精密機械工程的電路設計

1、.精密機械工程的電路設計工程設計，是根據(jù)建設工程的要求，對建設工程所需的技術、經(jīng)濟、資源、環(huán)境等條件進行綜合分析、論證，編制建設工程設計文件的活動。工程設計是人們運用科技知識和方法，有目標地創(chuàng)造工程產(chǎn)品構思和計劃的過程，幾乎涉及到人類活動的全部領域。工程設計是人們運用科技知識和方法，有目標地創(chuàng)造工程產(chǎn)品構思和計劃的過程，幾乎涉及到人類活動的全部領域。 雖然工程設計的費用往往只占最終產(chǎn)品成本的一小部分（ 815%），然而它對產(chǎn)品的先進性和競爭能力卻起著決定性的影響,并往往決定 70 80%的制造成本和營銷服務成本。所以說工程設計是現(xiàn)代社會工業(yè)文明的最重要的支柱，是工業(yè)創(chuàng)新的核心環(huán)節(jié)，也是現(xiàn)代社會

2、生產(chǎn)力的龍頭。工程設計的水平和能力是一個國家和地區(qū)工業(yè)創(chuàng)新能力和競爭能力的決定性因素之一。工程設計是指對工程項目的建設提供有技術依據(jù)的設計文件和圖紙的整個活動過程，是建設項目生命期中的重要環(huán)節(jié),是建設項目進行整體規(guī)劃、體現(xiàn)具體實施意圖的重要過程 ,是科學技術轉化為生產(chǎn)力的紐帶 ,是處理技術與經(jīng)濟關系的關鍵性環(huán)節(jié) ,是確定與控制工程造價的重點階段。工程設計是否經(jīng)濟合理 ,對工程建設項目造價的確定與控制具有十分重要的意義。工程設計是根據(jù)建設工程和法律法規(guī)的要求，對建設工程所需的技術、經(jīng)濟、資源、環(huán)境等條件進行綜合分析、論證，編制建設工程設計文件，提供相關服務的活動。包括總圖、工藝設備，建筑、結構、

3、動力、儲運、自動控制、技術經(jīng)濟等工作。工程勘察是根據(jù)建設工程和法律法規(guī)的要求，查明、分析、評價建設場地的地質(zhì)地理環(huán)境特征和巖土工程條件， 編制建設工程勘察文件的活動。 包括工程測量， 巖土工程勘察、設計、治理、監(jiān)測，水文地質(zhì)勘察，環(huán)境地質(zhì)勘察等工作。.工程咨詢是指運用工程技術、科學技術、經(jīng)濟管理、法律法規(guī)等方面的知識，為工程建設項目決策和管理提供的咨詢活動。包括前期立項階段咨詢、勘察設計階段咨詢、施工階段咨詢、投產(chǎn)或交付使用后的評價等工作。建筑工程設計是對建筑造型、外觀的設計，是對建筑結構的設計，是使建筑物滿足使用功能的設計。使建筑物具有外部造型美觀、功能適用，使用安全的設計。工程設計綜合甲級

4、資質(zhì)（證書等級：工程設計綜合資質(zhì)甲級，Class of Certificate:Engineering Design Integrated Qualification Class-A）是我國工程設計資質(zhì)等級最高、涵蓋業(yè)務領域最廣、條件要求最嚴的資質(zhì)，住房和城鄉(xiāng)建設部確定全國最終授予工程設計綜合甲級資質(zhì)的企業(yè)將控制在50 家左右。持工程設計綜合甲級資質(zhì)的企業(yè)可承接我國工程設計全部 21 個行業(yè)的所有工程設計業(yè)務， 并可承其取得的施工總承包一級資質(zhì)證書（施工專業(yè)承包）許可范圍內(nèi)的工程總承包業(yè)務。目前，許多工業(yè)生產(chǎn)活動及研究機構的主要目的是創(chuàng)造高精密產(chǎn)品，并涉及一些高精密加工的過程。而生產(chǎn)這些產(chǎn)品，

