应该感谢我的导师陈佳莹老师。本次毕业设计是在陈老师的关心帮助和悉心指导下完成的。在此，向陈老师致以最诚挚的谢意!感谢黑龙江工程学院各位老师四年来对我的教育培养和热情的帮助以及支持，感谢级机械设计制造及其自动化专业的各位同学给我的帮助，为我完成论文创造了有利的环境，这里表示我衷心的感谢。作为理想的微动工作台，应具有较高的位移分辨率。以保证高的定位精度，还应具有较高的几何精度和良好的动态特性，同时还应满足工作行程的要求。随着微米纳米科学技术的不断发展，微动工作台的研究正日益受到国内外的重视。但因受到机械加工精度控制精度和机构复杂性等技术水平的制约，其精度和运动范围还受到定影响，随着对微动工作台的深入研究，结构合理高精度和高分辨率的微动工作台必将不断问世。，要求向调节范围不超出。方向调节机构轴方向的调节是利用了螺母转动螺杆移动原理实现的。轴方向调节机构的主要部分由轴盖锁紧螺钉直槽螺套立柱螺杆轴套组成。直槽螺套相当于螺母，立柱和螺杆的组成相当于螺杆，轴套是为了防止螺杆的转动，从而实现立柱在轴方向上的平稳运动，轴盖是为了防止直槽螺套的上下窜动。当转动直槽螺套时，螺杆会沿着旋转螺套内的螺旋槽螺旋上升，但由于轴套的限制而消除了立柱和螺杆螺旋上升中的转动，只剩下在轴方向上的平动，从而实现了在轴方向上的上下调节。当调好高度时，可用锁紧螺钉加以固定。为保证达到设计精度要求直槽螺套内螺旋上升的螺旋槽的高度不小于，并且保证螺旋槽内壁的光滑整洁。图.方向调节机构水平转角调节机构如图.，水平转角调节机构的主要部分由水平支架水平止推杆水平调节杆水平转动调节架防转调节杆，以及连接螺杆水平转动套转轴套组成。当进行大角度粗调时，放松防转调节杆，装置以水平支架可进行度的大范围调节。当角度选定时锁紧防转调节杆，然后调节水平调节杆进行水平方向小角度的调节。该角度调节的精度主要依靠水平调节杆螺纹的精度，即螺纹每旋转周的导程。垂直仰角调节机构如图.，垂直仰角和水平转角的调节原理基本相似，垂直仰角调节机构的主要部分由立式支架垂直调节片垂直压紧簧套器件保持架垂直止推杆垂直调节杆组成。当需要对垂直仰角进行调节时，转动垂直调节杆进行垂直方向上的小角度的调节。该垂直角度调节的精度主要依靠垂直调节杆上螺纹的精度，即螺纹每旋转周的导程。图.水平转角调节机构图.垂直仰角调节机构.本章小结本章主要对微调工作台的整体设计进行了初步设想，确定了工作台的基本尺寸和主要参数，叙述了工作台的用途结构特点机体主要材料的选取及工作台的导轨形式的选择。还从四维微调工作台的方向粗调方向微调方向粗调方向调节水平转角调节垂直仰角调节六大调节机构对四维微调工作台的组成及工作原理进行了详细而系统的阐述。使四维微调工作台的整体设计具体结构设计确定下来。第章四维微调工作台的结构设计.微调工作台的传动设计计算轴方向粗调结构设计.参数的选择和计算精度的选择微调工作台属于精密机械，齿轮齿条传动速度低，精度高，选定精度为级。材料的选择查机械传动设计手册，根据使用要求，选用齿轮的材料为号钢渗碳后淬火，齿条的材料选用号钢调质后表面淬火。前者硬度为,后者硬度。初选齿轮齿条基本参数根据设计要求传动精度高，尺寸空间小，使用类比法，初选齿轮的模数，齿数，压力角。则分度圆直径。目前传统工作台的材料仍然为钢材，但是其密度大热导率与热膨胀系数大，使得工作台的性能受到影响。有些机床为了降低热变形的影响，在结构上采用了低热膨胀的殷钢，但综合性能仍然不够理想。工程结构陶瓷山于其高强度高硬度和耐高温耐辐射抗腐蚀等优点己逐渐成为工程技术特别是尖端技术的关键材料，将工程结构陶瓷应用在精密平台上是种发展趋势。氧化铝陶瓷的密度为钢的半，热导率与热膨胀系数也均约为钢的半，弹性模量比钢高倍，综合性能比钢要好，因此如日木东京工业大学与住友重工研制的超精密工作台都采用了氧化铝陶瓷作为结构材料。石英陶瓷作为结构陶瓷多应用在玻璃冶金电工航空航人等行业。