn)動(dòng)和微調(diào)運(yùn)動(dòng)。
快速運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)推或拉推拉手柄15，在左邊配重平衡塊4的配合下，帶動(dòng)整個(gè)微調(diào)裝置沿著立柱支架17的導(dǎo)軌上下快速平動(dòng)，到達(dá)預(yù)定位置后，通過(guò)旋緊旋緊螺栓16使其固定不動(dòng)，保持現(xiàn)有的位置狀態(tài)。若再次移動(dòng)需重新松開(kāi)旋緊螺栓16方可移動(dòng)。
微調(diào)運(yùn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)推拉手柄15，通過(guò)絲杠螺母副，螺母12連同螺母固定板13固定在導(dǎo)套支撐臺(tái)11上，帶動(dòng)平行光管支撐臺(tái)9做上下微調(diào)運(yùn)動(dòng)，絲杠螺母副具有自鎖功能，可以實(shí)時(shí)的啟動(dòng)和停止。
1）導(dǎo)套支撐臺(tái)的三維模型
導(dǎo)套支撐臺(tái)設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-2所示。
圖4-2 導(dǎo)套支撐臺(tái)三維模型
2）配重塊支撐臺(tái)三維模型
配重塊支撐臺(tái)設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-3所示。
圖4-3 配重塊支撐臺(tái)三維模型
3）微調(diào)導(dǎo)柱及導(dǎo)套三維模型
微調(diào)導(dǎo)柱及導(dǎo)套設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-4所示。
圖4-4 微調(diào)導(dǎo)柱及導(dǎo)套三維模型
4）滑輪及其支撐板三維模型
滑輪及其支撐板設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-5所示。
圖4-5 滑輪及其支撐板三維模型
5）微調(diào)裝置與立柱連接的連接塊與連接板的三維模型
微調(diào)裝置與立柱連接的連接塊與連接板設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-6所示。
圖4-6 微調(diào)裝置與立柱連接的連接塊與連接板三維模型
6）微調(diào)裝置絲杠螺母副及連接板三維模型
微調(diào)裝置絲杠螺母副及連接板設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-7所示。
圖4-7 微調(diào)裝置絲杠螺母副及連接板三維模型
7）微調(diào)裝置總體裝配三維模型
微調(diào)裝置總體裝配設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-8所示。
圖4-8 微調(diào)裝置總體裝配三維模型
4.2 前后平動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件的三維模型設(shè)計(jì)
測(cè)量平臺(tái)前后平動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖4-9所示。
螺母6
絲杠支撐塊4
絲杠1
V型導(dǎo)軌2
矩型導(dǎo)軌5
支撐移動(dòng)平臺(tái)3
圖4-9 測(cè)量平臺(tái)前后平動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
測(cè)量平臺(tái)的前后平動(dòng)也是通過(guò)絲杠螺母副來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)手柄帶動(dòng)絲杠1轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠1通過(guò)固定在平臺(tái)上的螺母6從而帶動(dòng)平臺(tái)沿著矩型導(dǎo)軌5和V型導(dǎo)軌2實(shí)現(xiàn)前后平動(dòng)。
1）支撐移動(dòng)平臺(tái)的三維模型
支撐移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-10所示。
圖4-10 支撐移動(dòng)平臺(tái)三維模型
2）V型導(dǎo)軌的三維模型
V型導(dǎo)軌設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-11所示。長(zhǎng)1000mm 寬80mm
圖4-11 V型導(dǎo)軌三維模型
2）矩型導(dǎo)軌的三維模型
矩型導(dǎo)軌設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-12所示。長(zhǎng)1000寬80mm
圖4-12 矩型導(dǎo)軌三維型模
3）螺母的三維模型
螺母設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-13所示。
圖4-13 螺母三維模型
4）絲杠的三維模型
絲杠設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-14所示。
圖4-14 絲杠三維模型
5）測(cè)量平臺(tái)的前后平動(dòng)裝配三維模型
測(cè)量平臺(tái)的前后平動(dòng)裝配設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖4-15所示。
圖4-15 測(cè)量平臺(tái)的前后平動(dòng)裝配三維模型
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5 絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)
絲杠螺母機(jī)構(gòu)就是調(diào)整旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)，是其可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換及能量的相互傳遞。這是傳遞能量，通過(guò)機(jī)構(gòu)如螺旋壓力機(jī)、千斤頂、等；同時(shí)像機(jī)床工作臺(tái)中用于進(jìn)給的絲杠等也是，它們是以傳遞運(yùn)動(dòng)為主；有用于調(diào)節(jié)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的部件的相對(duì)位置等。
5.1 絲杠螺母機(jī)構(gòu)的分類及特點(diǎn)
絲杠螺母機(jī)構(gòu)有2種類型：分別是滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，成本低，具有粘結(jié)功能，摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（30%～40%）。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)是復(fù)雜的，但不具有約束力，制造成本高，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，小摩擦阻力，高傳輸效率的可逆電機(jī)（92%至98%），精度，系統(tǒng)的剛度好，運(yùn)動(dòng)具有可逆性，由于長(zhǎng)期使用壽命，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)中。
1）?滑動(dòng)絲杠：?