5、需要高度專業(yè)化的科學，也就是所謂的精密工程。精密工程是建立在一些基礎學科之上的，包括： 精密設計 design for precision 光學和機械計量optical and mechanical metrology 精密制造 precision manufacturing這里的精密設計是指總體設計，包括材料設計，動力學設計，電子設計，控制設計，熱力學設計以及軟件設計。而且，它可能還包括高精密機電設計。隨著人們對高精度的儀器、設備和消費品的日益增長的需求，高精度設計變得越來越重要。如今，這種趨勢越來越多地被計算機技術、數(shù)控處理和存儲技術的快速發(fā)展所影響。這個過程始于1958 年集成電路板的發(fā)

6、明。當芯片上有更多地晶體管時，需要特別的機器，這種機器要求在幾個毫.微米內(nèi)有極低的定位不確定度。例如，一臺儀器是由晶片構成的，用來定位晶硅表面集成電路的映像。只有通過高度發(fā)展的設計和加工技術才能達到生產(chǎn)這種儀器的要求。越來越多的高密度光錄音系統(tǒng)（DVD ）作為光盤掌握系統(tǒng)的一種產(chǎn)物，需要先進的機器和納米技術，來決定其不確定度。這種機器中的零部件，像軸承、驅(qū)動、光束整形鏡，需要亞微米級精度。在機械加工過程中，基于亞微米，甚至納米級的準確性，都必須發(fā)展。在動量學中，高精度測量技術也得到了很大的發(fā)展。例如，測量軟件、誤差模型、測量技術和測量方法的發(fā)展。測量零件和產(chǎn)品需要有足夠的準確性。測量亞微米甚至

7、納米級精度的機器要發(fā)展，要具有新的設計技能。因為現(xiàn)有的設計方法很難達到高精度測量的水平。因此，計量學作為一項基本的原則，隨著數(shù)據(jù)的增多，面臨著不準確的問題。如坐標測量機，激光干涉儀和納米傳感器等，如STM 和 SDM 。因此，許多分析軟件和誤差補償軟件得到了相應的發(fā)展和應用。精密制造主要關注與實現(xiàn)產(chǎn)品的形狀精度和表面質(zhì)量。精確度可以達到納米級，而要達到這個水平，就必須了解機器設計以及加工的過程和這兩者之間的相互關系。比如，工件和工作臺之間的關系。這里提了幾個加工技術的例子，如金剛石車削，磨削，研磨，珩磨，拋光，離子和電束加工和化學加工。 關于機器和機器技術的良好觀點是由Nakazawa和 Ta

8、niguchi 提出的。這個領域的新的發(fā)展方向是納米技術。在精密測量和加工領域可以給出很多有趣的例子，但本文主要側重于在精密工程中的“精密設計”作為基本的研究內(nèi)容。不過，這里明確的指出的是，早期天文學和計量學的發(fā)展對精密設計的發(fā)展具有很大的影響。埃文斯（ Evans ）在 1989 年提出了一個關于歷史發(fā)展的觀點。19 世紀，具有很多發(fā)明和創(chuàng)造，特別是在設計領域。通過發(fā)展線性和圓形分割儀，獲得了很多知識。在設計和加工精密儀器的過程中，使用了許多著名的原則，如“運動學設計原則”，“阿貝原則”等。.在 20 世紀，隨著各種精密測量儀器的發(fā)展，粳米設計的知識又得到了進一步的完善和發(fā)展。其中，一個顯著

9、的例子就是由美國制造的 “大型光學金剛石切割機” 。此外，還有 Bryan的一些完美的設計品，這些作品包括84 英寸大型金剛石切割機。最近，關注的主要是分子測量的發(fā)展。如圖1.1 所示。在歐洲，研究精密工程的克蘭菲爾研究所和泰勒霍布森共同制定了一項范圍廣泛的高精密儀器，包括“納米中心” 。早在 19 世紀 50 年代，飛利浦研究實驗室就已經(jīng)研發(fā)了一種內(nèi)部使用的高精度測量儀。 在德國和瑞士， Zeuss 和 GSIP 公司發(fā)展了高精密測量和加工儀，而 GSIP 公司可追溯到 1875 年。日本在高精密測量儀器的發(fā)展上，也有一個很長遠的歷史。現(xiàn)在，日本在這個領域上也有相當大的成就。作為關于日本現(xiàn)狀

