测控仪器设计(4).ppt

4 精密机械系统 在测控仪器中，精密机械系统不仅是仪器各部分的支撑，而且对保证仪器的测量精度、定位精度和运动精度起着关键的作用。随着精密测量与控制技术的飞速发展。对测控仪器中的精密机械系统的功能和精度要求也越来越高。 功能要求: 对运动部分进行实时控制和监测， 能准确地到达空间任一指定的点、线和面 能自动地采集数据和启动、停位。 精度要求: 基座的变形：亚微米量级； 工作台的定位精度和传动精度： 导轨的直线度： 主轴的回转精度： 4.1 基座与支承件 不仅起着联接和支撑各种零、部件相互位置的作用,而且还是保证仪器的工作精度的基础. 结构特点： （1）结构尺寸较大： 自身重量重，承受外载荷，尺寸较大还容易受热变形影响。 （2）结构比较复杂。 其上有很多加工的孔或支承面、定位面等、而且其加工精度和位置精度要求都较高。 主要技术要求： (一)具有足够的刚度，力变形要小 仪器设计时，应满足变形最小原则并进行正确的刚度设计。避免大而笨的盲目设计。 刚度不仅影响精度，而且与自振频率有直接关系。 (二)有良好的抗振性 在精密和超精密测量中，振动不仅造成整机晃动，还可能造成零件与部件之间相互位置变动或者产生弯曲与扭转，从而对仪器精度产生影响。当振源频率与构件固有频率产生共振时，甚至使仪器不能正常工作。因此不少精密仪器厂都对安装仪器的地基提出额定振幅要求。 为提高抗振性，常采用如下方法： 1）合理地进行结构设计，提高静刚度，提高固有频率，避免产生共振。 2）增加阻尼以减小内部振源的振动影响。 3）在满足刚性要求情况下，尽量减轻重量，以提高固有频率，防止共振。 4）采用减振或隔振措施。 （三）稳定性好，内应力变形小 （1）由于基座和支承件的尺寸大、结构比较复杂。故往往采用铸件。但是铸件在浇注时由于各处冷却速度不均匀会产生内应力。而应力的释放又是渐进的。因而造成支承件的缓慢变形。 （2）此外基座等支承件上用螺钉等紧固件装其他部件时的夹紧力也是不均匀的，并会引起夹紧变形和夹紧力的释放变形。从而也影响其稳定性。 为减小夹紧件夹紧力引起的变形，应尽量减少螺钉等紧固件的使用数量。可采用运动学原理定位和弹性夹紧等。 以上这些内应力是造成尺寸长期不稳定的主要因素。 消除内应力的一般方法是时效处理：分为自然时效处理和人工时效处理 （四）热变形要小 对于尺寸较大，精度要求较高的仪器来说，热变形是造成误是的一个重要因素。 可采用如下措施： (1)严格控制工作环境温度(恒温) (2)控制仪器内的热源 (3)采取温度补偿措施 4.2.1 结构设计要点 （一）刚度设计 合理的刚度设计就是要使支承件具有足够的静刚度和动刚度，在满足刚度要求情况下尽量减轻重量、以减小重力变形和避免共振。 (1)正确选择截面形状和外形结构 构件受压时变形量与截面积大小有关； 受弯、扭时，变形量与截面形状有关。 (2)合理地选择和布置加强筋增加刚度 加强筋有筋板和筋条两种。精度要求较高的仪器其基座都布置筋板以提高其刚度，减小变形量。筋条一般布置在基座或支承件的局部，以便增加局部的刚度。 （二）正确的结构布局，减小力变形 基座与支承件尺寸大、且常有动载荷(工作台与被测件)移动，因此在结构布局上应考虑遵守力变形最小原则。如光电光波比长仪的双层基座三点松弛支承的结构形式（P45）和1m激光测长机的测量镜和参考镜固定位置（P43）。有时还采用反变形结构和补偿力变形结构（P36） （三）良好的结构工艺性,减小应力变形 在保证刚度的前提下,应尽量减小铸件的重量。这样不仅可减小加工劳动量和金属消耗，还可减小应力变形。 （四）合理地选择材料 通常要求基座及支承件的材料具有较高的强度和刚度、耐磨性以及良好的铸造、焊接以及机械加工的工艺性。常用材料有铸铁、钢板、花岗石等。 近年来，国内外采用花岗石制造基座、支承件日益普遍，我国制造的三坐标测量机等大中型仪器基座许多都用花岗石制作。 4.2 精密x—y工作台 4.2.1 x—y工作台的性能要求、形式及组成 1．x—y工作台的性能要求：静态、动态性能 2．x—y工作台的形式 3．x—y工作台的组成 仪器的导轨及设计 4.2.2 导轨的功用与分类 在测控仪器中凡是传递直线运动，几乎都