許多滑動(dòng)螺釘導(dǎo)向精度達(dá)到螺紋磨削質(zhì)量，特別是軋制成形精度滑動(dòng)螺釘，如科克運(yùn)動(dòng)公司生產(chǎn)。這是由工程塑料制成的，可用于滾珠絲杠的壽命。
在一些應(yīng)用中，較低的傳輸效率，而且成為滑動(dòng)絲杠的優(yōu)勢(shì)，在垂直應(yīng)用或設(shè)計(jì)師不想螺絲逆向行駛的情況下，滑動(dòng)螺釘原位保持負(fù)載。無(wú)需使用附加摩擦制動(dòng)裝置與制動(dòng)馬達(dá)或系統(tǒng)。在原理上，只要不超過(guò)1／3的螺紋直徑，上述自鎖條件就可以建立了。
滑動(dòng)螺桿螺母材料的選擇原則，可根據(jù)溫度條件，運(yùn)行光伏（壓力速度）值，耐磨壽命要求，使用環(huán)境、成本等因素，例如，可以用的材料需要滿足：在溫度為-50℃到+150℃的范圍，PV值需達(dá)60,000psi-fpm，這樣可以省下維護(hù)，還有就是污染環(huán)境等。
5.2 梯形絲杠結(jié)構(gòu)和特長(zhǎng)
梯形絲杠DCMA型和DCMB型具有不易通過(guò)機(jī)械加工得到的45°導(dǎo)程角。每個(gè)模型可以很容易地將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，反之亦然，轉(zhuǎn)換效率為70%。由于導(dǎo)向是比較大的，他們提供一個(gè)更快的進(jìn)給速度是一個(gè)更好的選擇低速旋轉(zhuǎn)。采用冷軋法生產(chǎn)的梯形螺桿采用多頭螺桿組合。其齒面加工硬化后硬度超過(guò)250HV,并經(jīng)過(guò)鏡面拋光。結(jié)果，這些軸具有較高的耐磨性，可用于在一個(gè)非常平滑的運(yùn)動(dòng)時(shí)，他們使用的梯形螺桿組合。而對(duì)于梯形絲杠DCMA40型、DCMB40型或更新型號(hào),是設(shè)計(jì)用于與切削絲杠軸配合使用的。
微梯形螺桿由油塑料制成，具有良好的耐磨性，特別是在無(wú)潤(rùn)滑條件下。而且，由于其優(yōu)異的性能，可以保持很長(zhǎng)一段時(shí)間，所以你可以有一個(gè)長(zhǎng)期的免維護(hù)。為梯形螺釘，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的滾子。
5.3 梯形絲杠的選擇
當(dāng)接觸面上的接觸面壓在軸承表面時(shí)，可將動(dòng)態(tài)允許轉(zhuǎn)矩（噸）和動(dòng)態(tài)允許推力表示為轉(zhuǎn)矩和推力。這些值被用作梯形螺釘?shù)膹?qiáng)度基準(zhǔn)。
當(dāng)使用滑動(dòng)軸承，接觸面壓力（對(duì)）和滑動(dòng)速度（第五）的產(chǎn)品，以確定是否該光伏值可作為一種參考的某些類型的參考。使用圖5.1所示的相應(yīng)的光伏值作為選擇梯形螺釘?shù)膮⒖?。光伏值隨潤(rùn)滑條件的變化而變化。
圖5.1 pV值隨潤(rùn)滑條件的不同而變化示圖
在計(jì)算階梯型螺桿上的載荷時(shí)，需要得到的慣性力的精確數(shù)據(jù)，這是產(chǎn)生的重量和速度的變化的對(duì)象的變化。在一般情況下，它是不容易準(zhǔn)確地獲得所有的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的系數(shù)，例如，經(jīng)常重復(fù)啟動(dòng)停止等的影響。因此，如果沒(méi)有得到實(shí)際的負(fù)載數(shù)據(jù)，它是必要考慮的安全系數(shù)（財(cái)政司）顯示在表5.1時(shí)，選擇一個(gè)軸承。