10、的最好的概述，是由Taniquchi在納米技術一書中提出的。這里舉一個佳能超級拋光機的例子。如圖1.2 所示。此圖中表明了目前的趨勢，以及預測。精密工程的未來趨勢主要取決于集成電路的技術、資料顯示和存儲、 生物醫(yī)學工程和消費產(chǎn)品的需求。隨著分子工程和納米技術的發(fā)展，人們在未來對高精度儀器的需求也會越來越多。由此，高精密儀器也會飛快地發(fā)展。在未來高精密儀器和產(chǎn)品的發(fā)展中，精密設計起著非常重要的作用。設計將體現(xiàn)多學科的設計組使用的總的設計方法。由于日益增加的成本，要求這種先進的設計在第一時間內(nèi)必須是正確的。因此， “預測設計”必不可少。本文介紹一些精密設計的基本概念以及在精密工程重要領域的發(fā)展現(xiàn)狀

11、和未來趨勢。在許多精密儀器和設備中，各零部件相互作用，以達到最終的精度。每一部分由運動學和動力學的影響所造成的幾何偏差，構成了整體精度。盡管在實際中，這些因素的相互在整個系統(tǒng)中起著相當重要的作用，但這里，我們只討論這些因素的單獨作用。定義 definitions.在整個文件中，儀器和機器的一些術語都將用來表示一器械。計量的定義是通過在度量衡中國際基本詞匯和一般術語而來的。在精密設計中，主要涉及的是機器和設備，而不是單純的度量衡。 精確定位和機床加工也是其中的關鍵。因此，在此給出了一些定義，都是摘自上面所提到的國際詞匯中。操作的精確度：操作所得的實際值與目標值之間的一致性。精確度是一個定性的描述

12、。操作的不確定度：是表征測量結果的一個參數(shù)，用以表示被測量值的分散性。分辨力：指示儀器可以分辨的最小的差異。重復性（實驗結果）：相同條件下，多次測量實驗結果相吻合的程度。再現(xiàn)性：條件改變時，相同測量結果相吻合的程度。其它定 義： 分別 測量 兩臺不 同的 機床 （美 國機械 工程 師協(xié) 會B89.41-1997和B5.54-1993 ），并且在國標中也給出了定量的描述，Bryan在他的旋轉軸一文中描述了精密主軸和軸的實際認證方法，這個研究從20 世界 30 年代末一直持續(xù)到現(xiàn)在。幾何形狀 geometry最初設計的機器和儀器，幾何形狀是由設計師所希望完成的任務中而來的。在第一階段，幾何形狀通常

13、包括一些原始的基本的形狀，例如，軸、橫梁常常設計成圓筒狀或管槽狀的機構，而一些承擔載荷的部分常設計成封閉式結構。然而，在實際中，這些理想的模型并不能實現(xiàn)。由于有限的加工精度，直線并非真正的直線，而圓也絕非理想的圓。儀器操作的仔細選擇，可以顯著的改善其精確度?？傊?，儀器中有越多的軸，其誤差就越大，盡管一個附加軸的微小位移可能有利于補償幾何形狀上的缺陷。精度不僅受宏觀形狀誤差的影響，而且還受微觀偏離的影響，例如，表面光潔度。對.于整體性能來說，微觀的影響是至關重要的。在接觸軸承中，表面光潔度對磨擦磨損的影響非常明顯。表面光潔度對部件連接的影響不是很大，但是當關注剛度、阻尼、滯后、熱傳導和擴散這些特

