　　　本设计对四维微调工作台的精密定位原理及结构组成进行了研究。为了实现高精度的快速定位，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进行控制，达到了满意的定位精度。四维微调工作台是一种高精密定位工作台，通过齿轮、齿条和螺旋的传动，实现X、Y、Z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。

　　　实现X轴粗调范围：0~25mm 分辨率：0.001mm Y轴调节范围：±25mm分辨率：0.1mm Z轴调节范围：0~22mm 转角粗调范围：0~360° 角度精细调节范围：±5°的主要技术指标。

关键词：四维微调；调节定位；微调工作台；测量仪器；定位工作台。

摘要III

AbstractIV

第1章绪论1

1.1课题背景及研究意义1

1.2国内外研究现状1

1.2.1微调工作台的驱动方式1

1.2.2国外研究现状2

1.2.3我国的研究现状3

1.3微调精密定位工作台的发展前景3

1.4系统组成及工作原理5

1.5本文的主要工作6

第2章四维微调工作台的总体方案设计7

2.1微调工作台的结构设计及特点7

2.1.1机身结构设计应满足下列要求7

2.1.2四维微调工作台的设计特点7

2.2微调工作台机体主要材料的选择7

2.3微调工作台导轨设计形式的选择8

2.4四维微调工作台的组成及工作原理9

2.4.1 X方向粗调机构9

2.4.2X方向微调机构10

2.4.3 Y方向粗调机构10

2.4.4 Z方向调节机构11

2.4.5水平转角调节机构12

2.4.6垂直仰角调节机构12

2.5 本章小结14

第3章四维微调工作台的结构设计15

3.1 微调工作台的传动设计计算15

3.1.1X轴方向粗调结构设计15

3.1.2Y轴方向的粗调机构设计24

3.1.3Z轴方向的粗调机构设计24

3.1.4X轴方向微调机构设计26

3.1.5仰角调节机构设计31

3.2导轨的设计32

3.2.1作用力方向和作用点位置对导轨工作的影响分析32

3.2.2导轨主要尺寸的确定34

3.2.3导轨的误差分析35

3.3弹簧的设计35

3.3.1X轴方向微调机构的弹簧设计35

3.3.2绕Z轴旋转微调机构的弹簧设计38

3.3.3仰角调节机构的弹簧设计39

3.4微调工作台的支撑和基座设计39

3.4.1支承的设计39

3.4.2基座的设计40

3.5本章小结41

第4章示数装置的设计42

4.1示数装置设计要求42

4.2示数装置的分类42

4.3X－Y轴方向粗调示数装置的设计42

4.3.1类型的选择42

4.3.2标尺与指针的选择42

4.3.3分度尺寸的选择43

4.4X轴微调示数装置的设计43

4.4.1设计原理43

4.4.2设计计算43

4.5本章小结44

结论45

参考文献46

致谢48

　　　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X、Y、Z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X、Y、Z轴方向的调节，同时还可进水平转角以及垂直仰角的调节。

　　　1.X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X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。

　　　X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0.001mm。

　　　2.Y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X轴方向上的粗调原理相同。

　　　3.Z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Z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Z轴上的平动，从而实现了在Z轴方向上的调节。当调好高度时，可用锁紧螺钉固定。

　　　4．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360°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。

1.5本文的主要工作

　　　本文是对四维微调工作台的结构设计进行研究。

　　　首先，本文将对四维微调工作台的结构设计从X方向粗调机构、X方向微调机构、Y方向粗调机构、Z方向调节机构、水平转角调节机构和垂直仰角调节机构六大方面着手对四维微调工作台的结构组成及工作原理进行详细的阐述。

　　　其次，将对四维微调工作台的传动方案、机体主要材料及四维微调工作台导轨设计形式进行选择。

　　　最后，本文将对弹簧、示数装置、支承和基座进行设计。还有，将对四维微调工作台的主要机构及零件进行结构设计并对受载荷较大的零件进行合理性分析。

四维微调工作台结构设计.gif

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