三坐标精密运动平台的设计

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1、&机床与液压’&44/5"<5/),)!三坐标精密运动平台的设计杨国哲#王立平#郁鼎文#刘向阳!清华大学精密仪器与机械学系#北京%4447#"摘要!在超精密切削(磨削(特种加工中-大行程驱动与高精度进给是难以解决的矛盾-也是多坐标超精密加工的难点/本文以三维结构的超精密加工为对象-进行了适合超精密三维结构特种加工运动平台的设计-实现了较大行程的三维精密运动/该精密运动平台也是研制超精密加工机床的基础/关键词!超精密.工件台.运动控制.纳米中图分类号!*+%/66文献标识码!I66文章编号!%44

2、%$-77%"&44/#/$44%$-:H?FG>=IJ5L@HH:FSH>?F=>?%ME@JA@HDF?F=>+EJGHXI"[[R<01A-VI"[PC]C>@-XUJC>@8A>-PLUWCE>@;E>@!JA]EBG=A>G<^2BA:CFC<>L>FGBR=A>GFE>Y.A:1E>@1REU>C_ABFCG;-HAC9C>@%4447#-!1C>E"&Q?E@JDE&b>RQGBE]BA:CFC<>:RGGC>@-@BC>YC>@E>Y><>$GBEYCGC<>

3、EQ=E:1C>C>@-G1ABACFE1EBY]BQ<>@GBE_AQE>Y1C@1]BA:CFC<>-AF]A:CEQQ;C>=RQGC$:<EGA=E:1C>C>@5IC=AYEGGBC$:<EGARQGBE]BA:CFC<>=E:1C>C>@-EFGE@ARFAY^EGA><>$GBEYCGC<>EQ=E:1C>C>@8EFYAFC@>AY-81C:1BAEQC0AFQ<>@GBE_AQGBC$:<EGARQ

4、GBE]BA:CFC<>=E:1C>C>@5*1AFGE@ACFEQFC>@RQGBE]BA:CFC<>=E:1C>AG<.MGE@A..:<>GB<=AGAB67概述半导体器件(光学器件(微型机械的制造及特种材料随着科学技术的发展-人类在制造领域中采用的加工等/尺度将由微米迈向纳米/精密和超精密加工技术的发展和推广-提高了整个机械制造业的加工精度和技术水平-并普遍提高了机械产品的质量(

5、性能和竞争力/超精密加工的精度已达到了纳米级-甚至是亚纳米级!原子级"/当前-超精密制造的传统加工方法主要有金刚石刀具超精密切削-金刚石微粉砂轮超精密磨削-精密高速切削和精密砂带磨削等-非传统加工方法主要有电子束(离子束(激光束等高能束加工-电火花(电化学加工(光刻!刻蚀"等/并出现了具有复合加工机理的电解研磨(磁流体抛光(超声研磨等复合加工方法/超精密加工技术已成为衡量一个国家科学技术水平的重要标志-也是国防工业研制现代化武器装备的关键技术/&4世纪’4年代末以来-迅速发展的宇航(计算机(激光

6、技术以及自动控制系统等尖端科学技术-综合利用了近代的先进技术和工艺方法/由于生产集成电路的需要-出现了各种微细加工工艺!微小尺寸零件的加工技术"/它利用切削和非切削的加工方法-在最近的一二十年的时间里使机械加工精度提高$/了%j&个数量级-即由’4年代末的微米级!%4="提高到现在的纳米级!%4$(="-从而进入了超图%62L公司的纳米精度三坐标运动平台精密加工时代/在这个进程中-高精度的微进给平台国内有许多单位在从事研究和生产超精密加工设是实现纳米级定位和加工的关键技术/当前-在一些备和仪器-

7、如&北京机床研究所(清华大学(长沙国工程领域-已经对纳米级微进给平台提出了要求-如防科技大学(哈尔滨工业大学(西安交通大学(长春万方数据!基金项目!(,-国家重大基础研究计划项目!&44-!H,%/&4#")1)&机床与液压’&44/5"<5/光学精密机械与物理研究所等单位/但到目前为止-%5-6传动系统国内外对纳米级微进给平台的研究工作大多局限于单三维精密运动平台用-个驱动器和-个位移传感坐标驱动器驱动的方式/个别学者针对多坐标驱动器器即可实现对动平台空间姿态的控制和调整/平台均微进给平台进行

8、了一定的探索-但还存在一些技术问以两组交叉滚子轨道支撑-W)X向平台有%’4==的题-因此无法满足广泛的实际工程需要/行程-d向平台有%44==的行程/现代制造技术的发展-学科交叉(复合加工技术近年来研制的微的特点日益突出-精密加工和超精密加工不仅作为一进给平台-大都采用门独立的学科发展-而且会以更多的交叉学科形式出气浮定位方式-虽然现-甚至形成新的学科/在国民经济发展和人民生活消除了摩擦-但结构水平提高的需求下-如汽车制造(计算机(通信网庞大复杂-支撑刚度络(光盘(家用电器等均紧密依赖于先进的