14、性時，這些特性對表面關潔度的影響卻是非常重要的。不僅僅是在機械加工時，幾何形狀才會改變。除非有充分好的隔離，否則，幾何形狀會受到外界環(huán)境的影響。在外界溫度變化時，大部分材料都會產(chǎn)生變形，而沒有密封時，結構形狀也會受到濕氣的影響。此外，還有其它一些因素也會影響到機器的幾何形狀，如震動、電場、磁場等。一些材料的使用壽命，也經(jīng)常收到中間尺度變化的影響（長期不穩(wěn)定）。由于儀器是由許多零部件組裝而成的，由此也引入了形狀誤差。考慮封閉結構的外形或力，就如同在整體結構中選擇是用螺釘連接還是用膠水粘合一樣重要。在組裝的例子中，零部件是由專用機器進行精確組裝的，盡管這些機器表面的磁滯現(xiàn)象會對整體的可重復性產(chǎn)生負

15、面的影響。在傳統(tǒng)形式封閉方法中，裝配的每一部分都必須有嚴格的公差帶，否則會出現(xiàn)縫隙或是測量時出現(xiàn)負值。在裝配時還會引入沒有定義的高應力。另一方面，氣閉式結構通過正確的動態(tài)連接解決了這個問題。例如，運動學、半運動學或輔助運動學，通過設計連接，從而大大的減小了幾何形狀的公差。即使是全封閉式結構，一些幾何偏差如定向梁的矩形度誤差，將影響整體的準確性。不過這些誤差都可再現(xiàn)，并且可以通過軟件補償來減少。由于一臺儀器的機械結構有一個有限的剛度，在施加外力的情況下，幾何形狀會改變，特別是位移和尺寸。這一點嚴重的影響了機器的性能。在恰當?shù)哪Ｐ拖?，這些誤差可以預測和補償。與幾何形狀相關的另一個問題是工件本身的定

16、位問題。對于加工和測量儀器來說，工件必須在本身不變形的情況下固定。同時，工件必須硬性的連接到機架或工作臺上。特別是在制造業(yè)中，具有熱膨脹的工件必須在所能承受的應力范圍內(nèi)。與固定安裝相類似的問題是將傳感器應用于高精度儀器上。這在運動學或半運動學設計中具有重要的應用。.運動學 kinematics對于機器來說，大部分時間都不是靜止的。不同的零部件具有不同的運動，這些都是通過運動關系來描述的。這些關于機器和結構的數(shù)學描述，僅僅描述了理論上當長度、位置、設置點曲線變化時的情況。 然而在實際情況中， 這些因素都與有限的精度有關，因此，實際情況與理想模型在形式、速度和加速度上會有很大的不同。在現(xiàn)代儀器中，

17、位移通常是由機器零部件組合產(chǎn)生的，如伺服控制下的驅(qū)動器和傳感器。動量和速度、傳感器的分辨力、控制方式、機械的重復性的特性共同確定了規(guī)定路徑的準確性。在這個例子中，不止控制了一個軸，多個軸的同步性也是影響精度的另一個因素。另一個例子是通過控制兩個正交線性軸來磨一個圓的輪廓。動態(tài)特性 dynamics事實上，機器并非靜態(tài)的，而是包含許多加速零件，這意味著在整個運動過程中，動態(tài)特性具有重要的作用。就相對不確定的地方減小加速度影響的一個有效方法是選擇適當?shù)倪\動輪廓，例如，使用二階微商中沒有跳變的給定點曲線，就如用一個修正的正弦函數(shù)來取代拋物線函數(shù)。 在減少動態(tài)定位誤差中， 預防“自由運轉與無效運動”

18、是非常有效的。零部件也可以根據(jù)最小應力來設計。在旋轉部件中，為了減少不平衡和質(zhì)量慣性的影響，對稱性設計非常重要。在直線運動的例子中，物體的質(zhì)量應盡可能的小，并且要通過軸的反作用力驅(qū)動。決定機床對動力響應的另一個因素是硬度。為了減小應力和最大剛度，一般而言，并不是只有材料的類型和數(shù)量起作用，而且分布也起著重要的作用。通常動態(tài)干擾來源于儀器的外部，如工作臺的震動和噪聲。在這些例子中，質(zhì)量剛度比對于減少輸入響應是極其重要的。將儀器與外部環(huán)境隔離后，能削弱輸入本身。設計原則 design principles.已經(jīng)有許多人研究了設計高精度儀器的問題。Pollard在他的“康托爾講座”中描述了科學儀器的

