三维定位工作台.docx

吉安职业技术学院三维定位工作台毕业设计所属系部：机电学院专业班级：14数控1班学生姓名：指导老师：二〇一六年十一月崇文明理?? 厚德精技目录绪论31.1 引言31.2 纳米三坐标测量机的研究现状31.3 课题的主要来源和内容4第二章微纳三维测量机总体结构设计52.1 微纳三维测量机结构5第三章维定位工作台机械结构设计63.1 通用器件选型63.2 测量器件选型及安装调平机构设计733共平面二维定位平移台设计103.4 Z向定位工作台设计163.4.2 Z 向反射靶镜设计183.4.3 Z 向驱动部件设计193.4.4 Z 向运动台平衡部件设计193.4.5 Z 向定位工作台整体总装203.5 测量机基台设计20第四章测量机三维定位工作台有限元分析及结构优化234.1 有限元法及 ANSYS 概述23第五章测量机整体装配及测试245.1 测量机台的整体装配245.2 装配后各单轴机构误差测定25第六章总结与展望276.1 课题工作总结276.2 研究工作展望27绪论1.1 引言三坐标测量机是20世纪50 年代以来发展起来的一种高效率的精密测量仪器，它广泛地运用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。三坐标测量机作为一种以精密机械为基础，综合运用电子技术、计算机技术、激光技术、气动技术等先进技术的测量设备，在现代工业检测和现代制造业中发挥着不可或缺的作用，其技术水平已成为现代测量技术和制造技术发展水平的重要指标。随着制造业的飞速发展，产品多样化和精密化促使三坐标测量机逐渐朝着多元化的方向发展，如逐渐向大型化和小型高精度化等方向发展。测量机大型化发展，主要是为了适应制造业设备大型化和高精度化的需求，如DEA 的坐标测量机测量范围为达2500*1600*600mm[2]；测量机的小型高精度化发展，主要是为了适应微纳米技术的发展需求。微纳米技术为微机电系统(MEMS)技术和纳米科学技术（nano ST）的简称，是20 世纪末在美国、日本等发达国家兴起的以微米加工、纳米结构和系统为目的的高新科学技术。由于其在航空、航天、军事、生命科学和健康保健、汽车工业、仿生机器人、家用电器等领域均有巨大的应用前景，因此受到了各国政府、科研机构和学者的普遍重视，并成为当前科技界研究的热门领域之一。21世纪以来，随着微电子技术的快速发展，半导体产业、精密机械工业、光电系统、表面工程等方面都朝微小化、精密化的方向发展。伴随MEMS 的快速发展，利用精密加工手段加工的各种微/纳米机构，如微型齿轮、微型轴、微型台阶等产品[3,4]，其几何尺寸几乎都为微纳米量级，要对这些微器件进行精密测量，就要发展微纳米级的高精度检测方法与技术手段。因而研制具有纳米级测量精度的三坐标测量机已成为当务之急。1.2纳米三坐标测量机的研究现状·纳米三坐标测量机简称Nano-CMM，是近年来国内外相关研究单位研制的体积小，精度高、具纳米级测量精度的三坐标测量机，其三维测量精度可达到100nm 以下。相对于技术已相当成熟的普通三坐标测量机来说，Nano-CMM 还处于起步阶段。这是因为，在纳米级的测量精度要求下，温度变化、振动等的影响都会带来很大的误差，故其对工作环境的要求非常严格；其次，纳米测量的技术难点在于驱动、导轨和测量方法。目前驱动器利用压电或电致伸缩位移器居多，而种类比较少。在导轨设计方面，目前通常利用柔性铰链的弹性导轨技可以制造出性能优良的小行程运动导轨，但行程只能达到微米级。如何设计出毫米级行程、纳米级精度的导轨，仍然是至今还未很好解决的技术难题。目前国内外研究高精度三坐标测量机的单位，大多数由当地国家重点实验室或相关单位结合该领域知名专家、学者进行共同开发。相关的研究项目大多属于国家级重点研究课题。在纳米测量机研究方面处于技术领先的国家均为日本、德国、瑞士等发达国家。我国约从70 年代中期开始研制三坐标测量机，采取引进国外先进技术的方法来迅速发展我国的三坐标测量机事业。国内的清华大学、哈尔滨工业大学、合肥工业大学等在纳米微位移定位机构的研究中已取得一定研究成果[12-14]。可看出国内目前对纳米三坐标测量机项目的研究大多属于针对三维测量系统中的部分关键技术进行了开发。1.3课题的主要来源和内容本论文内容来源于：国家863 计划重点项目《微纳测量技术与装置》，项目编号2008AA。项目研究内容为微纳米三坐标测量装置的研制。装置要求具有多维激光干涉测量系统，测量结果直接溯源“米”定义的国家基准；三轴测量范围为50mm×50mm×50mm；测长分辨率1nm；测量不确定度100nm；微型测头测量范围±20μm；装置实现制造业中的精密加工领域的计量标准装置。项目包括：(一)Nano-CMM 机台研制；(二)三维定位工作台设计；(三)纳米CMM探头及其检