機(jī)械式精密二維微位移工作臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要完成機(jī)械式微位移式工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，本文主要介紹了機(jī)械式精密二維微位移工作臺(tái)。機(jī)械精密工作臺(tái)可廣泛應(yīng)用在三維表面形貌的測(cè)量與評(píng)定、精密及超精密加工和半導(dǎo)體光刻等領(lǐng)域中。本文介紹了目前國(guó)內(nèi)外多種典型的微動(dòng)超精密工作臺(tái)所采用的設(shè)計(jì)方案、材料、導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)方式。敘述了今后工作臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀趨勢(shì)，并分析了所設(shè)計(jì)工作臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。證明傳統(tǒng)

2、機(jī)械微動(dòng)工作臺(tái)依然廣泛的用處和很大的市場(chǎng)，是比較理想的方案，也是精密超精密加工很好的補(bǔ)充。并詳細(xì)分析了傳統(tǒng)機(jī)械式微位移工作臺(tái)的組合模塊，組成結(jié)構(gòu)，以及設(shè)計(jì)加工方法，與傳統(tǒng)的二維及三維工作臺(tái)相比，機(jī)械微動(dòng)工作臺(tái)有高精度和大量程，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，它采用粗精結(jié)合的定位機(jī)構(gòu)和自帶計(jì)量系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)．能實(shí)現(xiàn)垂直方向(z方向)的精密位移和水平方向(x—Y方向)的精確定位。它由X軸、Y軸、Z軸 三個(gè)方向的精密移動(dòng)機(jī)構(gòu)組裝成三維精密移動(dòng)工作臺(tái)

3、。最后，針對(duì)本設(shè)計(jì)中不夠完美的地方的改進(jìn)想法，以及對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)和對(duì)我國(guó)超精密發(fā)展方向進(jìn)行了展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞；、微位移 機(jī)械工作臺(tái)、精密加工。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The main design is about the mechanical design of t

4、he micro-displacement worktable . This paper mainly introduces the mechanical precision worktable two-dimensional micro displacement。Mechanical precision worktable can be widely used in 3d surface topography measurement

5、and evaluation, precision and ultra-precision processing and semiconductor photolithography, etc. The paper introduces the domestic various typical micro precision worktable adopted design, materials, guide, drive mode,

6、feedback </p><p>　　Keywords： micro-displacement、worktable、 precision processing machinery.

7、 </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　轉(zhuǎn)眼間四年大學(xué)生活已經(jīng)接近尾聲而作為大學(xué)的最后一次功課——畢業(yè)設(shè)計(jì)無(wú)疑是對(duì)自己大學(xué)學(xué)習(xí)成績(jī)的一次綜合考查。同時(shí)，這也可作為我們邁入社會(huì)的第一步，是決定我們能否在社會(huì)生活中

8、一展身手的一次預(yù)演。</p><p>　　驀然回首，從入學(xué)至今在各位恩師的諄諄教導(dǎo)下，我學(xué)習(xí)了機(jī)械工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等大量的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也了解了一些相關(guān)學(xué)科的基本情況，可以說(shuō)為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然后單純的理論的知識(shí)的學(xué)習(xí)并不代表我們就真正掌握了所學(xué)的內(nèi)容。只有學(xué)以致用，將課本上的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力。造福社會(huì)。才證明我們真正做到了知識(shí)的融會(huì)貫通。切實(shí)達(dá)到了學(xué)習(xí)的最終目的。</p>

9、;<p>　　我們這次設(shè)計(jì)的題目是微位移式機(jī)械工作臺(tái)，之所以提出這個(gè)課題，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,在許多技術(shù)領(lǐng)域中,如航天,半導(dǎo)體制造,精密機(jī)械,儀器儀表以及生物工程等將對(duì)加工精度提出更多和更高的要求,"毫微米級(jí)",甚至"分子原子級(jí)"加工都己提到日程上微位移技術(shù)正是這些超精密加和精密機(jī)械的基礎(chǔ)。 微動(dòng)位移技術(shù)是實(shí)現(xiàn)組合結(jié)構(gòu)的微機(jī)械精密工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之一，精密工作臺(tái)系統(tǒng)則是微裝

10、配系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。精密微位移工作臺(tái)是高精度精密儀器的核心，它的精度的優(yōu)劣直接影響整機(jī)的精度。當(dāng)今精密儀器中的精密工作臺(tái)正向著高速度和高精度方向發(fā)展。目前，精密位移工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度一般在20-50mm/s，最高的可達(dá)到100mm以上，其精度要求0.1um以下。由于高速度帶來(lái)的慣性很大，一般運(yùn)動(dòng)精度要求比較低，為解決高速度和高精度的矛盾，通常采用粗精相結(jié)合的兩個(gè)工作臺(tái)，如圖1</p><p><b>

11、;　　"</b></p><p><b>　　圖一</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中我們主要設(shè)計(jì)精密微動(dòng)微動(dòng)工作臺(tái)部，精密微動(dòng)工作臺(tái)部分包括微位移機(jī)構(gòu),檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)三部分.微位移機(jī)構(gòu)(微動(dòng)工作臺(tái))是指行程小(一般小于毫米級(jí)),靈敏度和精度高(亞微米,納米級(jí))的機(jī)構(gòu).微位移系統(tǒng)在精密儀器中主要用于提高整機(jī)的精度隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,精密

12、儀器的精度越來(lái)越高,微位移技術(shù)應(yīng)用就越來(lái)越廣.根據(jù)目前的應(yīng)用范圍,大致可分為三個(gè)方面:精密補(bǔ)償,微進(jìn)給和微調(diào).在微位移技術(shù)中,行程和分辨率是一對(duì)主要矛盾.為解決大行程(毫米級(jí))和中等分辨率(亞微米級(jí))的矛盾,采用柔性框架式的爬行器象}}3I一樣沿矩形導(dǎo)軌爬行,驅(qū)動(dòng)精密微動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)大行程的精密定位.工作臺(tái)的工作行程由爬行器的導(dǎo)軌長(zhǎng)度決定,爬行器的導(dǎo)軌長(zhǎng)度越長(zhǎng),工作臺(tái)的行程就越大.精密微動(dòng)工作臺(tái)采用微機(jī)控制電致伸縮微位移,在平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)

13、方向的精密定位. 古人云：“溫故而知新”，所言非虛。在本次畢設(shè)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)課本知道是的重新回顧，我又掌握了許多以前所沒有注意到的細(xì)節(jié)內(nèi)容?？梢哉f(shuō)是學(xué)習(xí)知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)相互共進(jìn)，相得益彰。當(dāng)然做為自己的第一次大型設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)和水平都是極大的制約因素，所以在設(shè)計(jì)中難免郵諸多錯(cuò)誤和不足之處</p><p>　　“長(zhǎng)風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆及滄?！保梢哉f(shuō)慢慢人生長(zhǎng)路而今才剛剛起步。在以后的機(jī)械行業(yè)生涯中，我相信自

14、己永遠(yuǎn)不會(huì)忘記這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，更加不會(huì)忘記在設(shè)計(jì)中感受到的師恩和友情。我會(huì)以此為契機(jī)，謹(jǐn)記老師的諄諄教導(dǎo)，努力把自己以后的每一項(xiàng)工作都做好，爭(zhēng)取做一位新世紀(jì)優(yōu)秀人才。</p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　前言3</b></p>&

15、lt;p><b>　　第一章 概述7</b></p><p>　　1.1微動(dòng)工作臺(tái)的發(fā)展概況7</p><p>　　1.2 微動(dòng)工作臺(tái)的類型及主要組成9</p><p>　　1.2.1 扭輪摩擦傳動(dòng)式微位移平臺(tái)9</p><p>　　1.2.2 機(jī)械傳動(dòng)式微位移平臺(tái)10</p><p&

16、gt;　　1.2.3 螺旋式微位移平臺(tái)11</p><p>　　1.2.4 組合式機(jī)械傳動(dòng)式微位移平臺(tái)11</p><p>　　1.2.5 熱變形式微位移平臺(tái)12</p><p>　　1.2.6 彈性變形傳動(dòng)式微位移平臺(tái)12</p><p>　　1.2.7 磁致伸縮式微位移平臺(tái)14</p><p>　　1.2

