电机水平安装在底座上，联轴器一端连接电机轴，另一端连接蜗杆轴，当电机旋转时，联轴器就会将电机扭矩传递给蜗杆，蜗杆再将旋转运动传递给蜗轮，蜗轮通过轴环与载物台连接，完成电机轴和载物台之间的扭矩传递和运动方向转换，实现载物台绕竖直轴的旋转运动。
圆光栅为角度测量元件，当工作台转动时光栅和读数头发生相对转动，实现角度的实时测量和数据反馈
载物台与蜗轮之间的传动采用交叉滚柱轴环RU形结构，外形如图37所示
图37交叉滚柱轴环RU形结构
在交叉滚柱轴环中，因圆筒形滚柱在呈90°的V形沟槽滚动面上通过间隔保持器被相互垂直地排列，使得单个轴承就可承受径向负荷、轴向负荷及力矩负荷等所有方向的负荷。
由于已进行了安装孔的加工，就不需要固定法兰和支撑座。
另外，由于采用带座的一体化内外环结构，安装对性能几乎没有影响，因此能够获得稳定的旋转精度和扭矩，适用于外圈和内环旋转。
蜗杆两端通过轴承和轴承支座固定在基座上，安装方式如图38所示。
图38蜗杆安装方式
根据轴承所受载荷的大小、方向和性质，选用接触角较大的角接触球轴承，轴承外形如图39所示。
轴承支承部件主要对轴系回转零件起支承作用，并承受径向和轴向作用力，保证轴系部件在工作中能正常地传递轴向力以防止轴系发生轴向窜动而
改变工作位置
图39角接触球轴承外形
3.2.1.3Z轴平移台、B轴旋转台和C轴旋转台
Z轴平移台和B轴旋转台结构示意如图310所示
1、Z轴平移台2、B轴旋转台3、C轴旋转台
图310Z轴平移台和B轴旋转台结构示意图
B轴旋转台通过螺钉连接安装在Z轴平移台的移动载物台上，当Z轴载物台上下移动时，B轴旋转台也会随着Z轴做上下移动。
载荷安装在B轴旋转台的台面上，可实现Z轴方向直线平移和B轴方向的360°旋转。
Z轴平移台结构原理与X轴平移台结构原理相同，均由底座、电机、联轴器、滚珠丝杠螺母副、直线导轨、载物台、光栅尺和限位机构等几大部分组成，不同的是Z轴平移台需要将平移台底座竖直安装在固定支架上，实现Z轴方向的直线移动，电机采用带制动的伺服电机，防止因掉电或重力下掉。
C轴旋转台安装在Z轴的竖直支撑板上。
B、C轴旋转台结构原理与A轴旋转台结构原理相同，此处不再重述。
3.2.1.4零件材料选择
（1）真空材料选择原则
对于真空环境中使用的零件，其制作材料有如下要求：
足够的机械强度和刚度；气密性好。
要保持一个完好的真空环境，零件材料不应存在多孔结构、裂纹或形成渗漏的其他缺陷，有较低的渗透速率和出气速率；在工作和烘烤温度下的饱和蒸气压要足够低；
化学稳定性好；热稳定性好。
在工作温度范围内，能保持良好的真空性能和机械性能；有较好的机械加工性能。
（2）常用真空材料及应用
在真空系统设计与制造中常用的金属及合金材料主要有：
低碳钢、不锈钢、铜、铝、可伐合金、铸铁等。
碳钢和铸铁在低真空工作范围内的应用较为普遍；铝和可伐合金主要应用于中真空工作范围；对于高真空工作范围，不锈钢和铜的应用最为常用。
铜主要用来制作喷嘴、电极等小型零件，不锈钢主要用来制作有较高硬度、较高韧性及耐冲击负荷的零件。
（3）本系统拟采用的结构材料
根据资料显示，真空度在1.3×10-4Pa以上的高真空和超高真空系统中，最好选用奥氏体无磁不锈钢<例如1Cr18Ni9Ti，0Cr18Ni9<304）等）材料制作结构零件。
这种不锈钢具有优良的抗腐蚀性
、放气率低、无磁性、焊接性好、导电率和导热率较低，能够在－270C～+900C范围内工作，并具有高的强度、塑性及韧性，是目前金属高真空系统中应用的主要结构材料。
因此，为了满足实验舱内真空度为510-4Pa要求，本系统的传动与定位装置拟选用奥氏体无磁不锈钢（306＞作为主要结构材料。
3.2.1.5关重件选型设计
为了满足实验舱内真空度为510-4Pa＜工作）和温度范围为－20C＋50C的使用要求，在关重件选型时应充分考虑各零部件润滑系统、制作材料、制作工艺等众多因素给实验环境和零部件本身带来的不良影响，必须严格选用专门针对高真空度和相应温度范围而设计制作的专用类型产品。
3.2.1.5.1直线导轨
（1）类型选择
根据直线导轨使用条件和结构精度要求，X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台均选用日本THK公司研制的LM类HSR型直线导轨，导轨外形如图
311所示，导轨特长如下：
各方向等负荷
为使LM滑块上的4
个作用方向＜径向、反径向和侧向）均具有相同的额定负荷，各钢球列被设计成按接触角45°配置，因此无论何种姿势都可以使用，用途广泛。
