【正文】 研究,也取得了令人矚目的成就。2 nm，韓國漢城大學(xué)研制的宏微結(jié)合的200mm行程精密工作臺(tái)，以激光干涉儀作為位置反饋元件，定位精度達(dá)到10nm。目前，國外在精密定位技術(shù)方而的研究成果較多，世界上各發(fā)達(dá)國家對(duì)高精密技術(shù)的發(fā)展都給予了足夠的重視。過去應(yīng)用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要集中在高速進(jìn)給領(lǐng)域，利用了它可以有很高的加速度和運(yùn)行速度的優(yōu)點(diǎn)，但隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)開始向精密定位發(fā)展，如日本研制的幾款超精密工作臺(tái)都應(yīng)用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。直線驅(qū)動(dòng)的慣性主要存在于滑臺(tái)，因此加工時(shí)可以有很高的加速度。與傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)相比，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：省略了中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，減少了機(jī)械磨損，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可以保持高增益，實(shí)現(xiàn)精確的進(jìn)給前饋，對(duì)給定的加工路徑可以用高速進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤，從而保證了機(jī)床的高精度和使用壽命。摩擦傳動(dòng)具有正反空程小、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，適合精密定位。大行程高精度工作臺(tái)是指行程達(dá)毫米級(jí)以上，但定位精度略低于小行程系統(tǒng)的工作臺(tái)系統(tǒng)。小行程極高精度工作臺(tái)大多采用壓電元件或電磁元件作為驅(qū)動(dòng)裝置。同時(shí)，工作臺(tái)的速度、加速度及啟停過程的穩(wěn)定時(shí)間則影響設(shè)備的效率，成為系統(tǒng)的重要指標(biāo)。同時(shí)，它的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是各國高技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。高精度和高分辨率的超精密工作臺(tái)系統(tǒng)在近代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)占有極為重要的地位。同時(shí),它的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是各國高技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。高精度和高分辨率的超精密工作臺(tái)系統(tǒng)在近代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)占有極為重要的地位。 location stage.IV哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘要 IIIAbstract IV第1章 緒論 1 1 1 1 2 3 3 5 6第2章 四維微調(diào)工作臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì) 7 7 7 7 7 8 9 X方向粗調(diào)機(jī)構(gòu) 9 10 Y方向粗調(diào)機(jī)構(gòu) 10 Z方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 11 12 12 本章小結(jié) 14第3章 四維微調(diào)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 微調(diào)工作臺(tái)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 15 15 24 24 26 31 32 32 34 35 35 35 38 39 39 39 40 41第4章 示數(shù)裝置的設(shè)計(jì) 42 42 42－Y軸方向粗調(diào)示數(shù)裝置的設(shè)計(jì) 42 42 42 43 43 43 43 44結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 46致謝 4850第1章 緒 論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在電子、光學(xué)、機(jī)械制造等眾多技術(shù)領(lǐng)域中迫切需要高精度、高分辨率、能夠靈活控制的微動(dòng)系統(tǒng)用以直接進(jìn)行工作或配合其它儀器設(shè)備完成高精度的定位和測(cè)量。 Micro motion stage。 Key words: 4D Micro motion。, the trimming coverage is177。ABSTRACTThis design studies the precision positioning principle and structure position of 4D Micro motion stage. Which is a highly precision positioning instrument. It can realize three directions’ regulation, including X, Y and Z. by the motor driving of wheel gear, gear rack and threads. And it can also realize level angle and angle of elevation’s driving .It is mainly used in engineering experiment. As the poisoning control stent it is used to poisoning control of various optical instrument. This devise