CN110717225A - 一种可分离式大尺寸高精度机箱结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可分离式大尺寸高精度机箱结构设计方法，步骤为：S1关键基准选取选取均匀分布于机箱底面边缘的六个方形凸台作为整台设备底面Z方向设计基准，选取机箱上表面小凸台侧立面作为X、Y方向设计基准；工艺基准的选取与设计基准保持一致；S2标绘机箱结构设计精度分析与计算；S3试验验证根据以上模型分析计算得出的结果，通过限定标绘机箱关键尺寸的形位公差，研制完成的样机，经过实际光点测试，能够满足指示误差不大于0.5mm的使用要求。本设计方法综合考虑设计指标、设备性能、结构工艺、可实现性多方因素，能设计出一款既具有较高指示精度又易于加工实现、经济实用的大尺寸标绘机箱。

Description

一种可分离式大尺寸高精度机箱结构设计方法

技术领域

本发明属于军用电子设备结构技术领域，特别是一种可分离式大尺寸高精度机箱结构设计方法。

背景技术

传统海图标绘台采用箱体箱盖可分离式结构，内部则采用机械导轨式结构，利用x、y轴导轨滑块实现单一光点指示，存在滑块带动光点指示速度慢、分离式结构影响精度等问题。

针对原海图标绘台缺点，并结合激光振镜安装要求，在充分考虑设备性能，大尺寸机箱结构工艺可实现性的前提下，放弃使用一体式结构模式(箱体箱盖不分离)能够满足高精度指示要求，但同时带来高成本、低可靠性问题的方案。而延续使用箱体箱盖可分离式结构模式，需要深入了解核心元器件工作原理，正确选取设计基准，分解并计算指示精度指标要求的方案，设计出一款既具有高精度指示功能，又具有良好工艺加工性的箱体箱盖可分离式大尺寸标绘机箱非常必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可分离式大尺寸高精度机箱结构设计方法，该设计方法综合考虑设计指标、设备性能、结构工艺、可实现性多方因素，能设计出一款既具有较高指示精度又易于加工实现、经济实用的大尺寸标绘机箱。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种可分离式大尺寸高精度机箱结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1关键基准选取

选取均匀分布于机箱底面边缘的六个100×100mm的方形凸台作为整台设备底面Z方向设计基准，选取机箱上表面小凸台侧立面作为X、Y方向设计基准；

工艺基准的选取与设计基准保持一致，另外，为满足激光振镜精度范围内的快速维修更换，设计有一定位置度要求的两垂直方向定位销钉；

S2标绘机箱结构设计精度分析与计算

激光振镜指示光点直径约为1mm，经用户使用感受，当光点指示误差不大于0.5mm时，感觉不到明显指示误差，故指示精度设计过程中，以0.5mm指示误差为整机设计指标；

指示误差主要由两方面造成，激光振镜自身误差及标绘机箱加工误差；由于激光振镜自身指示误差约为0.1mm，故标绘机箱结构加工误差应不大于0.4mm，在此只讨论如何保证标绘机箱结构加工误差，故以误差值不大于0.4mm为计算输入值，从以下两方面建立模型，展开精度计算：

(1)保证标绘机箱X、Y平面内激光振镜指示精度的取值方法

偏移误差：

如图4所示，在已知激光振镜最大投射角度Φ＝34.4°情况下，依据最大误差指标为0.4mm，得出激光振镜偏移范围为以准确位置为圆心，半径为0.4mm范围的圆周内，若考虑到相邻两台激光振镜均发生偏移，则此范围应为半径为0.2mm的圆周；

偏转误差：

由于激光振镜出光点位置不在激光振镜几何中心处，故快速定位安装激光振镜用定位销钉需要有一定位置度要求，保证激光振镜不发生相对偏转；依据光点偏移范围为0.2mm半径圆周，进行计算，其中b＝144mm，l＝88.5mm，c＝0.2mm，见公式1.1

式中Φ：激光振镜旋转角度；a：定位销钉偏移距离；b：定位销钉水平方向距离；c：出光点偏移距离；l:出光点距离左侧定位销钉与激光振镜接触点间距离；

根据公式计算得出a＝0.32mm，假定单台激光振镜两个定位销钉均有偏差且方向相反，相邻两台激光振镜均有偏转且偏转方向相反情况下，定位销钉最大位置度误差应为0.08mm；