19、機械設計Pollard ，1922 。Loewen提出了一系列主要的原則Loewen，1980 。McKeown在十一原則和技巧中也給出了相應的定義McKeown,1986,1987,1997。Teague和Evans給出了基本的 定義 ，并 出版 了十二種精密機 械設 計模 式Teague,1989-1997。3 段至 5 段是在這些調(diào)查的基礎上寫的。阿貝和布萊恩原則rules of abbe and bryan阿貝原則是在1890 年第一次發(fā)表的 Abbe ，1890 。在長度測量中， 被測長度應位于線紋尺刻度中心線的延長線上， 測量儀器應該按此設計。 這個原則也被稱為 “準值原則” Ro

20、lt ，1929 ，“阿貝比較原則” Reindl ， 1967 ，也是“機械設計和空間度量衡學的第一原則”Bryan ， 1979C 。我們再說一下非線性設計的情況。Bryan 定義了一個廣義的阿貝原則：位移測量系統(tǒng)應和被測量位移函數(shù)點成一條直線（例如，球測頭或儀器頂端的中心）。如果這不可能的話，導軌中的無關的角運動或角的轉動數(shù)據(jù)必須用來計算阿貝偏差的結果。另一個測量的基本原則是“布萊恩原則”Bryan ，1979A ，公式為：“直線性測量系統(tǒng)應該與函數(shù)點成一條直線，而這些函數(shù)點是用來測量直線度的。如果這不可能的話，導軌中的無關的角運動或角的轉動數(shù)據(jù)必須用來計算偏差的結果。Vermeulen

21、發(fā)展了三座標測量機（如圖3.1 所示），通過中間的部分（ A 和 B），可以防止在水平面的三個方向引入阿貝誤差Vermeulen，1998 。同時，該儀器也滿足布萊恩原則，使得儀器對導軌的直線度誤差不敏感。運動設計 kinematic design圖 3.3 表示了一些兩個自由度的例子之間的轉換。這可以通過兩個桿（3.3 a圖 和b 圖）或可以通過帶鉸鏈的合頁來獲得（3.3c 圖）。.兩個自由度，一個用于平移，一個用于旋轉，這可以用三根桿（圖3.4a和 b ） 或一個通常的合頁來約束(圖 3.4c) 。以這些基本元件的結合運動學機制或夾具能被創(chuàng)建。圖3.5 給出了一個平面固定的例子。由于三個被

22、鉸鏈的合頁的使用，這個平面被六個自由度約束，帶有一個合頁法線交叉點的熱量中心。圖 3.6 個顯示怎么 XY 坐標系可以從三個被折疊的合頁創(chuàng)建。運動學設計的一個直觀例子是在圖 3.7 顯示的運動學支持。有六個固定的支持表面的經(jīng)典版本通過使一個在彈性合葉周圍的表面變得有彈性來增強。這樣沿表面的摩擦力大大減少，而接觸剛度只是略微減少， 由于剛度和摩擦之間的改善比率，遲滯（見第 5.1 節(jié)）由原來的 0.42 變?yōu)榈湫偷姆倾q版本為0.03 微米的新版本。對稱運動的支持與變矩器，如摩擦是公認的主要根源滯后熱回路 thermal loop熱回路的定義為： 一條橫跨組合機械零件的路徑，根據(jù)不斷變化的溫度，