高刚性
因钢球的配置是采用具有良好平衡性的4列排列，所以能施加充分的予压，并且容易地提升4个方向的刚性。
自动调心能力
由于THK独特的圆弧沟槽的正面组合＜DF组合）具有自动调心能力，即使施加予压也能吸收安装误差，从而得到高精度、平滑稳定的直线运动。
出色的耐久性即使在予压或偏置负荷作用之下，钢球的差动滑动量也抑制在最低限
度，实现了高耐磨损性和精度的长期维持
图311导轨外形
（2）应对真空环境的措施
在真空环境下使用的直线导轨，需要采取措施，以防止气体释放及油脂蒸发，采取措施的措施如下：
润滑系统使用真空专用油脂，该油脂采用蒸汽压较低的氟化油作为基础油，在真空环境下不易蒸发，确保了油脂的良好润滑能力；导轨使用奥氏体不锈钢材料精制而成，具有高抗蚀功能。
（3）导轨选定流程
直线导轨选定流程见图312。
图312导轨选定流程图
4）
选定的型号参数
根据以上流程估算，初步选定各平移台直线导轨型号参数如下：
X轴直线导轨
HSR30A2C02400LPFM-II
两根轨道轨道是不锈钢材料精密级轨道长度2400mm中等预压1根导轨上两个滑块标准重负荷型四方向等负荷型＜基本额定动负荷：
C=28KN）＜基本额定静负荷：
C0=46.8KN）
Y轴直线导轨
HSR30A2C02400LPFM-II
四方向等负荷型
＜基本额定动负荷：
C=28KN）
＜基本额定静负荷：
C0=46.8KN）
Z轴直线导轨
HSR20A2C01300LPFM-II
＜基本额定动负荷：
C=21.3KN）
＜基本额定静负荷：
C0=31.8KN）
3.2.1.5.2滚珠丝杠
（1）类型选择
根据导轨使用条件和结构精度要求，X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台均选用日本THK公司研制的BIF型精密滚珠丝杠，滚珠丝杠外形如图
313所示，特长如下：
驱动扭矩小滚珠丝杠中的钢球在丝杠轴与螺母间滚动，因此能获得高效率。
与过去的滑动丝杠相比，所需驱动扭矩仅为前者的三分之一。
精度高滚珠丝杠在温度控制极为严格的工厂里用最高水平的机器设备进行研磨，直到组装、检查，都实行彻底的质量管理，以保证其精度。
能微量进给滚珠丝杠由于钢球做滚动运动，起动扭矩极小，不会产生类似滑动运动中易出现的粘滞滑动现象，所以能进行正确的微量进给。
无游隙高刚性由于滚珠丝杠能够接受预压，轴向间隙能降为零，从而因预压而获得高刚性。
能高速进给
因滚珠丝杠效率高，发热低，从而能进行高速进给
图313滚珠丝杠外形
（2）应对真空环境的措施
在真空环境下使用的滚珠丝杠，需要采取措施，以防止气体释放及油脂蒸发，采取的措施如下：
润滑系统使用真空专用油脂，该油脂采用蒸汽压较低的氟化油作为基础油，在真空环境下不易蒸发，确保了油脂的良好润滑能力；丝杠及螺母使用奥氏体不锈钢材料精制而成，具有高抗蚀功能。
（3）滚珠丝杠选定流程
滚珠丝杠的选择流程如图314所示。
决定使用条件
导程精度选择
精密滚珠螺杆转造滚珠螺杆
螺杆轴向刚性的计算
螺母刚性计算
假定轴的长度
螺母型号的选择
支承轴承刚性计算
Y
预压扭矩的计算
由外部负荷产生的
摩擦扭矩的计算
加速扭矩的计算
驱动马达的探讨
Y
润滑和防尘的探讨
图314滚珠丝杠的选择流程
4）选定的型号参数
根据以上流程估算，初步选定各平移台滚珠丝杠型号参数如下：
X轴滚珠丝杠
BIF360610G0+2300LC0FJ1K
轴端形状螺杆是不锈钢材料精度为C0螺杆轴全长2300mm轴向间隙0以下回路数为10导程6mm螺杆轴直径36mm错位预压型
Y轴滚珠丝杠
BIF360610G0+2300LC0FJ1K
Z轴滚珠丝杠
BIF280510G0+1200LC1FJ1K
3.2.1.5.3光栅尺
（1）类型选择
光栅尺在测量直线轴或旋转轴位置过程中没有任何其它机械传件，因此，它能消除机械传动元件温度特性导致的定位误差、反向误差、螺距误差导致的运动特性误差等潜在的误差源，因此光栅尺已成为高精度定位不可或缺的必备条件。
X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台均选用英国Renishaw公司的直线光栅尺，A轴旋转台、B轴旋转台和C轴旋转台均选用英国Renishaw公司的圆光栅尺，特长为性能稳定、精度高、安装和调试方便等。
直线光栅尺和读数头外形如图315所示，圆光栅尺和读数头如图316所示
图315直线光栅尺和读数头外形图
图316圆光栅尺和读数头外形图