主要利用其热导率低热膨胀系数小电性能好等优点，但其应用于精密平台还未见报道。石英陶瓷密度小仅为钢的四分之，氧化铝陶瓷的半，热导率与热膨胀系数都比钢与氧化铝陶瓷小个数量级，缺点是弹性模量较小。石英陶瓷材料更适用于轻载的超精密工作台。由于目前传统工作台的材料仍然为钢材,虽然其密度偏大热导率与热膨胀系数大,使得工作台的性能受到影响。但从本工作台的技术要求可知其精度为毫米微米级的。在精密工作台的研究领域精度是相对偏低的。因此由工作台的技术要求及经济成本考虑本设计的工作台材料仍以钢材为主，即以号钢和为主要材料。在些特殊零件上根据需要选用些适宜的材料。.微调工作台导轨设计形式的选择导轨的功用是导向和承载。即保证运动部件在外力作用下，能准确地沿着定的方向运动。导轨的质量在定程度上决定了微调工作台的加工精度工作能力和使用寿命。因此，导轨必须满足下列设计基本要求.导向精度导向精度是指动导轨沿支承导轨运动时，直线运动导轨的直线性和导轨同其他运动之间相互位置的准确性。．精度保持性为了能长期保持导向精度，对导轨提出了刚度和耐磨性的要求。若刚度不足，则直接影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，使导轨面上的比压分布不均匀，加剧导轨面的磨损。．结构工艺性在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护。导轨的般形式有滑动滚动和静压种形式。其中滑动导轨中导轨副之间是滑动摩擦，山于导轨副材料之间存在动静摩擦因数的差异，会产生爬行现象，同时存在磨损，使用寿命不长，在高精密工作台中较少采用滑动导轨。滚动导轨中采用钢球或滚柱作为滚动体，具有较小的摩擦因数，动静摩擦因数的差异极小，可以有效避免爬行现象的产生。但滚动导轨中由于滚动体与导轨之间的接触为点接触或线接触，其抗振性与滑动导轨相比较差。磁悬浮导轨是近几年来兴起的门新技术。更好的滤除噪声对达到未来的测量需求是个很好的解决方案提高测量系统中机械系统的装配和运动精度改善光源的稳定性和相干性降低外界环境的干扰或是设计对环境不敏感的测量系统都是大范围高精度纳米测量进步发展所必须要解决的问题。当前仪器设备的发展趋势主要是向大型化自动化精密化高效化发展。.系统组成及工作原理四维微调工作台在系统的机械结构设计上，采用粗动台和微动台的组合结构，即由粗动台来完成高速运行，解决整个系统的速度问题，进行粗定位，然后由微动台完成精定位，这样可使定位系统达到极高的定位精度和灵敏度，控制简单可靠。该机构采用了齿轮齿条和螺旋传动原理，因此能够实现轴方向的调节，同时还可进行水平转角以及垂直仰角的调节。作为理想的微动工作台,应具有较高的位移分辨率,以保证高的定位精度还应具有较高的几何精度和良好的动态特性同时还应满足工作行程的要求。以此为前提,我们设计了由齿轮齿条和螺旋传动原理构成的机构。四维微调工作台在系统的机械结构设计上，采用粗动台和微动台的组合结构，即由粗动台来完成高速运行，解决整个系统的速度问题，进行粗定位，然后由微动台完成精定位，这样可使定位系统达到极高的定位精度和灵敏度，控制简单可靠。该机构采用齿轮齿条和螺旋传动原理，能够实现轴方向的调节，同时还可进水平转角以及垂直仰角的调节。.轴方向调节可分为粗调微调。粗调通过转动横向调节螺杆，利用齿轮和齿条啮合使转动变为平动，实现轴方向上的粗调。精度依靠所设计的齿轮与齿条的精度，其调节范围依靠齿条的长度，根据需要可设计不同的调节范围以满足实验要求。轴方向的微调是利用了螺杆转动螺母移动原理。装置中运动杆尺和顶杆可看作是螺杆，保持轴套和滑动台整体看作是螺母，锁紧螺母主要是为了减小螺纹间隙。旋转运动杆尺来实现微调，最小移动距离可达到.。.轴方向的粗调也可看作是垂直方向上的粗调，其调节原理与轴方向上的粗调原理相同。.