23、決定確定對象之間的相對位置。在原則上，熱回路，應可能的小，以盡量減小空間熱梯度的影響。一個處于熱回路中的機器的熱膨脹可以通過調(diào)整機器部件長度和選擇合適的熱膨脹系數(shù)的材料來補償。如哈里森的格子鐵擺 埃文斯， 1989 年 。不動點或軸，從那里部件膨脹，可以選擇創(chuàng)建一個熱中心， 如在圖 3.5 盡管熱膨脹系數(shù)在每攝氏度0。5 微的范圍變化布雷耶， 1991，熱膨脹可以通過測量部件的膨脹來減少， kunzmann， 1988 年 。隨后可以通過選擇合適的固定點來創(chuàng)建相等的熱長度。獲得在一個有空氣調(diào)節(jié)的大會堂每天正負0.5 攝氏度和在精確氣溫機艙每天0.1 攝氏度熱穩(wěn)定性是一個的相當難的問題 布雷耶，

24、 1991 年 。機器內(nèi)部或外部的熱源導致機器溫度的變化，這可能會在熱回路中導致不平等的熱膨脹率，這由于機器部件不同的熱時間.常數(shù)，（見第 5.5 節(jié)） 。因此，唐納森強烈建議，在他出版的關于機床的書中作為一項原則 唐納森，1980 年 在源頭取出熱量。 韋策爾斯經(jīng)歷了熱機械穩(wěn)定性問題， 這結合了熱源。后取掉此源一介熱漂移減少 韋策爾斯， 1998 。內(nèi)部熱擾動有反應，可以對折和補償部分（見第6 節(jié)） 。不過，環(huán)境溫度變化，只能做出響應，而不能預測，因為輸入是未知的DeBra,1998年 。結構回路 structural loop據(jù)ANSI ，1992 年 結構閉環(huán)，是指機械部件的組合，這些部

25、件在確定的物體之間保持相對位置。一對典型的確定對象是刀具和工件：結構回路包括主軸，軸承和箱體，導軌和機架， 驅(qū)動，以及工具和工作控制的固定裝置。所有的從驅(qū)動器到反作用點的傳播路徑中的機械部件和鉸鏈，例如末端效應（刀具或探針或重心，必須有一個高剛度，以避免由于不斷變化的負荷而產(chǎn)生的變形。設計一臺機器或一個工具包含一個或多個結構循環(huán)。在認可良好的結構回路設計時，串聯(lián)和并聯(lián)路徑的分散是必不可少的。隨著一系列路徑的剛度應該不會突然的改變。一系列路徑的改進最可能的是優(yōu)先把最柔軟的部分硬化，這些柔軟的部分是通過更嚴格的通道傳遞的物質(zhì)。并行通路的改善在于進一步改善最堅硬的部分，更確切的說也就是對于有同等質(zhì)量

26、的系統(tǒng)，以更適應的并行系統(tǒng)為代價。由于物理的限制， 閉環(huán)測量系統(tǒng)不可避免地定位于和末端效應有一段距離的地方。 除了良好的結構回路設計，測量系統(tǒng)和終端效應之間的通路要盡可能的減少偏差，例如：由減少通路的長度，即所謂的 '測量圈 ' kunzmann ， 1996度量衡結構metrology frame一個計量框架是一個參照系，該參照系獨立于機床底座，即施加外力后，計量系統(tǒng)必須不間斷 布萊恩，1979b 。黛布拉建議把計量框架作為一個有更廣泛原則的例子即原則 '不同的職能 ' 黛布拉， 1998 年 。事實上，力和位置信息的路線斷開，一個想法.在圖 5.8 的旋轉平

27、面設計中被提出 飛利浦， 1994 年 。在 Teague,1989 - 1997 年' 計量框架 '歷史的應用討論，目的是討論機器零件的變形問題。至今第一計量框架例子是在羅杰斯 -邦德大學發(fā)現(xiàn)的比較儀 羅杰斯， 1983 年 。較近期的例子是由 Hocken 等人在英國國家物理實驗所用干涉時間基準儀在測量NIST 時發(fā)現(xiàn)的，三坐標測量機 布萊恩， 1979b ，和 LODTM Donaldson,1980,和由 Mckeown等人在納米上發(fā)表的克蘭菲爾德精密（見圖3.8 ）和 Will-MorenWill-Moren,1982年 和Will-Moren,1989年 。Teag