17、.8壓電陶瓷式微位移平臺(tái)14</p><p>　　1.2.9 柔性鉸鏈?zhǔn)轿⑽灰破脚_(tái)15</p><p>　　1.2.10 直線電機(jī)式微位移平臺(tái)16</p><p>　　1.2.11 其它微位移平移臺(tái)16</p><p>　　1.3微型工作臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)17</p><p>　　第二章 工作臺(tái)的方案確定19&l

18、t;/p><p>　　2.1適用范圍19</p><p>　　2.2 主要技術(shù)要求19</p><p>　　2.3 微動(dòng)工作臺(tái)材料20</p><p>　　2.4 微動(dòng)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)與控制20</p><p>　　2.5 整體設(shè)計(jì)21</p><p>　　2.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22</p&

19、gt;<p>　　2.7 設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)原理23</p><p>　　第三章 微位移平移臺(tái)設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.1 精密平移臺(tái)設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.1.1精密平移臺(tái)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)25</p><p>　　3.1.2 導(dǎo)軌形狀材料及滾珠材料26</p><p>　　3.1.3導(dǎo)軌

20、、滾珠材料及保持架26</p><p>　　3.1.4滾動(dòng)體尺寸和數(shù)量及許用載荷26</p><p>　　3.1.5滾動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度27</p><p>　　3.2 導(dǎo)軌的計(jì)算29</p><p>　　3.2.1. 額定壽命計(jì)算的基本公式29</p><p>　　3.2.2 任意可靠度R時(shí)的壽命計(jì)算30<

21、;/p><p>　　3.2.3 考慮使用條件時(shí)的壽命計(jì)算31</p><p>　　3.2.4 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的可靠度32</p><p>　　3.2.5 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的額定壽命33</p><p>　　3.2.6導(dǎo)軌的受力分析34</p><p>　　3.2.7 導(dǎo)軌的靜強(qiáng)度計(jì)算37</p>

22、<p>　　3.2.8 額定動(dòng)載荷計(jì)算和額定靜載荷39</p><p>　　3.3 微調(diào)螺紋副的選擇40</p><p>　　3.4 導(dǎo)軌的潤(rùn)滑及防護(hù)41</p><p>　　3.4.1 潤(rùn)滑方式41</p><p>　　3.4.2 潤(rùn)滑劑的選擇41</p><p>　　3.4.3 密封方式的選擇

23、41</p><p>　　3.5 微調(diào)螺紋福的設(shè)計(jì)及彈簧的選擇42</p><p>　　3.5.1 微調(diào)螺紋福42</p><p>　　3.5.2 彈簧的設(shè)計(jì)選擇42</p><p>　　第四章 微位移升降臺(tái)設(shè)計(jì)44</p><p>　　4.1 精密升降臺(tái)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)45</p><p>

24、　　4.1.1導(dǎo)軌形狀材料及導(dǎo)軌副材料46</p><p>　　4.2. 導(dǎo)軌的預(yù)緊和調(diào)整46</p><p>　　4.3 導(dǎo)軌的計(jì)算48</p><p>　　4.4.1 導(dǎo)軌的油槽、油腔48</p><p>　　4.4.2 螺旋測(cè)微頭的選擇48</p><p><b>　　第五章 致謝49<

25、;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)50</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1微動(dòng)工作臺(tái)的發(fā)展概況</p><p>　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)正迅速向微小、超精密領(lǐng)域發(fā)展，精密超精密加工技術(shù)的興起，引發(fā)了制造、信息、材料、生物、醫(yī)療和國(guó)防等領(lǐng)域

26、的革命性變化，對(duì)社會(huì)和人類生活質(zhì)量產(chǎn)生了巨大影響。許多領(lǐng)域越來(lái)越迫切地需要微型系統(tǒng)或微動(dòng)系統(tǒng)，如生物細(xì)胞、聚合物的各種操作，微外科手術(shù)，掃描探針顯微鏡SPM，光纖對(duì)接和微細(xì)加工等，因此，精密位移技術(shù)已成為前沿科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。一般情況下，精密位移依靠精密工作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，精密微位移工作臺(tái)主要包括一維、二維和=三維工作臺(tái)。一維、二維精密工作臺(tái)不能滿足精密位移在三維空間的運(yùn)動(dòng)要求，因此，三維精密工作臺(tái)的研究越來(lái)越為人們所重視。行

27、程、高分辨率和位移計(jì)量是精密位移對(duì)三維精密工作臺(tái)的3個(gè)重要指標(biāo)要求。由于工作臺(tái)一般要采用粗、精兩級(jí)驅(qū)動(dòng)方式，因此，工作臺(tái)存在粗、精兩種運(yùn)動(dòng)，必須采用不同的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)元件。由于這兩種運(yùn)動(dòng)在行程、精度、驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)元件上的差異，對(duì)它們的位移檢測(cè)控制也需要采用不同的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但兩種傳感器的分辨率、量程不同，粗、精運(yùn)動(dòng)分別計(jì)量、疊加，測(cè)量數(shù)據(jù)不易連續(xù)，不可避免會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差?，F(xiàn)代微位移科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)微動(dòng)工作臺(tái)提出了迫切的更高要求,即在提

28、供大范</p><p>　　1 各種微動(dòng)工作臺(tái)性能比較</p><p>　　1.2 微動(dòng)工作臺(tái)的類型及主要組成</p><p>　　微動(dòng)工作臺(tái)根據(jù)其工作原理和驅(qū)動(dòng)方式的不同可分為以下幾種。</p><p>　　1.2.1 扭輪摩擦傳動(dòng)式微位移平臺(tái)</p><p>　　扭輪摩擦傳動(dòng)式微位移機(jī)構(gòu)是利用扭輪摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微

29、位移</p><p>　　機(jī)構(gòu)。一般的摩擦傳動(dòng)方式是將驅(qū)動(dòng)摩擦輪展開為直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)分辨率有限。當(dāng)將摩擦副的主動(dòng)輪與從動(dòng)桿母線交角從直</p><p>　　圖二 扭輪摩擦傳動(dòng)圖</p><p>　　角減小為一很小的角度時(shí)，形成的摩擦副即為扭輪摩擦副，利用扭輪摩擦副做成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)稱扭輪摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它可以得到很小的導(dǎo)程和納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)分辨率和定位精度，具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)間

30、隙和無(wú)爬行等優(yōu)點(diǎn)。我們研制的扭輪摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示，其導(dǎo)程小于0．2mm，若選用高運(yùn)動(dòng)分辨率的電機(jī)，則可達(dá)在250mm范圍內(nèi)得到納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)分辨率和定位精度。它可應(yīng)用于許多超精密傳動(dòng)領(lǐng)域。</p><p>　　1.2.2 機(jī)械傳動(dòng)式微位移平臺(tái)</p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)式微位移機(jī)構(gòu)是一種最古老的機(jī)構(gòu)，在精密機(jī)械和儀器中應(yīng)用很廣，其結(jié)構(gòu)形式較多，主要有螺旋機(jī)構(gòu)、杠桿機(jī)構(gòu)、契塊凸輪

31、機(jī)構(gòu)以及它們的組合機(jī)構(gòu)。但因機(jī)構(gòu)中存在機(jī)械間隙、摩擦磨損以及爬行現(xiàn)象等，所以運(yùn)動(dòng)靈敏度和精度都很難達(dá)到高精度，所以該機(jī)構(gòu)只適宜于中等精度。</p><p>　　圖三 差動(dòng)螺旋式微位移機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖四 螺旋式微動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　1.2.3 螺旋式微位移平臺(tái)</p><p>　　螺旋式微位移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示，其