表5.1安全系數(shù)(fs)
負(fù)荷的種類
Fs 的下限
對(duì)于不常用使用的靜態(tài)負(fù)荷
1～2
對(duì)于普通的單方向負(fù)荷
2～3
對(duì)于振動(dòng)/沖擊伴隨而來(lái)的負(fù)荷
4或更多
如果梯子型螺桿的溫度高于常溫范圍，則會(huì)降低材料的抗阻強(qiáng)度和強(qiáng)度。因此，它是必要的動(dòng)態(tài)允許的轉(zhuǎn)矩（噸）和動(dòng)態(tài)允許推力（福）乘以相應(yīng)的溫度系數(shù)如圖5.2所示。注)小型階梯式螺絲釘，請(qǐng)使用60℃以下的。因此，在選擇梯形螺釘時(shí)，需要以下公式來(lái)滿足強(qiáng)度。動(dòng)態(tài)容許扭矩(T)
靜態(tài)容許推力(F)
fS ∶安全系數(shù)
fT ∶溫度系數(shù)
T ∶動(dòng)態(tài)容許扭矩(N·m)
PT ∶承受的扭矩(N·m)
F ∶動(dòng)態(tài)容許推力(N)
PF ∶軸向負(fù)荷(N)
軸的硬度對(duì)階梯式螺桿的耐磨性有很大的影響。如果硬度等于或低于250HV，磨損率將如圖5.2所示的增加。此外，表面粗糙度是最好的0.80a或更低。采用滾壓加工，在滾動(dòng)軸表面硬度可達(dá)到250HV，而表面粗糙度0.20a或更低。從而，滾動(dòng)軸可以獲得高耐磨性。
圖5.2 表面硬度與耐磨損性
計(jì)算接觸面壓p
承受軸向負(fù)荷時(shí)∶
p ∶軸向載荷（N PF）在齒面接觸壓力的情況下(N/mm2)
F ∶動(dòng)態(tài)容許推力(N)
PF ∶軸向負(fù)荷(N)
承受扭矩時(shí)∶
p ∶接觸面壓力（N / mm2）在N M的情況下（TPN.m）
T ∶動(dòng)態(tài)容許扭矩(N·m)
PT ∶承受的扭矩(N·m)
計(jì)算齒面滑動(dòng)速度V
V值可按如下計(jì)算∶
V ∶滑動(dòng)速度(m/min)
Do ∶有效直徑(參照尺寸表) (mm)
n ∶每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(min-1)
R ∶導(dǎo)程(mm)
DCMA、DCMB型梯形絲杠尺寸示意圖如圖4.4所示。各種尺寸型號(hào)，如表5.2所示。
圖5.3 DCMA、DCMB型梯形絲杠尺寸示意圖
表5.2 DCMA、DCMB型梯形絲杠各種尺寸型號(hào)
表中標(biāo)記T表示有滾軋軸被組合使用。
動(dòng)態(tài)允許轉(zhuǎn)矩（噸）和動(dòng)態(tài)允許推力（法）表示的接觸面壓力的鉛螺桿的數(shù)值。微型梯形絲杠DCMB8T型和DCMB12T型使用含油塑料。（外徑容許尺寸公差∶特殊）。法蘭的靜態(tài)容許負(fù)荷(P),如圖5.4所示,表示對(duì)負(fù)荷的法蘭強(qiáng)度。
圖5.4法蘭的靜態(tài)容許負(fù)荷(P)
5.4 梯形絲杠的安裝與潤(rùn)滑
梯形螺紋桿的圓與支撐座之間的配合采用間隙配合或過(guò)渡配合。支撐座內(nèi)徑公差：H8或J8。
為了提高梯形螺紋法蘭的強(qiáng)度，需要在拐角處進(jìn)行處理。因此有必要支持口拐角倒角。
圖5.5 加梯型絲杠法蘭根部倒角示意
不同類型的梯形絲杠，倒角的大小如表5.3所示。
表5.3 不同尺寸DCMA、DCMB型梯形絲杠法蘭根部倒角大小
公稱型號(hào)
嘴的倒角
C
（最?。?