can be installed on a long guide way to measure a long distance. To realize highly precision poisoning’s fast location, in this design I adopt the way of coarse adjustment trimming bine together. After finish the design I know more about the device’s system constitution and work principle and most important what I designed can satisfy the require precision. Realize the task target requirement that the coarse adjustment coverage of X is 0~25mm, resolution rate is mm , the coverage of Y is 177。的主要技術(shù)指標(biāo)。 角度精細(xì)調(diào)節(jié)范圍：177。實(shí)現(xiàn)X軸粗調(diào)范圍：0~25mm 分辨率： Y軸調(diào)節(jié)范圍：177。為了實(shí)現(xiàn)高精度的快速定位，在系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用粗動(dòng)臺(tái)和微動(dòng)臺(tái)的組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，達(dá)到了滿意的定位精度。正是在這種需求下，產(chǎn)生了一系列精密定位測(cè)量?jī)x器，本文設(shè)計(jì)了精密定位測(cè)量?jī)x器四維微調(diào)工作臺(tái)。Automation Class：083 Supervisor：Prof. Heilongjiang Institute of Technology201206哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)四維微調(diào)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全套完整版CAD圖紙，聯(lián)系 153893706 系部名稱：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化083班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職 稱：教授二○一二年六月The Graduation Design for Bachelor39。s DegreeStructure Design of 4D Micro Motion Stage Candidate： Specialty：Mechanical Design and Manufactureamp。Harbin摘 要在當(dāng)前的工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，激光發(fā)射器和各種光學(xué)器件的調(diào)節(jié)定位，都需要一種高精度的定位測(cè)量?jī)x器。本設(shè)計(jì)對(duì)四維微調(diào)工作臺(tái)的精密定位原理及結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了研究。四維微調(diào)工作臺(tái)是一種高精密定位工作臺(tái)，通過齒輪、齒條和螺旋的傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸方向的調(diào)節(jié)，同時(shí)還可進(jìn)行水平轉(zhuǎn)角以及垂直仰角的調(diào)節(jié)。25mm分辨率： Z軸調(diào)節(jié)范圍：0~22mm 轉(zhuǎn)角粗調(diào)范圍：0~360176。5176。關(guān)鍵詞：四維微調(diào)；調(diào)節(jié)定位；微調(diào)工作臺(tái)；測(cè)量?jī)x器；定位工作臺(tái)。25mm, resolution rate is , the coverage of Z is 0~22mm , the coarse adjustment coverage of deflection angle is 0~360176。5176。 poisoning control。 Measuring instrument。正是這種需要極大地促進(jìn)了高精密定位和測(cè)量技術(shù)發(fā)展。它直接影響精密、超精密切削加工水平、精密測(cè)量水平及超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)水平。大行程超精密工作臺(tái)主要的類型有直線電機(jī)式驅(qū)動(dòng)、摩擦式驅(qū)動(dòng)，也有采用兩級(jí)進(jìn)給的方式，即采用粗動(dòng)與精動(dòng)兩套系統(tǒng)，以同時(shí)兼顧大行程、高響應(yīng)速度和高定位精度。它直接影響精密、超精密切削加工水平、精密測(cè)量水平及超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)水平。超精密工作臺(tái)系統(tǒng)的定位精度和行程范圍直接影響生產(chǎn)加工的精度。這些一次定位的精密工作臺(tái)系統(tǒng)可以按精度高低和行程大小分為兩類:小行程、極高精度的工作臺(tái)系統(tǒng)和大行程、高精度的工作臺(tái)系統(tǒng)。行程多在數(shù)十微米的范圍內(nèi)，但位移分辨率可高達(dá)1nm。它大多采用直線電機(jī)或摩擦式驅(qū)動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)分辨率大多在10nm左右。其不足之處是負(fù)載能力小，不能夠產(chǎn)生太大的驅(qū)動(dòng)力，否則傳動(dòng)過程容易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，因此限制了摩擦驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用范圍。運(yùn)行時(shí)，直線電機(jī)不像旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣會(huì)受到離心力作用，因此其直線速度不受限制。