32、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造維修方便，它是利用螺旋傳動(dòng)原理米獲得微小直線位移，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪l轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)螺桿2將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)件的直線位移J與手輪轉(zhuǎn)角中關(guān)系為：J=±—}·≯因此，若螺桿螺距f已定，在螺桿與螺母配研和傳動(dòng)平穩(wěn)時(shí)，控制妒的大小即可得到微位移，其精度可達(dá)l 0 u m。它廣泛應(yīng)用于微調(diào)和測(cè)量機(jī)構(gòu)，如千分尺等。為了得到更高精度的微位移，就采用如圖3所示的差動(dòng)螺旋式微位移機(jī)構(gòu)。它的螺桿l有兩段螺距分別為，2和f，的螺紋

33、，f2大于，。且螺旋方向相同，則螺母2的微位移(即輸出位移)s為：</p><p>　　s=(f2一f1)／(2)</p><p>　　式中西為手輪轉(zhuǎn)角，若屯和f】分別為0．75mm和0．7mm，其差值為O．05mm，手輪的圓周刻度分劃為50格，則手輪轉(zhuǎn)動(dòng)1格時(shí)，在螺桿與螺母配研和傳動(dòng)平穩(wěn)以及零件達(dá)到加工精度時(shí)，運(yùn)動(dòng)件的位移量為1 u m。差動(dòng)螺旋式微位移機(jī)構(gòu)除此之外還有采用差動(dòng)螺母的形式

34、，其工作原理類似，結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，但相對(duì)而言，其加工精度稍難保證，因差動(dòng)螺母較難保證加工精度。</p><p>　　1.2.4 組合式機(jī)械傳動(dòng)式微位移平臺(tái)</p><p>　　凸輪式微位移機(jī)構(gòu)是利用凸輪曲線的微小變化來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)件的微位移，其傳動(dòng)鏈短、剛性好。螺旋一斜面微位移機(jī)構(gòu)是利用螺旋微位移機(jī)構(gòu)推動(dòng)一斜塊運(yùn)動(dòng)以使斜塊在某一方向產(chǎn)生微位移。蝸輪一凸輪式微位移機(jī)構(gòu)，其原理是：主動(dòng)桿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)

35、蝸輪蝸桿副減速，帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)滾輪使運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生微位移。齒輪一杠桿式微位移機(jī)構(gòu)是利用手輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)幾級(jí)齒輪減速，變成扇形齒輪的微小轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)將其微小轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)件的直線微位移。此外，還有齒輪一摩擦式微位移機(jī)構(gòu)和螺旋一錐輪式微位移機(jī)構(gòu)等等。但組合式微位移機(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜些，一般應(yīng)用于特定場(chǎng)合。</p><p>　　1.2.5 熱變形式微位移平臺(tái)</p><p>　　熱變形式微

36、位移機(jī)構(gòu)的微動(dòng)原理是：如下圖4所示，傳動(dòng)桿l的一端固定在機(jī)架上，另一端固定在沿導(dǎo)軌作微位移的零部件2上，當(dāng)線圈通電加熱時(shí)，使傳動(dòng)桿受熱伸長(zhǎng)，其伸長(zhǎng)量為：</p><p>　　￡=a￡(t1一t0)=a￡△t</p><p>　　式中a——傳動(dòng)桿材料的線膨脹系數(shù)；</p><p>　　￡傳動(dòng)桿的長(zhǎng)度：t1、t0——分別為被加熱達(dá)到的溫度和加熱前的溫度。改變通入電流或者

37、電壓的值</p><p>　　圖五 電熱式微位移機(jī)構(gòu)原理圖</p><p>　　使傳動(dòng)桿溫度改變。即可得到不同的微位移量d熱變形式微位移機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、操作控制方便，與大降速比的機(jī)械傳動(dòng)式微位移機(jī)構(gòu)相比，它的剛度高且無(wú)間隙。但因傳動(dòng)桿與周圍介質(zhì)之間有熱交換，因而影響位移精度且由于熱慣性的存在以及對(duì)傳動(dòng)桿的冷卻速度難以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。因此限制了微位移的速度，故不適宜于行程較長(zhǎng)、頻率較高的微位移。<

38、/p><p>　　1.2.6 彈性變形傳動(dòng)式微位移平臺(tái)</p><p>　　彈性變形傳動(dòng)式微位移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖及其動(dòng)力學(xué)模型如圖5所示，其原理是利用兩個(gè)串聯(lián)在一起的主動(dòng)彈簧的剛度差，實(shí)現(xiàn)輸出位移相對(duì)于輸入位移的大幅度縮小，以提高輸出位移的分辨率。設(shè)主動(dòng)彈簧和從動(dòng)彈簧的剛度分別為K1、k2,且K2遠(yuǎn)大于L1，主動(dòng)彈簧的位移（即輸入位移）和從動(dòng)彈簧的位移（即輸出位移）分別為△X1、△X2，則：&

39、lt;/p><p>　　圖六 彈性變形式微位移機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖七 彈性變形式微位移機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型</p><p>　　如果主動(dòng)彈簧由千分尺驅(qū)動(dòng)，其精度為10um，K2=9K1，理想情況下其輸出精度微1um，如果K2與K1相差更大，則分辨率、精度更高。該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈短、摩擦力小、易獲得精確位移，且其精度高、穩(wěn)定性好，可用于掃描隧道顯微技術(shù)（STM），及需達(dá)到原子

40、級(jí)分辨率的高精度測(cè)量技術(shù)和光學(xué)零件的精密調(diào)整機(jī)構(gòu)。但當(dāng)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)件受到為例或存在摩擦力時(shí)，這將直接影響精度，而且對(duì)于步進(jìn)狀態(tài)態(tài)的輸入位移，容易產(chǎn)生過(guò)渡性震蕩，所以不適宜于動(dòng)態(tài)響應(yīng)的情況。</p><p>　　1.2.7 磁致伸縮式微位移平臺(tái)</p><p>　　磁致伸縮式微位移機(jī)構(gòu)的工作原理如圖6所示，磁致伸縮棒1的一端固定在機(jī)座上，另一端與運(yùn)動(dòng)件相連，繞在伸縮棒外的線圈通電激磁后，在磁

41、場(chǎng)的作用下，伸縮棒產(chǎn)生變形而使運(yùn)動(dòng)件實(shí)現(xiàn)微量位移，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度可得到不同的微位移量，其精度可達(dá)亞微米。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、重復(fù)精度高、無(wú)間隙、剛性好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但其磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁致伸縮量之間不嚴(yán)格成線性關(guān)系，磁場(chǎng)作用下還伴有發(fā)熱，故微動(dòng)精度不高。它適用于精確位移調(diào)整、切削刀具的磨損補(bǔ)償、溫度變形補(bǔ)償及自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。</p><p>　　圖 磁致伸縮式微位移機(jī)構(gòu)</p>&l

42、t;p>　　1.2.8壓電陶瓷式微位移平臺(tái)</p><p>　　該機(jī)構(gòu)利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)微位移，改變輸入電壓的大小即可得到不同的微位移，它從而避免了機(jī)械結(jié)構(gòu)造成的誤差，所以具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、分辨率極高（可達(dá)納米級(jí)）、發(fā)熱少、無(wú)雜散電磁場(chǎng)和便于遙控等優(yōu)點(diǎn)。它已成功勇于高科技領(lǐng)域，如機(jī)器人微位移定位器、磁頭、噴墨打印、揚(yáng)聲器和光跟蹤系統(tǒng)以及壓電式刀具補(bǔ)償機(jī)構(gòu)等等。</p><

43、p>　　1.2.9 柔性鉸鏈?zhǔn)轿⑽灰破脚_(tái)</p><p>　　柔性鉸鏈?zhǔn)轿⑽灰茩C(jī)構(gòu)是今年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的微位移機(jī)構(gòu)。種新型的微位移機(jī)構(gòu)。它是利用壓電或電致伸縮器件或螺旋測(cè)微儀驅(qū)動(dòng)，然后通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)位移縮小，以實(shí)現(xiàn)微小位移。如圖7為螺旋測(cè)微儀驅(qū)動(dòng)的柔性鉸鏈?zhǔn)轿⑽灰茩C(jī)構(gòu)，是用于微調(diào)超精密電容傳感器測(cè)頭與被測(cè)對(duì)象的初始間距，如果螺旋測(cè)微儀的輸入位移為Ⅸ，則運(yùn)動(dòng)件的輸出位移咒為：X0=Mx1=(1+L1

