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摘 要 III
ABSTRACT IV
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 刻尺技术的分类及原理概述 2
1.2.1 机械刻尺机 2
1.2.2 照相腐蚀刻尺 3
1.2.3 激光刻尺机 4
1.2.4 刻尺技术的比较与发展趋势 5
1.3 激光刻线机机械本体的研究方法 6
1.3.1 研究目标 6
1.3.2 关键问题 6
1.3.3 研究方法 6
1.3.4 技术路线 7
1.3.5 设计需求总结 7
1.3.6 可行性分析 7
第二章 激光刻尺机机械本体的设计 9
2.1 功能原理设计 9
2.2 机构选型 12
2.2.1 A电机 12
2.2.2 B能量传递与分配 13
2.2.3 C工作平台控制 15
2.2.4 D激光器 15
2.2.5 E工作平台运动 16
2.2.6 F支承与连接 16
2.2.7 H调焦机构 17
2.3 激光刻尺机机械本体方案展示 17
2.3.1 方案一 18
2.3.2 方案二 19
第三章 两种方案的设计 21
3.1 方案一设计 21
3.1.1 弹性联轴器的计算与校核 21
3.1.2 滚珠丝杠螺母的设计与校核 22
3.2 方案二设计 27
3.2.1 圆锥齿轮传动设计 27
3.2.2 圆柱齿轮传动设计 33
3.2.3 传动机构齿轮整体设计 39
3.2.4 轴的设计与校核 40
3.3 方案的比对 50
3.3.1 方案一设计目标对比 51
3.3.2 方案二设计目标对比 53
3.3.3 方案一与方案二比选 55
第四章：方案的校核与分析 57< *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: &351916072& 
br /> 4.1 有限元分析 57
4.2 运动仿真分析 62
第五章 结论与展望 67
参考文献 68
致 谢 69
激光刻线机机械本体研究
摘 要
高精密计量器具是量具的一大分支，包括平尺、刻线卡尺、游标卡尺等，其出现极大的推动新工艺、新产品、新设备的诞生，其生产工艺的改进备受全球先进制造业国家的重视。激光刻线机在高精度量具的制造链有着核心地位，虽然热门研究皆着眼于其光学与电气控制部分，但机械部分更是决定刻线机刻线精度、系统刚性、系统耐用性的关键因素。研究激光刻线机的机械本体设计，对促进激光刻线机的演化发展，填补其机械设计研究的空白有重要作用。
传统的激光刻尺机设计已较为成熟，但依旧存在成本高、刚度差、可拓展性差等问题。本文首先阐述了在前期研究刻线机工作机理的基础上，通过功能原理设计、运动规律设计，进行的机构选型与协调设计；在设计与研究传统激光刻线机结构的同时，创新性的采用以消隙齿轮箱为输出终端的新型刻线机机械结构，并利用solid works、ANSYS等软件对关键零部件进行设计、计算及校核。文中对新旧两种方案进行了强度刚度的对比、输出精度的比较，对结果分析并与设计目标进行比对。最后在文末对方案的经济性进行分析，并分析与阐述这两种结构的优劣。
引言
方案一线性平移系统采用成熟的丝杠螺母传动设计。电机输出一定的转速与角位移，与电机出轴连接的弹性联轴器带动滚珠丝杠转动相同的角度，由于螺母与滑座及滑动导杆固定，旋转被锁定，螺母管道内的钢球的钢球受到挤压，使螺母受到反向力，使螺母带动工作台做前后的直线运动。
方案一电机采用42HS08步进电机，搭配驱动器。由于设计要求的平移台运动速度，故未采用行星减速器。在不采用细分驱动器的情况下，对于螺距为10mm的滚珠丝杠螺母，其最大分辨率为1.8°/360°×10????????=0.05????????,刻线精度为0.05×0.09%=0.045????????。
其刻线精度基本满足要求，但其分辨率在某些要求高精度、多样化的场景无法满足要求。在采用细分驱动器与光栅尺后，其分辨率与精度大幅提升，输出力矩亦小幅提升，但也带来了成本与维护费用的增加。且受制于滚珠丝杠特性与搭建平台刚度的限制，该方案刻线承重较小，只能生产中小型刻尺，且不适用于大规模的工业化生产。
图310 方案一线性平移系统设计
Fig. 310 Scheme 1 linear translation system design
方案一调焦机构采用蜗轮蜗杆带动丝杠螺母。人力转动蜗杆微分调节头，使固定在激光器平台上的螺母上下移动一定的距离，从而调节激光器焦距。
采用梯形丝杠螺母，使其具有自锁性。固连于调焦平台的螺母与竖直引导杆通过燕尾槽接触，大大提高调焦平台的承载能力与水平、垂直度。输入端采用单向自锁的蜗轮蜗杆，提高了系统的安全性，增大了变速比，使激光器调焦更准确。蜗杆可外接步进电机，使激光器得以实现振镜、机械双调焦，增强调焦系统的效率与灵活性。

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