柴鵬 馮麗 李雅寧

摘要：具有高精度的調(diào)平工作臺(tái)是精密測(cè)量設(shè)備重要組成部分之一。本文設(shè)計(jì)了楔形塊推動(dòng)精密微小軸承機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的調(diào)平，避免了構(gòu)件之間存在滑動(dòng)摩擦的現(xiàn)象。分析了調(diào)平的具體操作過(guò)程，計(jì)算了偏轉(zhuǎn)角度與驅(qū)動(dòng)進(jìn)給位移的關(guān)系。該平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、承載能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：調(diào)平;算法;精密測(cè)量

1.前沿

隨著科技水平的不斷提高，現(xiàn)代制造業(yè)向著精密制造的方向發(fā)展，這對(duì)測(cè)量設(shè)備的精度提出了更高的要求，往往達(dá)到微米級(jí)，甚至亞微米級(jí)。精密調(diào)平工作臺(tái)是圓柱度儀、齒輪測(cè)量機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等測(cè)量設(shè)備的重要組成部分，因此，人們對(duì)調(diào)平工作臺(tái)所要實(shí)現(xiàn)調(diào)平的精度要求也越來(lái)越高。目前，國(guó)內(nèi)使用的精密調(diào)平工作臺(tái)多使用凸輪[1]、楔塊[2]機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)調(diào)平，沒(méi)有避免構(gòu)件之間的滑動(dòng)摩擦，由其產(chǎn)生的蠕變現(xiàn)象降低了調(diào)節(jié)的精度;國(guó)外使用的精密調(diào)節(jié)工作臺(tái)已完全達(dá)到自動(dòng)化的程度[3]，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析傳感器采集到的數(shù)據(jù)，控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)量來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的調(diào)節(jié)，但價(jià)格非常昂貴。因此設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、價(jià)格較低、避免滑動(dòng)摩擦的精密調(diào)平工作臺(tái)是現(xiàn)代測(cè)量行業(yè)的一個(gè)重要課題。

2.三點(diǎn)調(diào)平算法

2.1調(diào)平原理

工作臺(tái)調(diào)平的過(guò)程如圖1所示，首先將工件固定在調(diào)平工作臺(tái)上，調(diào)平工作臺(tái)固定在測(cè)量?jī)x器的轉(zhuǎn)臺(tái)上，如圖1（a）所示。工件軸線與轉(zhuǎn)臺(tái)軸線的夾角及方位角通?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量?jī)x器的位移傳感器測(cè)得，根據(jù)調(diào)平算法，可求得工作臺(tái)水平調(diào)節(jié)的角度，再將角度轉(zhuǎn)化為微分頭的位移，調(diào)節(jié)微分頭，使得工件軸線與轉(zhuǎn)臺(tái)軸線平行，如圖1（b）所示，即實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的調(diào)平功能。

（a） ? ? ? ? ? ? ? （b）

圖1 ?調(diào)平原理圖

2.2三點(diǎn)調(diào)平算法

三點(diǎn)調(diào)平算法是在工作臺(tái)面下方設(shè)置三個(gè)支撐點(diǎn)[4]，該三點(diǎn)均布于工作臺(tái)底部，如圖2所示，△ABC為等邊三角形，且其邊長(zhǎng)a=200mm，O'為工作臺(tái)的圓心，A點(diǎn)為固定支撐點(diǎn)，B、C為兩個(gè)活動(dòng)支撐點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)活動(dòng)支撐點(diǎn)在z軸方向的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的調(diào)平。以A點(diǎn)為圓心，建立坐標(biāo)系，設(shè)α、β分別為工作臺(tái)與x、y軸的夾角。則B、C兩點(diǎn)需要調(diào)整的距離為：

（1）

圖2 ?三點(diǎn)支撐分布圖

通過(guò)測(cè)量面1、2的測(cè)量可得到工件軸線與轉(zhuǎn)臺(tái)軸線的夾角φ，及方位角ω，建立如圖3所示的坐標(biāo)系。調(diào)平過(guò)程即為工件軸線AK繞x軸旋轉(zhuǎn)β角度，再繞y軸旋轉(zhuǎn)α角度，使其與z軸平行的AD重合的過(guò)程。

圖3 三點(diǎn)調(diào)平坐標(biāo)系

根據(jù)幾何運(yùn)算得到角度之間的關(guān)系：

由上式即可求出：

（2）

將式（2）帶入式（1）得B、C兩點(diǎn)調(diào)整距離s1、s2的表達(dá)式：

（3）

3.精密調(diào)平工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1結(jié)構(gòu)組成

本文所述精密調(diào)平工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，主要由工作面、底座、及調(diào)平機(jī)構(gòu)組成。

圖4精密調(diào)平工作臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2調(diào)平機(jī)構(gòu)

精密調(diào)平工作臺(tái)的調(diào)節(jié)范圍很小，本文所述調(diào)平工作臺(tái)的調(diào)節(jié)范圍為±1?。

由調(diào)平算法可知，三點(diǎn)調(diào)平工作臺(tái)的一個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)為固定點(diǎn)，其余兩個(gè)點(diǎn)為活動(dòng)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用楔形塊推動(dòng)精密微小軸承的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)活動(dòng)點(diǎn)的調(diào)平。固定在工作臺(tái)下方的精密微小軸承與楔形塊通過(guò)工作面和底座之間的拉簧緊密接觸，通過(guò)旋轉(zhuǎn)微分頭推動(dòng)楔形塊的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)軸承的上下移動(dòng)，如圖5所示。

圖5 ?調(diào)平原理

1-工作面;2-精密軸承;3-微分頭;4-楔塊;5-彈簧;6-底座;7-滾珠

4.結(jié)論

本文在精密調(diào)平工作臺(tái)的設(shè)計(jì)上采用了楔形塊推動(dòng)精密微小軸承的機(jī)構(gòu)，給出了調(diào)平進(jìn)給量的計(jì)算方法。該精密調(diào)平工作臺(tái)具有如下特點(diǎn)：

（1）采用轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦取代了滑動(dòng)摩擦，有利于提高調(diào)節(jié)精度;

（2）該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝調(diào)試方便、加工成本低。

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作者簡(jiǎn)介：

柴鵬（1988.3—），男，甘肅會(huì)寧人，碩士研究生，專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。