44、/L0)(1+L3/L2)Xi式中m為杠桿機(jī)構(gòu)縮小倍數(shù)，可通過(guò)改變L0、L1、L2、和L3來(lái)調(diào)節(jié)m，以得到不同的分辨率。</p><p>　　該類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、體積很小、無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)間隙、無(wú)爬行、機(jī)械諧振頻率高、抗振動(dòng)干擾能力強(qiáng)、具有較高的位移分辨率(可達(dá)1納米)。若使用壓電或電致伸縮件驅(qū)動(dòng)，不僅控制簡(jiǎn)單，而且可以很容易實(shí)現(xiàn)亞微米甚至納米級(jí)的精度，同時(shí)不產(chǎn)生噪音和發(fā)熱，可適宜于各種介質(zhì)環(huán)境工作，是精密機(jī)械中理想

45、的微位移機(jī)構(gòu)。已在航空、宇航、微電子：[業(yè)部門、精密測(cè)量和微調(diào)以及生物一r程領(lǐng)域獲得重要的應(yīng)用</p><p>　　圖九 柔性鉸鏈?zhǔn)轿⑽灰破脚_(tái)簡(jiǎn)圖</p><p>　　1.2.10 直線電機(jī)式微位移平臺(tái)</p><p>　　該微位移機(jī)構(gòu)直接利用直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)件產(chǎn)生微位移的機(jī)構(gòu)。直線電機(jī)具有任意的調(diào)節(jié)行程，無(wú)限的位移分辨率，所產(chǎn)生的力小于1000N。采用該機(jī)構(gòu)作為進(jìn)

46、給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，快速進(jìn)給速度可達(dá)76m／min，進(jìn)給加速度可達(dá)9．8m／S2以上。直線電機(jī)式微位移機(jī)構(gòu)不需要用機(jī)械輔助方法將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，因此簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而避免了由于中間環(huán)節(jié)的彈性變形、間隙、磨損和發(fā)熱等因素帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)誤差。其最明顯的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快，可達(dá)到瞬時(shí)的高加速度和減速度。它已在異型內(nèi)圓工件的計(jì)算機(jī)控制精密車削和磨削加工中得到成功應(yīng)用。但是直線電機(jī)的成本較高、發(fā)熱較嚴(yán)重、組成的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜且存在隔磁和防磁問(wèn)題，所以

47、其應(yīng)用還不很廣泛。不過(guò)隨著科技的發(fā)展，直線電機(jī)的這些問(wèn)題得到解決，直線電機(jī)式微位移機(jī)構(gòu)將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2.11 其它微位移平移臺(tái) </p><p>　　此外，還有形狀記憶合金(SMA)式、電致伸縮式和滾珠導(dǎo)軌式微位移機(jī)構(gòu)等。SMA微位移機(jī)構(gòu)是利用在低溫相態(tài)無(wú)論它怎樣變形，只要加熱到一定溫度就會(huì)馬上恢復(fù)到原來(lái)在高溫下的形狀的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)微位移。于是通過(guò)電流

48、控制SMA的溫度即可實(shí)現(xiàn)微位移。它已廣泛應(yīng)用于機(jī)械化、電氣、醫(yī)療以及高精度控制等領(lǐng)域。電致伸縮式微位移機(jī)構(gòu)是利用電致伸縮材料在電場(chǎng)作用下發(fā)生變形以實(shí)現(xiàn)微位移。該機(jī)構(gòu)具有施加電壓低、滯后小、位移量度大、重復(fù)性好以及無(wú)老化等優(yōu)點(diǎn)，它已廣泛應(yīng)用丁計(jì)量設(shè)備、微機(jī)械手、超精密加工中的誤差測(cè)量和補(bǔ)償。滾珠導(dǎo)軌式微位移機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活、工藝性好、行程大、易實(shí)現(xiàn)較高定位精度，可用于微動(dòng)臺(tái)和定位裝置等。</p><p>　

49、　微位移機(jī)構(gòu)種類很多，它們各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和主要應(yīng)用范圍。隨著微電子技術(shù)、宇航、材料、生物工程等學(xué)科的發(fā)展，它的研究越來(lái)越受國(guó)內(nèi)外的重視，且得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，但因機(jī)械加工精度、機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性、相關(guān)參數(shù)的控制精度、電磁屏蔽等目前技術(shù)水平的制約，它的應(yīng)用還受到一定的限制。不過(guò)隨著相關(guān)科學(xué)的不斷發(fā)展和微位移機(jī)構(gòu)的深入研究，人類將研究出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高分辨率、高精度、高性能以及調(diào)試簡(jiǎn)便的微位移機(jī)構(gòu)以服務(wù)于人類社會(huì)。</p>&l

50、t;p>　　1.3微型工作臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類在制造領(lǐng)域中采用的尺度將由微米邁向納米。精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展和推廣，提高了整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的加工精度和技術(shù)水平，并普遍提高了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和競(jìng)爭(zhēng)力。超精密加工的精度已達(dá)到了納米級(jí)，甚至是亞納米級(jí)(原子級(jí))。當(dāng)前，超精密制造的傳統(tǒng)加工方法主要有金剛石刀具超精密切削，金剛石微粉砂輪超精密磨削，精密高速切削和精密砂帶磨削

51、等，非傳統(tǒng)加工方法主要有電子束、離子束、激光束等高能束加工，電火花、電化學(xué)加工、光刻(刻蝕)等。并出現(xiàn)了具有復(fù)合加工機(jī)理的電解研磨、磁流體拋光、超聲研磨等復(fù)合加工方法。超精密加工技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志，也是國(guó)防工業(yè)研制現(xiàn)代化武器裝備的關(guān)鍵技術(shù)。20世紀(jì)50年代末以來(lái)，迅速發(fā)展的宇航、計(jì)算機(jī)、激光技術(shù)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)等尖端科學(xué)技術(shù)，綜合利用了近代的先進(jìn)技術(shù)和工藝方法。由于生產(chǎn)集成電路的需要，出現(xiàn)了各種微細(xì)加工工藝(微

52、小尺寸零件的加工技術(shù))。它利用切削和非切削的加工方法，在最近的一二十年的時(shí)間里使機(jī)械加工精度提高了1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，即由50年代末的微米級(jí)(10m)提高到現(xiàn)在的納米級(jí)(10 m)，從而進(jìn)入了超精密加工時(shí)代。在這個(gè)</p><p>　　微進(jìn)給平臺(tái)進(jìn)行了一定的探索，但還存在一些技術(shù)問(wèn)題，因此無(wú)法滿足廣泛的實(shí)際工程需要?，F(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，學(xué)科交叉、復(fù)合加工技術(shù)的特點(diǎn)日益突出，精密加工和超精密加工不僅作為一門獨(dú)立的學(xué)科發(fā)

53、展，而且會(huì)以更多的交叉學(xué)科形式出現(xiàn)，甚至形成新的學(xué)科。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的需求下，如汽車制造、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、光盤、家用電器等均緊密依賴于先進(jìn)的制造技術(shù)進(jìn)入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，提高國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。尖端技術(shù)和產(chǎn)品的需求下，開拓新的加工機(jī)理，進(jìn)入到納米級(jí)和亞納米級(jí)加工精度是必然的選擇。微位移工作臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)及需要解決的問(wèn)題大范圍、高精度是納米科技對(duì)微動(dòng)工作臺(tái)提出的新要求,然而大行程和高精度是微動(dòng)技術(shù)中的一對(duì)矛盾。因此微位移工作臺(tái)