(2)保证标绘机箱Z方向上激光振镜指示精度的取值方法

激光振镜出光点距离作业面高度为190.3mm，由单台激光振镜指示覆盖范围及最大投射角度决定最大投射角度为34.4°，指示误差设计值为0.4mm，即b＝0.4mm时，可计算得出激光振镜安装高度误差a＝0.58mm；假定相邻两台激光振镜高度均有误差，且方向相反情况下，激光振镜安装高度最大误差为0.29mm，见公式1.2

式中a:高度误差；b:指示误差设计值；d:中间变量。

S3试验验证

根据以上模型分析计算得出的结果，通过限定标绘机箱关键尺寸的形位公差，研制完成的样机，经过实际光点测试，能够满足指示误差不大于0.5mm的使用要求。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明在充分掌握标绘台核心元器件激光振镜工作原理的前提下，结合设备整体战术指标要求，通过巧妙选取设计基准，合理分解精度指标，建立计算模型，明确影响激光振镜指示精度要求的机箱结构精度，从而避免由于精度要求过高带来的高成本及不必要的资源浪费，达到满足整体指示精度要求的最佳结构、工艺实施方案，能设计出一款既具有较高指示精度又易于加工实现、经济实用的大尺寸标绘机箱。

附图说明

图1是本发明机箱底面Z方向设计基准选取示意图；

图2是本发明机箱上表面X和Y方向设计基准选取示意图；

图3是本发明激光振镜定位销钉布局图；

图4是本发明标绘机箱X、Y平面内激光振镜偏移误差示意；

图5是本发明激光振镜关键外形尺寸示意图：

图6是本发明标绘机箱X、Y平面内激光振镜偏转误差计算示意图；

图7是本发明标绘机箱Z方向上激光振镜高度误差示意。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种可分离式大尺寸高精度机箱结构设计方法，其发明点为，包括如下步骤：

S1关键基准选取

箱体箱盖可分离式结构模式，具有易实现、易维修，可靠性较高等优点，但同时带来结构设计精度难以保证，需合理选取设计基准的问题，加之海图标绘台具有指示范围大、指示精度要求高的特点，作为大尺寸机箱且具有高精度结构设计要求，其设计基准的合理选取更为关键。

选取均匀分布于机箱底面边缘的六个100×100mm的方形凸台作为整台设备底面Z方向设计基准1，选取机箱上表面小凸台侧立面作为X方向设计基准2和Y方向设计基准3，如图1-2所示,如此选取基准一是，在关键位置给予机箱稳固支撑；二是，在不提供支撑位置尽量缩小基准面面积，且保证基准面易于加工。

工艺基准的选取可与设计基准保持一致，这样可在一定程度上降低加工难度；另外，为满足激光振镜精度范围内的快速维修更换，设计有一定位置度要求的两垂直方向定位销钉4，如图3所示。

S2标绘机箱结构设计精度分析与计算

激光振镜指示光点直径约为1mm，经用户使用感受，当光点指示误差不大于0.5mm时，感觉不到明显指示误差，故指示精度设计过程中，以0.5mm指示误差为整机设计指标。

指示误差主要由两方面造成，激光振镜自身误差及标绘机箱加工误差。由于激光振镜自身指示误差约为0.1mm，故标绘机箱结构加工误差应不大于0.4mm，在此只讨论如何保证标绘机箱结构加工误差，故以误差值不大于0.4mm为计算输入值，从以下两方面建立模型，展开精度计算：

(1)保证标绘机箱X、Y平面内激光振镜指示精度的取值方法

偏移误差：

如图4所示，在已知激光振镜最大投射角度Φ＝34.4°情况下，(其余任意投射角情况相同)依据最大误差指标为0.4mm，得出激光振镜偏移范围为以准确位置为圆心，半径为0.4mm范围的圆周内，若考虑到相邻两台激光振镜均发生偏移，则此范围应为半径为0.2mm的圆周。

偏转误差：

激光振镜出光点位置如图5所示，由于出光点位置不在激光振镜几何中心处，故快速定位安装激光振镜用定位销钉需要有一定位置度要求，保证激光振镜不发生相对偏转。依据光点偏移范围为0.2mm半径圆周，由图6中各项位置关系，进行计算，其中b＝144mm，l＝88.5mm，c＝0.2mm，见公式1.1

