[科普中国]-XYZ高精密移动平台

XYZ高精密移动平台，又称三坐标高精密移动平台，是一种在X、Y、Z三个方向实现精确移动的平台。XYZ平台主要包括X轴移动部分，Y轴移动部分，Z轴移动部分。各轴的联轴器可用于连接伺服电机，实现自动调节，也可以直接和旋转圆盘连接实现手动调节。

研究背景基于先进制造技术的厘米级微型涡轮喷气发动机（Micro Turbo Engine，MTE），是满足将来微型飞行器对高能量储存密度、高功率重量比的动力装置需求的有效方案，也可以作为将来的野战便携式能源。由于MTE的尺寸比常规发动机尺寸缩小许多，从气动热力循环、燃烧、转子、涡轮、压气机、轴承等许多方而都而临了新的问题。因此必须进行一系列的实验，从而为微型涡喷发动机的研制提供充足的实验数据。如发动机各个部分内的流体的压力和流速的测量实验等。为了能方便测量出流体的压力、流速等数据，必须使测量探针能够在X、Y、Z三个方向实现精确移动，而且能使探针到达指定的空间位置，所以将探针通过支架安装在能够实现X、Y、Z三向移动的平台上。在要求探针支架具有足够刚度的同时要求此移动平台具有足够的移动分辨率和较高的移动精度。

平台结构XYZ平台主要包括X轴移动部分，Y轴移动部分，Z轴移动部分。其结构如图所示。各轴的联轴器可用于连接伺服电机，实现自动调节，也可以直接和旋转圆盘连接实现手动调节。

整体设计三坐标精密移动平台的X、Y、Z三个方向的部件具有相同结构，都包括各自的传动系统、导向系统、驱动系统、基于容栅传感器的数显位移测量系统以及相应的支撑部件。

平台在X、Y、Z三个方向的结构安排采用下述方案，即以X向的底板固定在基座上，Y向的底板固定在X向的移动拖板上，Z向的底板通过角铁与Y向的拖板固定。测量探针可以通过支架安装在2向的拖板上，由Z向的拖板的上下运动实现探针旷Z向移动。整个Z向的部件安装在Y向的拖板上，所以Y向的拖板能够实现探针的Y向移动。同样，平台也能够实现探针的X向移动。

考虑到微流体测量移动平台必须能够实现X、Y、Z三个方向特别是Z向传动的自锁，而且移动平台并不是非常频繁地使用以及成本因素，三坐标精密移动平台的传动系统采用滑动丝杆副实现传动。滑动丝杆副结构简单，成本低，无需润滑系统而且具有自锁性能。X、Y、Z三个方向的螺旋传动中，以X方向的螺旋传动所需的力最大，通过移动平台传动时传导力的计算，X方向采用M10的滑动丝杆副实现传动，以满足螺旋传动时的轴向和径向刚度。考虑到制造加工的方便和成本，X、Y、Z三个方向的螺旋传动尺寸都采用M10的滑动丝杆副。1

应用方杰等2通过利用寻边器和XYZ平台进行同轴度测量和调节，电主轴和测功机之间的同轴度能达到0.02mm以内，达到了联轴器、电主轴、测功机正常运行的同轴度要求。

在实际的测量过程中，很好地避免了千分表重力对同轴度测量结果的影响，使实测值能反映电主轴和测功机真实的同轴度。由于借助第三方基准—XYZ平台，很好地避免由于被测轴和基准轴轴径比较小，轴阶多，轴阶较短，导致千分表的磁力表座很难平稳地吸附在基准轴上的情况。由于XYZ平台每轴的有效行程较大，数字式三维工件寻边器有很高的测量精度和显示精度，该同轴度测量和调节方法能很好地测量电主轴和测功机输出轴轴线夹角，使同轴度的调节工作变得简单。

该同轴度测量方法的不足之处：在实际测量过程中，借助了第三方基准，XYZ平台精度在很大程度上影响同轴的测量结果，所以要选用高精度的XYZ平台。2

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学