54、的未來(lái)研究方向應(yīng)圍繞如何解決這一對(duì)矛盾展開。</p><p>　　a)多種微運(yùn)動(dòng)相結(jié)合技術(shù):結(jié)合多種微動(dòng)方法以彌補(bǔ)各自的不足仍然是解決以上問(wèn)題的主要辦法,比如在現(xiàn)有研究已經(jīng)成熟的各種微動(dòng)工作臺(tái)基礎(chǔ)上,妥善解決好其中兩種或者多種微動(dòng)工作臺(tái)間的兼容性,解決好機(jī)械結(jié)構(gòu)間的裝配誤差、多種平臺(tái)間的定位誤差,采用粗動(dòng)和微動(dòng)相結(jié)合的方法,粗動(dòng)臺(tái)用以完成快速大范圍,微動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)高精度,也就是說(shuō)通過(guò)微動(dòng)工作臺(tái)對(duì)粗動(dòng)工作臺(tái)由于運(yùn)動(dòng)

55、所帶來(lái)的誤差進(jìn)行精度補(bǔ)償,以此實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度的要求。</p><p>　　b)新型納米級(jí)微動(dòng)工作臺(tái)的研究:運(yùn)動(dòng)方向間的交叉耦合嚴(yán)重影響納米微動(dòng)工作臺(tái)的定位精度,因此需進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu),從運(yùn)動(dòng)原理上有效地消除運(yùn)動(dòng)方向間的交叉耦合產(chǎn)生的定位誤差,提高納米級(jí)微位移工作臺(tái)的定位精度。</p><p>　　c)改進(jìn)控制策略,如采用建立遲滯和蠕變數(shù)學(xué)模型進(jìn)行開環(huán)控制來(lái)避免因反饋而可能引起的不

56、穩(wěn)定問(wèn)題,采用自適應(yīng)控制消除建模的誤差和參數(shù)的不確定性及系統(tǒng)環(huán)境的變化等因數(shù)對(duì)系統(tǒng)精度的影響,提高系統(tǒng)的魯棒性。采用模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等方法改善系統(tǒng)的非線性和不確定性</p><p>　　d)磁懸浮微動(dòng)工作臺(tái)性能的進(jìn)一步提高:在現(xiàn)有磁懸浮微動(dòng)工作臺(tái)基礎(chǔ)上,充分考慮磁滯非線性、磁飽和以及高次諧波對(duì)系統(tǒng)精度的影響,解決運(yùn)動(dòng)控制和定位技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度的大范圍運(yùn)動(dòng)。。</p><p>

57、;　　第二章 工作臺(tái)的方案確定</p><p>　　微位移機(jī)械工作臺(tái)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，手動(dòng)進(jìn)給，根據(jù)市場(chǎng)情況，結(jié)合當(dāng)前精密和超精密加工的發(fā)展方向，為超精密加工而設(shè)計(jì)的工作平臺(tái)，是比較理想的加工方式，可以預(yù)計(jì)，他對(duì)于超精密加工將會(huì)是又一個(gè)選擇。</p><p><b>　　2.1適用范圍</b></p><p>　　該微動(dòng)工作臺(tái)可用于，精密零件的

58、微細(xì)加工，硬質(zhì)合金等難加工材料的構(gòu)成工件的磨削，以及超精光研磨珩磨。對(duì)精密超精密加工的車削，光整或具有特殊要求的零件加工問(wèn)題，可用在磨床上能實(shí)現(xiàn)精密級(jí)的平面、球面、非球面、工件加工，具有粗磨，精磨，研磨，拋光功能。精密、超精密3n-v的精密陶瓷制品、光學(xué)原件和透鏡等，也可廣泛應(yīng)用于各種現(xiàn)代光電子產(chǎn)品、圖像處理產(chǎn)品如數(shù)碼相機(jī)、VCD、DVD、電腦、CCD、攝像鏡頭、大屏幕投影電視機(jī)及軍事、天文和醫(yī)療等行業(yè)。超精密加工設(shè)備與技術(shù)有廣闊的應(yīng)用

59、前景和巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　2.2 主要技術(shù)要求</p><p>　　主要技術(shù)要求有以下幾種</p><p>　　1）微動(dòng)工作臺(tái)的支撐或?qū)к壐睙o(wú)機(jī)械摩擦和無(wú)間隙，具有高的位移分辨率和高的定位精度和重復(fù)精度，滿足工作形成要求。</p><p>　　2）微動(dòng)工作臺(tái)本身具有高的幾何精度，即顛擺，滾擺和搖擺誤差小，同時(shí)穩(wěn)定可靠。&

60、lt;/p><p>　　3）微動(dòng)工作臺(tái)具有較高的固有頻率，以保證良好的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾能力，采用直接測(cè)微頭驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　4）微動(dòng)系統(tǒng)控制方便響應(yīng)速度快</p><p>　　5)靜剛度要求高，在最大允許戟荷時(shí)，變形量不超過(guò)規(guī)定值；結(jié)構(gòu)分析或其他部件在大件上移動(dòng)時(shí)，靜剛度的變化應(yīng)小。</p><p>　　6)連接剛度要好，結(jié)構(gòu)要合理，便

61、于調(diào)整和裝卸。</p><p>　　7)導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性要好。</p><p>　　8)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，材質(zhì)穩(wěn)定，能長(zhǎng)期的保持規(guī)定精度。</p><p>　　9)重量要輕，體積合理，便于裝拆。</p><p>　　2.3 微動(dòng)工作臺(tái)材料</p><p>　　工作臺(tái)材料超精密工作臺(tái)要求工作臺(tái)具有小質(zhì)量、高剛度和低熱變

62、形。因此工作臺(tái)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。目前傳統(tǒng)工作臺(tái)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(tái)的性能受到影響。有些機(jī)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。工程結(jié)構(gòu)陶瓷由于其高強(qiáng)度、高硬度和耐高溫、耐輻射、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)已逐漸成為工程技術(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(tái)上是一種發(fā)展趨勢(shì)。氧化鋁陶瓷的密度為鋼的一半，

63、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，因此如日本東京工業(yè)大學(xué)與住友重工研制的超精密工作臺(tái)都采用了氧化鋁陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料。石英陶瓷作為結(jié)構(gòu)陶瓷多應(yīng)用在玻璃、冶金、電工、航空航天等行業(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(diǎn)，但其應(yīng)用于精密平臺(tái)還未見報(bào)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(gè)數(shù)量級(jí)，缺點(diǎn)是彈性模量較小。石英陶瓷材料更適用

64、于輕載的超精密工作，但本工作臺(tái)考慮其工作臺(tái)和市場(chǎng)客戶原因采用傳</p><p>　　2.4 微動(dòng)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)與控制</p><p>　　平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)為了解決較大行程和精密定位的矛盾，利用高精度陶瓷電機(jī)實(shí)現(xiàn)大行程精確定位。我們通過(guò)多方面調(diào)研，最后選擇了Nanomotion的LS系列低速電機(jī)，該電機(jī)配備8個(gè)運(yùn)動(dòng)單元。LS系列具有無(wú)與倫比的重復(fù)定位精度和定位時(shí)零伺服抖動(dòng)的穩(wěn)定性能，每步分辨率高

65、于20nm，最大速度可以達(dá)到20mm／s。能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度；因?yàn)閴弘娞沾芍本€電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力有限，不能克服自身的動(dòng)力的影響，所以必須設(shè)計(jì)配重裝置1．3 傳動(dòng)系統(tǒng)三維精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用3個(gè)驅(qū)動(dòng)器和3個(gè)位移傳感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)空間姿態(tài)的控制和調(diào)整。平臺(tái)均以兩組交叉滾子軌道支撐，X／Y向平臺(tái)有25mm的行程，z向平臺(tái)有5mm的行程。近年來(lái)研制的微進(jìn)給平臺(tái)，大都采用氣浮定位方式，雖然消除了摩擦，但結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，支撐剛度小，承載

66、能力和抗沖擊能力降低，亦限制定位精度的提高。傳統(tǒng)的機(jī)械定位方式是剛性接觸支撐圖3 XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠” 驅(qū)動(dòng)方式定位，雖然存在著摩擦、磨損、金屬粉塵、驅(qū)動(dòng)件的質(zhì)量慣性和連接間隙等問(wèn)題，降低了設(shè)備的定位精度和響應(yīng)頻率。但是滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，使用時(shí)直接參照設(shè)計(jì)手冊(cè)選用即可</p><p>　　微動(dòng)工作臺(tái)的直接驅(qū)動(dòng)控制通常有手動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的形式，本次設(shè)計(jì)為機(jī)械式絲杠傳動(dòng)，采用手動(dòng)

