周祥榮

摘 要：本文主要從三維定位工作臺機械結(jié)構(gòu)設計以及維定位工作臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計這兩個方面進行闡述，為優(yōu)化三維定位工作臺機械結(jié)構(gòu)設計方案提供合理的參考意見。

關(guān)鍵詞：三維定位；工作臺；機械結(jié)構(gòu)；設計分析

0 引言

在三維左邊測量機中，三維定位工作臺屬于硬件結(jié)構(gòu)主體，這是坐標測量機測量以及定位奠定基礎。三維定位工作臺的主要構(gòu)建包括激光測量機、電機以及導軌等通用器件等。在進行三維定位工作臺機械結(jié)構(gòu)設計時要對其結(jié)構(gòu)進行分析，選擇合理的設計方案，最終促進方案優(yōu)化。

1 三維定位的工作臺機械結(jié)構(gòu)設計

1.1 二維定位工作臺機械結(jié)構(gòu)設計

就功能而言，微微定位工作臺設計的主要目標是X、Y方向公平面運動以及對運動進行準確定位。從工作臺總體的設計方案中可以得出，二維定位工作臺結(jié)構(gòu)主要包括X向工作臺、Y向工作臺以及Z向工作臺中的基座、導軌以及二維測量系統(tǒng)等[1]。反射靶鏡被包含在平移臺的設計中，但是平移臺的布置與測量系統(tǒng)的激光器是兩個相互獨立的個體，層疊結(jié)構(gòu)是3個方向工作臺的基臺結(jié)構(gòu)布置的基本形式。在設計中，處理好X、Y、Z方向上的驅(qū)動線、測量線以及導向線等問題，確保X、Y、Z共面。X向?qū)к壷苯庸潭ㄔ谠诨_上的，在X向電機驅(qū)動的情況下能實現(xiàn)沿著X向?qū)к壠揭频男Ч?。在Y向電機工作的情況下，Y平移臺沿著Y向?qū)к墝崿F(xiàn)了平移。為了使驅(qū)動線與運行線保持在相同的運動方向。在設計機械時，要借助驅(qū)動架安裝面和電機架軸線垂直精度以及平面精度最終得到保證精度的效果。

1.2 Z向定位工作臺的設計

從功能上來看，在Z軸電機工作的情況下，Z向工作臺會沿著與X—Y垂直的方向做Z向?qū)к夁\動。借助電機支架將Z向電機與Y向工作臺相連接，沿著Z向?qū)к夠?qū)動，Z向工作臺與Y向工作臺維持相對運動的狀態(tài)。Z向靶鏡與Z向工作臺是相互連接的，Z向的激光器與機臺保持連接的狀況，這兩者之間的配合程度直接影響Z向定位精度。就工作臺部件而言，Z向定位工作主要包括了導航支架、滑輪、Z向工作臺、電機、Z向靶鏡和電機支架等。就功能劃分，可以將上面的零部件劃分為4個類型。分別為定位、導向、驅(qū)動以及平衡。從結(jié)構(gòu)設計上來看，需要采取有效的措施保障導向線、測量線以及驅(qū)動線保持在相同的方向上。通過設置驅(qū)動架以及電機架的精度，最終確保導向線與驅(qū)動線保持在同一個方向。對Z向靶鏡進行適當?shù)卣{(diào)整，能有效地確保導向線與測量線保持在同一方向，最終實現(xiàn)Z向定位工作臺的三線平行設計。將Z向工作臺設計為實心的長方體塊，考慮到重力影響減少的因素，在設計過程中使用空心的長方柱體。但是Z工作臺的表面應該設置為實心的，其主要部分包括Z主臺體和載物臺。

1.3 對Z向反射靶鏡的設計

Z向激光器靶鏡是Z向測量定位的主要部件，主要是為了配合Z向激光器而進行Z向精度定位而設計的。Z臺與激光器相連接，激光器的反射平面則與導向線垂直，最終保證導向線與測量線互相平行，所以，在設計過程中有必要對靶鏡的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。從設計層面而言，對靶鏡的調(diào)整正好應用了三點支撐調(diào)屏原理。首先，在全面上設計一個固定點，兩個螺釘點接觸作為調(diào)整點。在Z向工作臺下板上利用彈簧吊桿的拉緊彈簧懸掛靶鏡基板，在這4個角中的其中一個角里墊鋼球。然后還要進行對焦處理，最終調(diào)整螺釘，最終將靶鏡在基板上固定。

1.4 對基臺的設計

基臺屬于一個安裝布置平臺，激光器、測頭系統(tǒng)以及三維定位工作臺均屬于基臺，這些從結(jié)構(gòu)上就構(gòu)成了基臺的定位基礎。在進行基臺設計時，要力熱變形保持在較小的范圍、加工平面較高、化學性能穩(wěn)定等，同時還要具有較好的抗震性能。鑄鐵、花崗巖和低碳鋼是基臺設計經(jīng)常使用的材料。為了便于裝配，將其設計為中心方孔型桌式基臺設計結(jié)構(gòu)。將基臺分為3個模塊，臺面、底座以及千斤頂支撐，這些都具有較強的穩(wěn)定性。其中千斤頂支撐屬于調(diào)平結(jié)構(gòu)?；_臺面裝有激光器，測頭系統(tǒng)和定位平移臺等，因此，在基臺臺面上有必要安裝三維平移臺安置槽、激光器安置槽等。為了X導軌的平面度精度更加精確，它的導軌槽主要設置了開敞式的安裝螺絲釘以及測頭系統(tǒng)安裝螺絲釘?shù)?。為了保證電機槽和基座槽更有利于平面加工，同時將加工基準設置為臺面底面，最終保證懸掛件以及調(diào)屏精度。

2 三維定位工作臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

在工作臺與永磁直線同步電機中，沒有設置中間緩沖環(huán)節(jié)，屬于零傳動狀態(tài)。工作臺與電磁推力波動的工作狀態(tài)是通過直接傳遞方式進行的，這會影響工作臺的定位精度[2]。因此，可以使用偏心安裝永磁定子和繞線動子的方式，產(chǎn)生一個中間緩沖環(huán)節(jié)，這能有效地對推力波動起到抑制或者吸收的功能。但在實際工作中，由于定子與動子之間會形成位移，使得偏心量不足，最終加大了推力波動，使得工作臺的定位波動加大，不利于其定位的穩(wěn)定性。所以，可以在在上層板上固定X向定子，將工作臺與動子連接。定子的固定座具有對稱結(jié)構(gòu)并且其變形量較小，因此，在這一過程中可以將定子假設為水平運動的狀態(tài)，我們需要對工作臺的動力響應進行進一步地分析。工作臺在移動的過程中，隨著時間的變化會對上層板產(chǎn)生作用，因此，在研究過程中，應將上層板與工作臺看做一個有機的整體。

3 結(jié)語

本文通過對三維定位工作臺機械結(jié)構(gòu)設計方案的分析，并提出了合理優(yōu)化方案，希望能給三維定位工作臺機械結(jié)構(gòu)設計提供有效的意見。

參考文獻

[1]馬立，榮偉彬，孫立寧.三維納米級微動工作臺的設計與分析[J].光學精密工程，2015，56（2）：32-43.

[2]王偉麗，范光照，劉玉圣.基于共平面二維工作平臺的精密測量系統(tǒng)[J].中國計量學院學報，2015，78（1）：50-58.

（作者單位：廣東美的制冷設備有限公司）