式中Φ：激光振镜旋转角度；a：定位销钉偏移距离；b：定位销钉水平方向距离；c：出光点偏移距离；l:出光点距离左侧定位销钉与激光振镜接触点间距离。

根据公式计算得出a＝0.32mm，假定单台激光振镜两个定位销钉均有偏差且方向相反，相邻两台激光振镜均有偏转且偏转方向相反情况下，定位销钉最大位置度误差应为0.08mm。

(2)保证标绘机箱Z方向上激光振镜指示精度的取值方法

激光振镜出光点距离作业面高度为190.3mm，由单台激光振镜指示覆盖范围及最大投射角度决定最大投射角度为34.4°，如图7中所示，指示误差设计值为0.4mm，即b＝0.4mm时，可计算得出激光振镜安装高度误差a＝0.58mm。假定相邻两台激光振镜高度均有误差，且方向相反情况下，激光振镜安装高度最大误差为0.29mm，见公式1.2

式中b:指示误差设计值；a:高度误差；d:中间变量。

S3试验验证

根据以上模型分析计算得出的结果，通过限定标绘机箱关键尺寸的形位公差，研制完成的样机，经过实际光点测试，能够满足指示误差不大于0.5mm的使用要求，使得原本具有较高加工难度的可分离式大尺寸高精度机箱通过此方法较易加工实现，并对类似可分离式大尺寸高精度机箱的结构、工艺设计起到一定启示作用。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (1)

1.一种可分离式大尺寸高精度机箱结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1 关键基准选取

选取均匀分布于机箱底面边缘的六个方形凸台作为整台设备底面Z方向设计基准，选取机箱上表面小凸台侧立面作为X、Y方向设计基准；

工艺基准的选取与设计基准保持一致，另外，为满足激光振镜精度范围内的快速维修更换，设计有位置度要求的两垂直方向定位销钉；

S2 标绘机箱结构设计精度分析与计算

激光振镜指示光点直径约为1mm，经用户使用感受，当光点指示误差不大于0.5mm时，感觉不到明显指示误差，故指示精度设计过程中，以0.5mm指示误差为整机设计指标；

指示误差主要由两方面造成，激光振镜自身误差及标绘机箱加工误差；由于激光振镜自身指示误差约为0.1mm，故标绘机箱结构加工误差应不大于0.4mm，在此只讨论如何保证标绘机箱结构加工误差，故以误差值不大于0.4mm为计算输入值，从以下两方面建立模型，展开精度计算：

(1)保证标绘机箱X、Y平面内激光振镜指示精度的取值方法

偏移误差：

在已知激光振镜最大投射角度Φ＝34.4°情况下，依据最大误差指标为0.4mm，得出激光振镜偏移范围为以准确位置为圆心，半径为0.4mm范围的圆周内，若考虑到相邻两台激光振镜均发生偏移，则此范围应为半径为0.2mm的圆周；

偏转误差：

由于激光振镜出光点位置不在激光振镜几何中心处，故快速定位安装激光振镜用定位销钉需要有一定位置度要求，保证激光振镜不发生相对偏转；依据光点偏移范围为0.2mm半径圆周，进行计算，其中b＝144mm，l＝88.5mm，c＝0.2mm，见公式1.1

式中Φ：激光振镜旋转角度；a：定位销钉偏移距离；b：定位销钉水平方向距离；c：出光点偏移距离；l:出光点距离左侧定位销钉与激光振镜接触点间距离；

根据公式计算得出a＝0.32mm，假定单台激光振镜两个定位销钉均有偏差且方向相反，相邻两台激光振镜均有偏转且偏转方向相反情况下，定位销钉最大位置度误差应为0.08mm；

(2)保证标绘机箱Z方向上激光振镜指示精度的取值方法

激光振镜出光点距离作业面高度为190.3mm，由单台激光振镜指示覆盖范围及最大投射角度决定最大投射角度为34.4°，指示误差设计值为0.4mm，即b＝0.4mm时，可计算得出激光振镜安装高度误差a＝0.58mm；假定相邻两台激光振镜高度均有误差，且方向相反情况下，激光振镜安装高度最大误差为0.29mm，见公式1.2

式中a:高度误差；b:指示误差设计值；d:中间变量；

S3 试验验证

根据以上模型分析计算得出的结果，通过限定标绘机箱关键尺寸的形位公差，研制完成的样机，经过实际光点测试，能够满足指示误差不大于0.5mm的使用要求。

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