67、驅(qū)動(dòng)方法，用于微調(diào)、微進(jìn)給等，具有成本低，操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。</p><p><b>　　2.5 整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　整體設(shè)計(jì)根據(jù)使用要求，所設(shè)計(jì)的三維精密移動(dòng)工作臺(tái)</p><p>　　應(yīng)滿足規(guī)定的行程范圍、精度、靈敏度的要求；同時(shí)還要工作性能穩(wěn)定可靠，消除空回，減小誤差。設(shè)計(jì)中采用組裝式的，其三個(gè)方向是相互垂直的，所以從下至

68、上三個(gè)方向上主動(dòng)件和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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軸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(duì)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。其總體主要技術(shù)參數(shù)見下表所示</p><p><b>　　表二</b></p><p><b>　　2.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p>

69、<p>　　目前，精密工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度一般在20——50mm，最高的可達(dá)到100mm以上，其精度要求為0.1um以下。由于高速度帶來(lái)的慣性很大，一般運(yùn)動(dòng)精度要求比較低，為解決高速度和高精度的矛盾，通常采用粗精相結(jié)合的兩個(gè)工作臺(tái)，如圖"所示。粗動(dòng)工作臺(tái)完成高速度大行程，微動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)其精度要求，也就是說(shuō)通過(guò)微動(dòng)工作臺(tái)對(duì)粗動(dòng)工作臺(tái)由于運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的誤差進(jìn)行精度補(bǔ)償。</p><p>　　圖十 微

70、位移工作臺(tái)和機(jī)床工作關(guān)系圖</p><p>　　三維精密移動(dòng)工作臺(tái)主要由支撐裝置、微位移驅(qū)動(dòng)讀數(shù)裝置、承重及微位移機(jī)構(gòu)、連接裝置幾部分組成。微位移驅(qū)動(dòng)讀數(shù)裝置、承重及微位移機(jī)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)起著舉足輕重的作用。主要是采用螺旋微動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，分劃筒讀數(shù)裝置示數(shù)，以及滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)移。也就是說(shuō)，整個(gè)三維精密移動(dòng)工作臺(tái)由支撐裝置———底座、底板，微位移驅(qū)動(dòng)讀數(shù)裝置，承重及微位移機(jī)構(gòu)———三維方向上的滑板

71、、導(dǎo)軌，以及連接裝置———直角固定塊等組成。</p><p>　　我們所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的主要是三維工作臺(tái)，即三坐標(biāo)微動(dòng)工作臺(tái)</p><p>　　圖十一 三維精密工作臺(tái)實(shí)物模型圖</p><p>　　三坐標(biāo)精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)采用模塊化組合設(shè)計(jì)。即有三大模塊組合而成，即平移臺(tái)，升降臺(tái)，和底板。其中平移臺(tái)能實(shí)現(xiàn)x、Y、兩個(gè)個(gè)方向上的精密移動(dòng)，工作臺(tái)的行程為25mm

72、15;25mm×5mm。Z向移動(dòng)部件為精密微動(dòng)升降臺(tái)，保持Z軸方向上的位移和進(jìn)給。三坐標(biāo)精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的x、Y、z三個(gè)方向的部件具有相同結(jié)構(gòu)，都包括各自的傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度，平臺(tái)在x、Y、z三個(gè)方向的結(jié)構(gòu)安排采用下述方案，即以x向的精密平移臺(tái)固定在基座上，Y向的底板固定在x向的移動(dòng)拖板上，z向的底板固定在花崗巖平臺(tái)的橫梁上。</p><p>　　2.7 設(shè)計(jì)原則和

73、設(shè)計(jì)原理</p><p>　　在幾何量測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)長(zhǎng)期實(shí)踐的基礎(chǔ)上，形成了一些帶有普遍性的或在一定場(chǎng)合下帶有普遍性的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)原理。這些設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)原理，根據(jù)不同儀器設(shè)計(jì)的具體情況，作為儀器設(shè)計(jì)中的技術(shù)措施，在保證和提高儀器精度、改善儀器性能、以及降低儀器成本等方面帶來(lái)了良好的效果。因此，如何在儀器的總體方案中遵循或恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用這些原則和原理，便是儀器總體設(shè)計(jì)階段中應(yīng)當(dāng)突出考慮的一個(gè)內(nèi)容。在本設(shè)計(jì)中，為了減少

74、阿貝誤差的影響，在底座的設(shè)計(jì)中盡量保證主動(dòng)件與從動(dòng)件之間運(yùn)動(dòng)的線性關(guān)系，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工藝上盡量保證導(dǎo)軌有較好的運(yùn)動(dòng)直線性。采用螺旋微位移驅(qū)動(dòng)讀數(shù)裝置，遵循測(cè)量鏈最短原則，盡量使測(cè)量環(huán)節(jié)最少，從而減少誤差、提高整體機(jī)構(gòu)的精度。螺旋測(cè)微原理是指螺旋運(yùn)動(dòng)的直線位移與角位移成比例的原理。其套筒上刻有上、下兩排刻線，同排刻度線間距為1mm,上下兩排刻線錯(cuò)開0.5mm，即與測(cè)微絲杠的螺距相等。微分筒上刻有50等分刻線，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，絲杠位移

75、0.5mm；轉(zhuǎn)動(dòng)一格，絲杠移動(dòng)0.01mm。所以螺旋測(cè)微器的分度值為0.01mm，靈敏度為0.001mm。</p><p>　　第三章 微位移平移臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　由以上分析知道該組合工作臺(tái)由機(jī)械平移臺(tái)、機(jī)械微動(dòng)升降臺(tái)以及底板構(gòu)成。我們首先來(lái)設(shè)計(jì)微位移平移臺(tái)。</p><p>　　3.1 精密平移臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　精密平移

76、臺(tái)結(jié)構(gòu)由擋板、導(dǎo)軌、以及螺旋測(cè)微頭和工作臺(tái)部分組成。</p><p><b>　　平移臺(tái)特點(diǎn)：</b></p><p>　　1)導(dǎo)軌為精密線性鋼球配合精磨鋼棒，精度高，成本低，負(fù)載輕。</p><p>　　2)測(cè)微頭在平移臺(tái)側(cè)面放置，節(jié)省空間。</p><p>　　3)采用彈簧復(fù)位，消除軸向間隙。</p>

77、<p>　　4)臺(tái)面和底座分布標(biāo)準(zhǔn)孔距的安裝孔，方便安裝和組合。5)可與其它系列位移臺(tái)組成多維調(diào)整架。</p><p><b>　　平移臺(tái)基本數(shù)據(jù):</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)方式 測(cè)微頭</p><p>　　驅(qū)動(dòng)位置 側(cè)邊</p><p>　　導(dǎo) 軌 線

78、性導(dǎo)軌+滾珠</p><p>　　行 程 25mm</p><p>　　最小刻度 0.01mm</p><p>　　精 度 0.005mm</p><p>　　分 辨 率 0.002mm</p><p>　　自 重 0. 3kg&l

79、t;/p><p>　　負(fù) 載 2kg</p><p>　　圖十二 精密平移臺(tái)實(shí)物模型圖</p><p>　　3.1.1精密平移臺(tái)導(dǎo)軌設(shè)計(jì)</p><p>　　一般的導(dǎo)軌形式有滑動(dòng)、滾動(dòng)和靜壓3種形式。其中滑動(dòng)導(dǎo)軌中導(dǎo)軌副之間是滑動(dòng)摩擦，由于導(dǎo)軌副材料之間存在動(dòng)、靜摩擦因數(shù)的差異，會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，同時(shí)存在磨損，使用壽命不長(zhǎng)，在高

