摘要：针对传统微纳测量装置在测量过程中测头支撑机构刚度不可变化的问题,设计了一种基于悬丝约束支撑的变刚度微纳测头。利用压电装置驱动柔顺导向机构产生位移,以改变悬丝所受的轴向张紧力。基于应力刚化原理改变悬丝的横向刚度,进而改变测头支撑机构的整体刚度,以获得具有变刚度性能的新型微纳测头。根据测头支撑机构在测量过程中刚度的变化,分别建立刚性和柔性模式下微纳测头Z向和横向的刚度理论模型。根据有限元仿真和刚度理论模型,分别得到测头刚度随悬丝端面受力的变化曲线。对比测头刚度的仿真值和理论值,得到测头Z向和横向刚度的平均相对误差分别为2.41%和4.72%,结果表明理论模型具有较高的准确性。研究成果为该类型测头的变刚度控制奠定了前期理论基础。

摘要：微纳测头是精密测量机的关键部件,其刚度特性直接影响坐标测量机的整体性能。基于压杆失稳原理,构造一种具有变刚度特性的新型微纳测头。利用压电装置驱动柔性机构变形以改变柔性支撑梁的轴向受力和横向刚度,从而改变约束支撑机构的整体刚度。综合考虑测头的刚度特性、结构稳定性和解耦性等因素,构造出基于十字交叉型悬臂梁支撑的变刚度微纳测头。利用最小势能原理构建微纳测头约束支撑机构的刚度模型,基于模型获得所需压电驱动力大小。通过有限元仿真得到测头刚度随压电驱动力变化的曲线。对比刚度理论计算值与仿真值,分别得到微纳测头约束支撑机构的轴向刚度及横向刚度的平均相对误差。仿真结果表明,建立的刚度理论模型具有较高的准确性。研究结果为该新型微纳测头的变刚度控制奠定了理论基础。