28、ue ， 1989-1997 建議度量衡結構盡可能小，這樣可以減少環(huán)境的影響。 布萊恩， 1979b 建議要么計量框架在zerodur或使用溫度控制（例如oil shower ） . 而且平面度量衡的支持應該應配合彎曲中性軸的機器底座。驅(qū)動偏置 drive offset通過結合好的帶閉環(huán)控制的機械設計來加快運行速度，精確和靈活的運動都可以實現(xiàn)。典型的例子比如壓縮磁盤播放器，排水槽, 先進的數(shù)控銑削加工和車削機器和快速組件安裝機器。在發(fā)展的伺服控制的定位裝置，這是必須考慮的地方激勵者是裝載的投影片，以供應（導致）的力量所產(chǎn)生的慣性，工具或測力，摩擦等。正如11原則Mckeown,1966,198

29、7,1997中的一個所聲明的那樣，驅(qū)動器應該被放置通過軸的反作用力運動。如果不可能的話，來自軸的反作用力的背離，即所謂的驅(qū)動偏置。包括機器。如果雙方的驅(qū)動器和測量軸是在同一邊的中心旋轉，滑動部分轉動的影響的可控性被縮小了。 Rankers,1997力的補償force compensation重力補償weight compensation在許多三維坐標測量機的垂直RAMS 被使用。在為了避免垂直滑動的駕駛系統(tǒng)與重量.的 RAM ，力補償可能適用， 從而消除發(fā)動機不良的散熱。 持續(xù)的力量可以從多方面獲得，如使用額外的重量，從動態(tài)的角度來看這是不好的。也可以用磁場替代。處于壓力或真空中的氣瓶，或 &

30、#39;常數(shù)率彈簧 '如 tensators Tensator,1997, Rosielle,1998.根據(jù)滑動沖程和不同規(guī)格對力的要求的變化，一種重力補償比另一種更適合。在導軌方式下重力的庫侖摩擦減輕。這可以應用在許多用GSIP 的高精密機械設計中。反作用力補償reaction compensation由于機器靜止部分的有限的質(zhì)量和支持剛度，反作用力作為一個驅(qū)動力使靜止部分運動 Rankers,1994,Rankers,1997.勵磁機的框架所造成的反應勢力變得越來越重要，在形勢的直接驅(qū)動器驅(qū)動在高頻繁，例如：快速的工具，伺服切割 帕特森，1985 年 和切割非旋轉對稱面 Renke

31、ns， 1997 。除了常用的減少框架運動的方法外，如增加框架的剛度和質(zhì)量，或增加（有源）阻尼，rankers 提到，更根本的辦法 rankers，1997年 。第一個例子是在反方向加速負載和框架之間的反質(zhì)量Weck,1995bandWeck,1997.其次，當對精度沒有嚴格要求時，同時抗衡的力量可以由第二個電機作用到框架。寄生剛度補償（負剛度）parastic stiffness compensation(negative stiffness)以彈性元件為基礎的儀器和機械裝置有反彈和摩擦的優(yōu)點，造成的虛擬作用koster,1996 將缺少。膠料的彎曲是在適當?shù)膲毫ο聛韲栏竦囊种乒碳倪\動。然

32、而，沖程受制于材料彈性極限和和剛度在相反方向力作用下的位移。在這些情況下，例如驅(qū)動力太高而無法控制，無論是通過純粹的激勵源大小的要求或者產(chǎn)生的熱量對機器性能的干擾，無論是彎曲作為設計的一個方面被忽略掉或者不期望的力的影響這些都應該被補償。這是最好的做與無源元件理由至為明顯。經(jīng)典的做法，被稱為創(chuàng)造負剛度。與器件還含有彎曲和硬性連接，這與旋轉或剛度設計，這個問題是可以克服的，在成本增加的復雜性。.范 Eijk 給人的幾個例子，創(chuàng)造負剛度 Erjk ，1985 年 。對稱 symmetry在Teague ,1989-1997 ，建議在機器要素方面盡可能使之對稱（例如質(zhì)量和動力分配或剛度），整個系統(tǒng)的