80、精密工作臺(tái)中很少采用滑動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌中采用鋼球或滾柱作為滾動(dòng)體，具有較小的摩擦因數(shù)，動(dòng)靜摩擦因數(shù)的差異極小，可以有效避免爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生。但滾動(dòng)導(dǎo)軌中由于滾動(dòng)體與導(dǎo)軌之間的接觸為點(diǎn)接觸或線接觸，其抗振性與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比較差。</p><p>　　3.1.2 導(dǎo)軌形狀材料及滾珠材料</p><p>　　根據(jù)數(shù)據(jù)要求，通過(guò)查閱機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇導(dǎo)軌，因?yàn)閷?dǎo)軌承受載荷不大高度較小所以采V型箱裝滾動(dòng)導(dǎo)

81、軌導(dǎo)軌。精密工作臺(tái)對(duì)精度要求較高，因此選用精密線性鋼球配合導(dǎo)軌</p><p>　　選用合金工具鋼做導(dǎo)軌材料，對(duì)比導(dǎo)軌承載及其形式，根據(jù)工作性能要求選擇燕尾形導(dǎo)軌?？梢杂行У乇ＷC其導(dǎo)向精度。</p><p>　　滾珠采用高頻淬火鋼滾珠。</p><p>　　3.1.3導(dǎo)軌、滾珠材料及保持架</p><p>　　選用合金工具CrWMn、9SiC

82、r剛或者承鋼鉻軸均可</p><p>　　常用滾珠材料為、GCr15、GCR15SiMn等，</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用含鉻合金鋼，硬度為60——65HRC。工作表面經(jīng)研磨拋光。</p><p>　　保持架——采用低碳鋼板沖壓制成。</p><p>　　3.1.4滾動(dòng)體尺寸和數(shù)量及許用載荷</p><p><

83、;b>　　a滾珠數(shù)量</b></p><p>　　增大滾動(dòng)體直徑，可以減小摩擦系數(shù)和接觸應(yīng)力，不易產(chǎn)生滑動(dòng)。滾動(dòng)體數(shù)量取決于導(dǎo)軌的長(zhǎng)度和剛度條件，每條導(dǎo)軌上一般不少于12——16，若數(shù)量過(guò)多，會(huì)制造誤差引起載荷分布不均勻。取滾珠數(shù)目</p><p>　　式中 F——每條導(dǎo)軌所受的載荷（N）</p><p>　　d——滾珠直徑； 6mm</p

84、><p>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出=4.</p><p>　　雙圓弧導(dǎo)軌一般取鋼球半徑R1、滾到半徑R2=0.90-0.95,接觸角=55</p><p><b>　　b滾珠許用載荷</b></p><p>　　滾動(dòng)體需用載荷的計(jì)算，是俺接觸應(yīng)力對(duì)導(dǎo)軌面進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，并假設(shè)在接觸面上沒有塑形變形。一個(gè)滾動(dòng)體上的需用載荷按下時(shí)計(jì)

85、算：</p><p><b>　　P=Kd</b></p><p>　　式中 d——滾珠直徑6mm</p><p>　　K———滾動(dòng)體截面積上的假象許用應(yīng)力，查表為5.</p><p>　　——導(dǎo)軌的硬度校正系數(shù)，查表取為1.</p><p>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得187.5Mp.</p>

86、<p>　　3.1.5滾動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度</p><p>　　對(duì)于滾動(dòng)體不做循環(huán)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，滾動(dòng)體和保持架隨著動(dòng)導(dǎo)軌而移動(dòng)。但其移動(dòng)速度和移動(dòng)量均為動(dòng)導(dǎo)軌的一半。</p><p>　　為了提高動(dòng)導(dǎo)軌的接觸剛度應(yīng)使導(dǎo)軌的而全場(chǎng)式中與滾動(dòng)體相接觸，因此保持架的長(zhǎng)度Lg及固定導(dǎo)軌的長(zhǎng)度L為：</p><p>　　圖十三 導(dǎo)軌尺寸計(jì)算示意圖</p>

87、<p><b>　　Lg=Ld-S/2</b></p><p><b>　　LLd</b></p><p><b>　　式中S動(dòng)導(dǎo)軌的行程</b></p><p><b>　　Ld=34則</b></p><p><b>　　Lg=30

88、mm</b></p><p>　　參考機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表6-10取導(dǎo)軌參數(shù)。查表取</p><p><b>　　A=40mm</b></p><p><b>　　d=6mm</b></p><p><b>　　B=40mm</b></p><p>

89、;<b>　　H=1</b></p><p><b>　　緊固螺釘取為M4</b></p><p><b>　　2）滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)載</b></p><p>　　在滾動(dòng)體與導(dǎo)軌面之間預(yù)加一定載荷，可增加滾動(dòng)體與導(dǎo)軌面的接觸，以減小導(dǎo)軌面平面度、滾子圓柱度、及滾動(dòng)體直徑不一致性誤差的影響，使大多數(shù)滾動(dòng)體都

90、能參加工作。由于有預(yù)加接觸變性，接觸剛度增加。提高了導(dǎo)軌的精度和剛度，阻尼性能也有所增加，提高了導(dǎo)軌的抗振性，垂直配置的滾動(dòng)導(dǎo)軌越加載荷后，可防止?jié)L動(dòng)體在導(dǎo)軌之間下滑或歪斜。</p><p><b>　　3.2 導(dǎo)軌的計(jì)算</b></p><p>　　影響滾動(dòng)直線導(dǎo)軌壽命的因素有很多，如材質(zhì)、潤(rùn)滑、防塵條件、振動(dòng)等，即使制造方法和使用條件完全相同，對(duì)于不同組件的滾動(dòng)直

91、線導(dǎo)軌來(lái)講，它們的壽命分布也具有很大的離散性。因此，衡量滾動(dòng)直線導(dǎo)軌壽命的長(zhǎng)短，既不能以一批導(dǎo)軌中的最長(zhǎng)壽命作為標(biāo)準(zhǔn)，又不能以其中最短者為標(biāo)準(zhǔn)，而是按照以破壞概率為理論根據(jù)的額定壽命為標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　3.2.1. 額定壽命計(jì)算的基本公式</p><p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌額定壽命的定義為：在相同的工作條件下，同一批導(dǎo)軌組件分別運(yùn)行，其中90％的導(dǎo)軌組件尚未出現(xiàn)疲勞剝落現(xiàn)象之前，滑

92、塊相對(duì)于導(dǎo)軌運(yùn)行距離的總和(用L10表示)或一定運(yùn)行速度下的工作小時(shí)數(shù)。當(dāng)滾動(dòng)體為鋼球時(shí)，取L的單位為50km。</p><p>　　參考文獻(xiàn)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)及機(jī)械工程師手冊(cè)，給出了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌額定壽命計(jì)算的基本公式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　其中,C為額定載荷;</p><p>&l

93、t;b>　　F為實(shí)際載荷。</b></p><p>　　該式課根據(jù)以上文獻(xiàn)導(dǎo)出。在該文獻(xiàn)中，考慮到滾動(dòng)體載荷Q與滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的外加載荷F成正比，可以得到如下公式：</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　式中,R為滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的使用概率（即可靠度）；</p><p>　　L為對(duì)應(yīng)

94、于此使用概率時(shí)的壽命；</p><p><b>　　、e均為指數(shù)，</b></p><p>　　w=10/3,e=10/9;</p><p>　　K為與材料有關(guān)的系數(shù)。</p><p>　　當(dāng)R=0.9，L=1時(shí)，F(xiàn)即為滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷C，將此條件代入式（2）可推得：</p><p>&l

95、t;b>　?。?）</b></p><p>　　于是在外載荷F的作用下，要求使用概率R（可靠度）達(dá)到90%時(shí)，這時(shí)由上式確定的壽命L即為L(zhǎng)：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　若以工作小時(shí)數(shù)來(lái)表示壽命，當(dāng)行程長(zhǎng)度和滑塊往復(fù)運(yùn)行次數(shù)一定時(shí)，可用下式求出：</p><p>&l