直線電機(jī)靠電磁推力驅(qū)動(dòng)，故系統(tǒng)噪聲很小，改善了工作環(huán)境。與傳統(tǒng)的進(jìn)給方式相比，在精密定位領(lǐng)域，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)擁有更廣闊的應(yīng)用前景。日本東京工大研究的精密工作臺(tái)的定位精度達(dá)到177。這一類疊加式宏微組合的精密工作臺(tái)，更具有實(shí)用性，現(xiàn)已成為研制大行程精密定位技術(shù)的熱點(diǎn)。東京工業(yè)大學(xué)研制了具有納米級(jí)分辨率的一維直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)超精密工作臺(tái)。全部采用氧化鋁陶瓷材料。反饋測(cè)量系統(tǒng)采用激光干涉儀。它最大的特點(diǎn)是配置了一部電流變阻尼器，可以主動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性。直線電機(jī)式工作臺(tái)也可以設(shè)計(jì)成一維運(yùn)動(dòng)一體化的工作臺(tái)。177。快速響應(yīng)對(duì)于激光加工和半導(dǎo)體生產(chǎn)是非常關(guān)鍵的。定位工作臺(tái)由3個(gè)空氣軸承墊在底板上導(dǎo)向，通過合成3個(gè)直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力而產(chǎn)生3自山度(x,y, z)的運(yùn)動(dòng)。激光干涉儀用作工作臺(tái)的定位反饋。法國Mekid研制的摩擦驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)重100kg,通過液體靜壓導(dǎo)軌支撐，,最大速度為10mm/s。 Packard激光干涉儀，整個(gè)裝置被放置在溫度20177。5%的環(huán)境中。國防科技大學(xué)的羅兵、李圣怡等對(duì)摩擦扭輪式精密工作臺(tái)進(jìn)行了研究。摩擦扭輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)程0 .26mm，光杠長(zhǎng)度650mm,螺母剛度3 kg/mm。國內(nèi)對(duì)高精度精密定位研究也很重視。由于我國在高精度傳感器，微進(jìn)給技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)上的限制，在研發(fā)高精度定位平臺(tái)及其產(chǎn)業(yè)化上尚需努力。整個(gè)超精密工件臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)由質(zhì)量達(dá)5t的花崗石底座、基臺(tái)、(主動(dòng))隔振元件、兩套超精密直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成。長(zhǎng)行程超精密導(dǎo)軌、氣浮滑塊、直線電機(jī)(Linear motor)、直線光柵組成大行程粗動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)300mm以上的行程，2g以上的加速度和1000m/s以上的速度。為了實(shí)現(xiàn)10nm乃至更高的運(yùn)動(dòng)精度，在上述大行程運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的氣浮滑塊上桑加安裝了超精密氣浮微動(dòng)臺(tái)，以對(duì)粗動(dòng)精度進(jìn)行微動(dòng)補(bǔ)償。雙頻激光干涉儀的測(cè)量鏡安裝在微動(dòng)臺(tái)的動(dòng)臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)粗、精動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)最終的位置監(jiān)測(cè)和運(yùn)動(dòng)反饋。超精密工作臺(tái)系統(tǒng)的定位精度和行程范圍直接影響生產(chǎn)加工的精度。這些一次定位的精密工作臺(tái)系統(tǒng)可以按精度高低和行程大小分為兩類:小行程、極高精度的工作臺(tái)系統(tǒng)和大行程、高精度的工作臺(tái)系統(tǒng)。行程多在數(shù)十微米的范圍內(nèi),但位移分辨率可高達(dá)1nm。它大多采用直線電機(jī)或摩擦式驅(qū)動(dòng)方式,運(yùn)動(dòng)分辨率大多在10nm左右。如今，高精密的測(cè)量定位儀器在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用，特別是一些需要精密儀器的航空、航天等產(chǎn)業(yè)。大范圍、高精度是對(duì)微動(dòng)工作臺(tái)提出的新要求，然而大行程和高精度是微動(dòng)技術(shù)中的一對(duì)矛盾。：結(jié)合多種微動(dòng)方法以彌補(bǔ)各自的不足仍然是解決以上問題的主要辦法。：運(yùn)動(dòng)方向間的交叉藕合嚴(yán)重影響納米微動(dòng)工作臺(tái)的定位精度，因此需進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，從運(yùn)動(dòng)原理上有效地消除運(yùn)動(dòng)方向間的交叉藕合產(chǎn)生的定位誤差，提高納米級(jí)微動(dòng)工作臺(tái)的定位精度。采用模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等方法改善系統(tǒng)的非線性和不確定性。未來的大范圍高精度納米測(cè)量要求在數(shù)十毫米以上的范圍內(nèi)達(dá)到至少亞納米級(jí)的測(cè)量精度，這不僅使只采用其中之一的測(cè)量方法難以實(shí)現(xiàn)，就連現(xiàn)在許多結(jié)合了多種測(cè)量的方法也是很難辦到的。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，加快信號(hào)處理的速度、加大處理量、更好的濾除噪聲對(duì)達(dá)到未來的測(cè)量需求是一個(gè)很好的解決方案。當(dāng)前儀器設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì):主要是向大型化、自動(dòng)化、精密化、高效化發(fā)展。該機(jī)構(gòu)采用了齒輪、齒條和螺旋傳動(dòng)原理，因此能夠?qū)崿F(xiàn)