轴方向的调节是利用了螺母转动螺杆移动原理实现的。直槽螺套相当于螺母，立柱和螺杆组成相当于螺杆，轴套是为了防止螺杆的转动，从而实现立柱在轴方向上平稳运动，轴盖是为了防止直槽螺套的窜动。当转动直槽螺套时，螺杆会沿着旋转螺套内的螺旋槽螺旋上升，但由于轴套的限制而消除了螺旋上升中的转动，只剩在轴上的平动，从而实现了在轴方向上的调节。当调好高度时，可用锁紧螺钉固定。．水平转角和垂直仰角的调节原理基本相似，水平转角机构由水平止推杆水平调节杆水平转动调节架防转调节杆，以及连接螺杆水平转动套转轴套组成。当进行大角度粗调时，放松转动调节杆，装置以轴水平转动套可进行度的调节。当角度选定时锁紧防转调节杆，然后调节水平调节杆进行水平方向小角度的调节。该角度调节的精度主要依靠水平调节杆螺纹的精度。为了实现平而内的转动而研制了三自由度的维直线电机式工作台。定位工作台由个空气轴承垫在底板上导向，通过合成个直线电机的驱动力而产生自山度的运动。工作台重.，它在和方向上均具有的行程。激光干涉仪用作工作台的定位反馈。实验测得工作台在，和方向上的定位分辨率分别为.,.和.,最大速度为，频响宽度为。.摩擦式驱动超精密工作台法国研制的摩擦驱动工作台重,通过液体静压导轨支撑，工作台的行程为.直线工作台的定位精度可达,最大速度为。台湾淡江大学等人设计了利用气体支撑的摩擦轮驱动工作台。反馈测量装置是台量程为.的激光干涉仪，整个装置被放置在温度和湿度的环境中。在和步进运动情况下，定位精度均优。国防科技大学的罗兵李圣怡等对摩擦扭轮式精密工作台进行了研究。此系统由高分辨率电机摩擦扭轮传动机构空气静压导轨和控制计算机等组成。摩擦扭轮传动机构导程.，光杠长度,螺母刚度气体静压导轨行程，设计直线度.交流伺服电机旋转分辨率实验结果表明在的行程上运动分辨率达到。我国的研究现状国内对高精度精密定位研究也很重视。很多家国内重点大学和知名企业开展了高精密定位仪器的研究开发，微调定位工作台的定位精度大致在左右，分辨率在.左右，但这些数据大多是样机系统在实验室条件下达到的。由于我国在高精度传感器，微进给技术以及计算机技术上的限制，在研发高精度定位平台及其产业化上尚需努力。清华大学与上海微电子装备有限公司合作开展研究，搭建了国内第套以运动精度为目标的气浮运动试验台，并进行超精密测量和运动控制的研究，己经取得了良好的研究进展。整个超精密工件台试验系统由质量达的花岗石底座基台主动隔振元件两套超精密直线运动系统组成。每套直线运动系统由桑层的粗动与精动系统组成，并由双频激光干涉仪提供位置检测和闭环运动反馈，检测精度可达到。长行程超精密导轨气浮滑块直线电机直线光栅组成大行程粗动系统可以实现以上的行程，以上的加速度和以上的速度。但其动态运动精度仅能达到几微米，定位精度可以达到数百纳米。为了实现乃至更高的运动精度，在上述大行程运动系统的气浮滑块上桑加安装了超精密气浮微动台，以对粗动精度进行微动补偿。微动台采用音圈电机驱动，电容传感器进行微动位置检测。双频激光干涉仪的测量镜安装在微动台的动台上，实现对粗微调,工作台,结构设计,毕业设计,全套,图纸目录摘要第章绪论.课题背景及研究意义.国内外研究现状微调工作台的驱动方式国外研究现状我国的研究现状.微调精密定位工作台的发展前景.系统组成及工作原理.本文的主要工作第章四维微调工作台的总体方案设计.微调工作台的结构设计及特点机身结构设计应满足下列要求四维微调工作台的设计特点.微调工作台机体主要材料的选择.微调工作台导轨设计形式的选择.四维微调工作台的组成及工作原理方向粗调机构方向微调机构方向粗调机构方向调节机构水平转角调节机构垂直仰角调节机构.本章小结第章四维微调工作台的结构设计.微调工作台的传动设计计算轴方向粗调结构设计轴方向的粗调机构设计轴方向的粗调机构设计轴方向微调机构设计仰角调节机构设计.导轨的设计作用力方向和作用点位置对导轨工作的