96、t;b>　　（5）</b></p><p>　　式中，為滑塊單向行程（m），n為滑塊每分鐘往復(fù)次數(shù)（次/分）。</p><p>　　3.2.2 任意可靠度R時(shí)的壽命計(jì)算</p><p>　　可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，它是時(shí)間的函數(shù)即為R(t)。如果用隨機(jī)變量T表示產(chǎn)品從開始工作到發(fā)生失效或故障的時(shí)間，概率密度為

97、 f（t），則該產(chǎn)品在某一定時(shí)間t的可靠度為： </p><p><b>　　。</b></p><p>　　對(duì)于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，其壽命隨機(jī)變量仍是T表示，指定的時(shí)間t改用導(dǎo)軌的運(yùn)行距離L(km)表示，于是該產(chǎn)品在某一指定壽命L時(shí)的可靠度可改寫為：</p><p><b>　　。</

98、b></p><p>　　在工程實(shí)際中，各種機(jī)械對(duì)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的可靠性提出了不同要求，為了滿足不同需要，現(xiàn)提出可靠度系數(shù)，來(lái)計(jì)算任意可靠度R(L)時(shí)的壽命L，由式（3）可得：</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　其中，稱為滾動(dòng)直線導(dǎo)軌壽命計(jì)算的可靠度系數(shù)，下表中列出了對(duì)應(yīng)于不同可靠度R(L)時(shí)的值。</p

99、><p>　　表2 不同可靠度R(L)時(shí)的值</p><p>　　因此，考慮到不同的可靠度R(L)時(shí)，有</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　3.2.3 考慮使用條件時(shí)的壽命計(jì)算</p><p>　　考慮到實(shí)際運(yùn)行中載荷的平穩(wěn)性（如沖擊、振動(dòng)），滾道表面的硬度</p&

100、gt;<p>　　以及導(dǎo)軌內(nèi)部的溫度等對(duì)壽命的影響，根據(jù)文獻(xiàn)，將式（7）作如下修正：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中，F(xiàn)c為計(jì)算載荷，實(shí)際載荷 .</p><p>　　硬度系數(shù)按照要求，與滾動(dòng)體接觸的滾道面必須具有KRC58—64的硬度，若因某種原因而達(dá)不到規(guī)定的硬度 ，將會(huì)使壽命縮短，并降低

101、承載能力，故引入硬度系數(shù)1.</p><p>　　溫度系數(shù)--當(dāng)工作溫度超過(guò)100C時(shí)，滾道表面的硬度將會(huì)降低，承載能力也將下降，故引入溫度系數(shù)1。</p><p>　　接觸系數(shù)--當(dāng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，多數(shù)情況下至少要安裝兩個(gè)以上的滑塊，由于施加在各個(gè)滑塊上的分布載荷受安裝精度及滑塊自身精度的影響，不一定象計(jì)算值那樣完全均等，故引入接觸系數(shù)0.72。</p><p>

102、　　載荷系數(shù)--機(jī)械在作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，特別是高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，常常伴有劇烈的振動(dòng)和沖擊。因此，由于工作條件的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地計(jì)算出振動(dòng)和沖擊載荷是相當(dāng)困難的，為此引入載荷系數(shù)1。以上各系數(shù)均可由文獻(xiàn)查詢。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)計(jì)算得2.43*50km</p><p>　　3.2.4 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的可靠度</p><p>　　系統(tǒng)可靠度的確定根據(jù)系統(tǒng)組合形成的不同

103、而異，串聯(lián)系統(tǒng)可用圖2來(lái)表示。設(shè)系統(tǒng)的實(shí)效時(shí)間隨機(jī)變量為T，組成系統(tǒng)的零件的實(shí)效時(shí)間隨機(jī)變量為，則系統(tǒng)的可靠度為：</p><p>　　此式說(shuō)明，在串聯(lián)系統(tǒng)中，要使系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，就必須要求每一個(gè)零件的實(shí)效時(shí)間都大于系統(tǒng)規(guī)定的時(shí)間t。因?yàn)門1、T2、…Tn之間互為獨(dú)立，故上式可寫為：</p><p>　　……，式中就是第i歌零件的可靠度，故得：</p><p>&l

104、t;b>　　R（t）=</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　這就是串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　作為滾動(dòng)直線導(dǎo)軌組件，一般是以單根或多跟導(dǎo)軌軸上裝有多個(gè)滑塊來(lái)支承一個(gè)工作臺(tái)面。由于系統(tǒng)條件的限制及結(jié)構(gòu)緊湊的要求，不采用儲(chǔ)備滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的方法來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系

105、統(tǒng)中的導(dǎo)軌、滑塊組件乃至一套組件中的零件的故障都會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障，因此，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)在整個(gè)設(shè)備的可靠性問(wèn)題上屬于串聯(lián)系統(tǒng)，如圖3所示。圖中S表示為系統(tǒng)，它可以是一組導(dǎo)軌也可以是單個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌，相應(yīng)地Si可以是單個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌組件，也可以是其中的零件。現(xiàn)將指定的時(shí)間t仍用導(dǎo)軌的運(yùn)行距離L來(lái)表示，則滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的可靠度為,單個(gè)零部件的可靠度為，故得：</p><p><b>　　圖十六 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖&

106、lt;/b></p><p>　　3.2.5 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)的額定壽命</p><p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌系統(tǒng)中的各導(dǎo)軌在不同可靠度時(shí)的壽命L可由式（6）得出：</p><p><b>　　（11）</b></p><p>　　為各滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的額定壽命由式（11）可得：</p><p>&

107、lt;b>　　（12）</b></p><p>　　由n各滾動(dòng)導(dǎo)軌組成的系統(tǒng)可靠度為：</p><p>　　將代入其中可得該系統(tǒng)的額定壽命為：</p><p><b>　?。?3）</b></p><p>　　如果系統(tǒng)中各個(gè)單元的額定壽命都相同，則可得：</p><p><

108、b>　　（14）</b></p><p>　　式中（13）、（14）同樣適用于單個(gè)滑塊組件的壽命計(jì)算，這時(shí)分別為單列滾道的可靠度及壽命。</p><p>　　當(dāng)單根導(dǎo)軌軸上有n個(gè)滑塊時(shí)，設(shè)各滑塊上所受載荷分別為F1、F2、F3……Fn額定動(dòng)載荷別為C1、C2、C3、……Cn，壽命為：</p><p><b>　?。?5）</b>

109、;</p><p>　　作為整個(gè)系統(tǒng)的壽命，由式（13）可得：</p><p><b>　?。?6）</b></p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，一般同一根導(dǎo)軌軸上選用的滑塊時(shí)完全相同的，即C1=C2=…..Cn=C，設(shè)每個(gè)滑塊上所受當(dāng)量載荷為Fe則由式（14）、（16）可得：</p><p><b>　　故有：

110、</b></p><p><b>　?。?7）</b></p><p><b>　　且有</b></p><p><b>　?。?8）</b></p><p>　　式中稱為接觸系數(shù)，見表2。當(dāng)量載荷Fe的意義為：用Fe來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的壽命與Fi來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的壽命具有相同的

111、值。</p><p>　　綜合上述分析可得最終有效壽命為</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　?。?9）</b></p><p>　　計(jì)算得壽命為121km</p><p>　　3.2.6導(dǎo)軌的受力分析</p><p&g

112、t;　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖受力最大滾動(dòng)體受力，假設(shè)滾珠受力分別為30、50、100。</p><p><b>　　26.7</b></p><p>　　圖十六 導(dǎo)軌受力適宜簡(jiǎn)圖</p><p>　　由以上簡(jiǎn)圖假設(shè)平臺(tái)面為 雙支撐支梁，力的作用點(diǎn)假設(shè)為平臺(tái)正中央，即梁的中點(diǎn)，經(jīng)公式計(jì)算其力矩和彎矩圖如下</p><p><b&

113、gt;　　圖十八 受力分析圖</b></p><p><b>　　圖十九 力矩圖</b></p><p><b>　　F1=F2</b></p><p><b>　　圖二十 彎矩圖</b></p><p><b>　　圖二十一 撓度圖</b>&