DCMA
DCMB
8
1.2
12
1.5
15
2
17
20
25
2.5
30
35
3
40
45
50
根據(jù)梯型絲杠的使用條件可選擇合適的潤(rùn)滑方法。
建議使用潤(rùn)滑油，尤其是油池潤(rùn)滑或油滴潤(rùn)滑更有效。潤(rùn)滑是最合適的方法，因?yàn)檫@種方法可以滿足苛刻的條件，如高速，重載或外部的傳熱，并使階梯式螺桿冷卻。潤(rùn)滑油適用于中低速度和輕負(fù)載條件。根據(jù)表5.4所示的條件選擇潤(rùn)滑油。
表5.4 潤(rùn)滑油的選擇
使用條件
潤(rùn)滑油的種類
低速、高負(fù)荷、高溫
高粘度滑動(dòng)面用油或渦輪油
高速、低負(fù)荷、低溫
低粘度滑動(dòng)面用油或渦輪油
在使用較低的情況下，用戶可以使用該手到軸上定期使用潤(rùn)滑脂或使用梯形螺桿上的潤(rùn)滑油孔潤(rùn)滑。建議使用鋰皂基潤(rùn)滑脂2號(hào)。
微梯形螺桿是由油性塑料制成，可用于無(wú)潤(rùn)滑。在潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的早期使用，但注意使用了大量的高壓力加潤(rùn)滑油是不適合使用的。
總結(jié)與展望
本文主要利用UG軟件對(duì)平行光管測(cè)量平臺(tái)的平動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)建模，使我對(duì)UG軟件的建模過(guò)程更加熟練，對(duì)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般過(guò)程有了深刻的了解。同時(shí)我對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行了深入的了解和學(xué)習(xí)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成過(guò)程中對(duì)于本科所學(xué)知識(shí)，還有自己自學(xué)的知識(shí)有了一次很好的綜合運(yùn)用的機(jī)會(huì)。
學(xué)習(xí)UG軟件的時(shí)間較短，加之UG軟件入門(mén)較難，使得在UG軟件的運(yùn)用上遇到不少困難。我首先對(duì)課題進(jìn)行認(rèn)真研究，認(rèn)識(shí)到這屬于實(shí)際工程問(wèn)題分析。在對(duì)問(wèn)題認(rèn)識(shí)清楚后，利用大型三維軟件UG進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模，并進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)量和計(jì)算。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)，從開(kāi)始準(zhǔn)備到完成，我學(xué)到了很多測(cè)量平臺(tái)方面的常識(shí)。使我也了解了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在該方面的一些先進(jìn)制造技術(shù)。本設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性研究，大學(xué)本科四年的研究。我在這次設(shè)計(jì)中，自己對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更深刻的理解和進(jìn)步。在這段時(shí)間內(nèi)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查找信息、閱讀設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)專業(yè)書(shū)籍，讓我學(xué)到了很多知識(shí)的測(cè)量平臺(tái)。熟悉了平動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程和步驟，鞏固了機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
成套工程是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的工程問(wèn)題，在我國(guó)，機(jī)械行業(yè)還遠(yuǎn)未達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并與相關(guān)檢測(cè)、保修、維修行業(yè)有沒(méi)有良好的發(fā)展。近年來(lái)，國(guó)家大力發(fā)展和推廣機(jī)械制造業(yè)，對(duì)其相關(guān)產(chǎn)業(yè)也有著極大的促進(jìn)作用。UG CAD/CAM/CAE系統(tǒng)讓產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能夠從設(shè)計(jì)到加工真正達(dá)到了數(shù)據(jù)的完美合成，并且還使企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造變得更優(yōu)秀。虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)就是UG其中的面向進(jìn)程啟動(dòng)的技能，在這個(gè)過(guò)程的全部環(huán)節(jié)中，用戶的全部產(chǎn)品和精確的數(shù)據(jù)模型可以時(shí)刻保持聯(lián)系，提高進(jìn)行工程的效率。
參 考 文 獻(xiàn)
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致 謝
大學(xué)生活中閃過(guò)，回首歲月，心有充實(shí)，當(dāng)我完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，一種解脫的感覺(jué)，感覺(jué)很多。感謝培養(yǎng)教育我的中北大學(xué)，NUC濃厚的學(xué)術(shù)氛圍，舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境我將終生難忘！祝母校蒸蒸日上，永創(chuàng)輝煌！
感謝對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師王老師。他擅長(zhǎng)于給我系統(tǒng)的指導(dǎo)，而不堅(jiān)持給我辦手續(xù)的想法，給我無(wú)窮的靈感。在整個(gè)過(guò)程中，王老師給予了一個(gè)很好的指導(dǎo)和幫助。也感謝我的同學(xué)和朋友，我們?cè)谶@四年里已經(jīng)長(zhǎng)大了，這是因?yàn)樗麄兊膸椭椭С?，我可以克服困難和疑惑，直到成功完成設(shè)計(jì)。
最后，謹(jǐn)向參加論文審閱的老師，致以衷心的感謝！