33、環(huán)境。在設計，制造，組裝和經(jīng)營精密儀器時，任何偏離對稱性都要加以權衡由此產(chǎn)生的補償，來克服由不對稱性所引起的問題。為了避免熱不對稱，誘導機械部分的顯著扭曲，一個作為對稱軸熱擴充的熱中心可以應用 韋爾默朗， 1998 。要克服由重力引起的水平面不對稱性的影響，機器可以配置一個縱軸，例如LODTM 唐納森， 1983 年 。三維立體對稱可以通過四面體獲得，例如，該tetraform國家物理實驗室的 Lindsey Lindsey,1988. 斯洛庫姆，1992 年 ?？曝愄?，1997 年 。除了它的支持者 Hocken提到的一些對對稱性不好的因素外 Hocken， 1995 ，例如，振動能量不會因

34、為對稱性設計而減少，事實上，它往往是增強的。重復性 repeatability根據(jù)定義，第 2 重復性指的結果相同的條件都是平等的。機器的行動可以是測量在一個三坐標測量機或在機窗上制造的產(chǎn)品布萊恩，1993 年 ，提出決定論，即機器在自動控制下的表現(xiàn)，作為一個健全的基礎設計，建造和性能測試：自動機床和測量儀器就像星一樣可以被重復。他們服從我們所能理解和控制的原因和結果的關系，不存在隨機的和它們行為有關的事情，一切發(fā)生的原因只有一個。列表的原因是足夠小，良好的計量，和一個合理的投資資源。實際上，重復性的要求如下：靜定高剛度設計的應用，盡量減少部分連接中的滯后作用（第5.1 節(jié)）盡量減少摩擦和軸承

35、系統(tǒng)的剛度（第 5.2節(jié)）驅(qū)動器的性能優(yōu)化（第 5.3 節(jié)）和控制系統(tǒng)（第5.4節(jié)）包括傳感器安裝的傳感器質(zhì)量的考慮（第5.5節(jié)）.對熱穩(wěn)定性設計的關注和震動隔離（第5.6 節(jié)）重復性對預測模型是必不可少的， （第 6 節(jié)）儀器用模型模擬的越接近，它的預測性更好，軟件補償?shù)姆秶苍酱蟆?（第 6 節(jié)）在這里布賴恩是引用 Loxham， 1970 年 。他繼續(xù)研究概括七種不同于經(jīng)典物理定律確定性的性質(zhì)的規(guī)律，根據(jù)基德爾（llnl ）和 Hocken 布萊恩， 1993 年，這些例外應用于原子和分子大小質(zhì)量，對機械制造領域沒有多少實際意義。預測設計模型modelling for predictiv

36、e design正如在第一節(jié)中說明的那樣，在不久的將來，會越來越多的需要超精密機械。因此，設計方法正在發(fā)生著顯著變化，完整的理解精密機械的運動對于預測三維誤差是必須的，機器的設計者可以做出整機的預測。 Blaedel， 1998 年 ， 湯普森，1989 年 。對當今機械加工一個很好的觀點發(fā)表在最新出版的納米一書中 Taniguchi, 1996.發(fā)展超精密機械一般是非常昂貴的， 知識產(chǎn)權變得越來越重要。盡管透徹的分析設計概念是比較昂貴，但是在設計過程初期作系統(tǒng)的分析就可以節(jié)省很多錢。機械儀器的精確性主要有五種誤差源決定，運動學的偏差，熱力學的，機械的，靜態(tài)和動態(tài)及控制系統(tǒng)的行為。從設計說明書開始，設計這可以創(chuàng)造一種后來必須通過建模與仿真來改善的設計方案。也可以通過畫流程圖，顯示建模與仿真的有效性，檢查它功能的一致性。除了運動學誤差模型誤差估計的影響，有限元部分的模擬可以用來研究（熱）力學和靜態(tài)方面，包括熱膨脹，擴散系數(shù)和剛度。雙方的第一近似值和必要的驗證，基于簡單的彈性和熱理論的計算都可以應用。機械系統(tǒng)的有關