直线光栅尺自带零位和两端限位，通常只配备一个读数头。
圆光栅需
自加零位和限位，通常配备三个读数头圆周均布在圆光栅的外侧，光栅尺
和读数头的安装调试需要通过配套专业软件进行
2）应对真空环境的措施
在真空环境下使用的光栅尺，采取的特殊措施如下：
适合真空要求的PCB电路板，粘合剂和涂装，避免漏气；通气空腔，缩短抽真空时间；
激光刻字，无标签；光栅尺刻线载体采用热膨胀系数极低的真空材料制成；能承受高加热温度；
无铁磁材料，工作过程可靠；
特殊真空电缆；特殊部件清洁措施保障等。
3）光栅尺选择原则
配置光栅尺是了提高系统的定位精度和重复复定位精度，所以光栅尺的准确度等级是选择时需要要考虑的。
我们在选择光栅尺时，将根据设计精度要求来选择满足准确度等级的产品。
4）选定的型号参数
根据以上选择原则，初步选定各轴运动台光栅尺型号参数如下：
X轴直线光栅尺
光栅尺型号：
RSLM-SS20U3A
2000＜精度±3um，行程2000mm，中间零位）
读数头型号：
T161150M＜输出电缆长度5M）
细分盒型号：
TI-0200-
A04A＜分辨率0.1um，50MHZ频率输出，最大移动速度3.24m/s）安装压块
细分盒信号真空电缆：
12P-8
Y轴直线光栅尺
2000
光栅尺型号：
RSLM-SS20U3A
（精度±3um，行程2000mm，零位中间）
读数头型号：
T161150M＜输出电缆长度5M）细分盒型号：
TI-0200-
A04A（分辨率0.1um，50MHZ频率输出，最大移动速度3.24m/s）安装压块
细分盒信号真空电缆：
12P-8
Z轴直线光栅尺
光栅尺型号：
RSLM-SS20U3A1130（±2.2um，行程1130mm，零位中间）
读数头型号：
T161150M＜输出电缆长度5M）
细分盒型号：
TI-0200-
A04A（分辨率0.1um，50MHZ频率输出，最大移动速度3.24m/s）安装压块
细分盒信号真空电缆：
12P-8
A、C轴圆光栅尺
圆光栅尺型号：
RESM20USA200（外径200mm，内径180mm）读数头型号：
T260150M＜输出电缆长度5M）细分盒型号：
TI-0200-A04A（分辨率0.1um，50MHZ频率输出）细分盒信号真空电缆：
12P-8
B轴圆光栅尺
圆光栅尺型号：
RESM20USA150（外径150mm，内径130mm）读数头型号：
T260150M＜输出电缆长度5M）细分盒型号：
TI-0200-A04A（分辨率0.1um，50MHZ频率输出）细分盒信号真空电缆：
12P-8
3.2.2三维电控运动机构
三维电控运动机构装载测试载荷实现三个轴的运动，分别由X轴平移台、Z轴平移台、B轴旋转台和支架等组成，结构示意如图317所示。
1、X轴平移台2、Z轴平移台3、B轴旋转台4、支架
图317三维电控运动机构结构示意图
X轴平移台、Z轴平移台和B轴旋转台结构形式与前述五维电控运动机构中对应机构相同，支架的安装高度和安装孔位与前述五维电控运动机构中的Y轴平移台和A轴旋转台相同，方便以后三维机构向五维机构的扩展。
3.2.3底座
底座为整个装置提供良好的安装基座、保障整个设备的精度要求的平台，主要由平台和平台支架两部分组成。
对于实验舱内的高真空度和磁场等特殊环境要求，采用普通材料和普通工艺制成的普通精度底座根本无法满足使用要求。
经过国内外相关应用经验和市场调研得知，美国理波公司研制的无磁性RPR-NReliance?
工业级光学台可以满足使用要求，外形如图318所示。
图318无磁性RPR-NReliance?
工业级光学台
无磁性RPR-N
Reliance?
工业级光学台采用了所有理波公司平台所使用的材料工艺和品质，可满足多数无磁性应用需要。
阻尼工作台可消除表层共振，阻尼复合材料边缘处理可消除侧壁共振，约束层芯板阻尼可减弱宽带振动，顶层、底层面板及桁架式蜂巢状芯板采用无磁性316系列不锈钢制成。
RPR-N无磁性系列可提供与RPR系列相同的动态性能、静态刚度及热稳定性等性能。
在材料研究应用中，RPR-N是用于支持大型真空室或其他大型仪器的理想选择。
在必须清除所有磁性材料的极端应用中，RPR-N系列是最佳选择，因为该系列产品采用316无磁性不锈钢结构。
3.2.4载荷安装杆
载荷安装杆安装在五维电控运动机构的B向旋转台上，装载两个测试载荷实现相对位置平移，结构示意如图319所示。
主要由电机、支承板、丝杠螺母
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