X-Y两维宽平台大范围精密定位系统结构分析与设计

　　随着IC制造、精密光学土程和超精密加土等领域的快速发展，迫切需要能够在数百毫米范围内进行亚微米级乃至纳米级精度定位的系统及装备。在这些领域，国内的发展相对落后，所需各种设备基木都是从国外进口。其中，大运动范围超精密定位理论研究的滞后是影响其发展的主要原因之一。为解决大范围与高精度间的矛盾，目前最有效的方法是宏微双伺服驱动技术。木文根据对精密定位系统的宽平台受力弯曲变形，系统的静态特性、动态特性所进行的理论分析及仿真研究结果，设计了一种可以应用十宏微双伺服驱动超精密定位系统的大运动范围、大跨度、精密定位系统。

　　1精密定位系统结构及设计要求

　　精密定位系统设计要求:X一Y两维大范围精密定位系统是具有大运动范围(最大有效运行范围550 mmx 550 mm )、大跨度(上平台基座跨度550 mm ，承载工作台跨度250mm)、直线电动机驱动的精密定位系统。能够保证250mm x 250 mm的承载土作台上任意一点可以在300mmx300 mm范围内的任意一点实现精密定位。在承载土作台外加最大15kg负载的情况下，宽平台最大受力弯曲变形小于0. 1 ，以保证精密定位系统的定位精度。上平台运动方向为X方向，承载工作台运动方向为Y方向。

　　精密定位系统的结构简图如图1所示。由图1可见，上平台基座具有最大跨度，为550 mm，在精密定位系统运行过程中，会导致上平台基座发生最大的受力弯曲变形。这种变形会影响系统的定位精度，特别是承载土作台的定位精度，所以有必要对其进行分析研究，将其变形范围限制在设计要求的范围内。

　　2上平台基座弯曲变形分析

　　由十上平台基座两端的导轨支撑的跨度比较大，需要考虑在承载土作台、负载及自身的重力作用下的弯曲变形。在研究中，上平台基座可以简化为简支梁，如图20图中，A,B为支点，C为中点，W为外力，L为板的长度。

　　根据材料力学理论，C点的挠度为:8 = WL³/(48EI) 。其中:E为平台材料的弹性模量;I为平台的惯性矩(I = hb³/12 ，h, b分别为平台的高度和宽度)。平台的材料采用45钢， E = 210 GPa，结构参数为:L=600 mm ，h = 22 mm ， b = 300 mm。由公式算出C点的挠度为:0. 086。由理论计算，变形在允许范围内。

　　3两维大范围精密定位系统静态和动态特性分析

　　精密定位系统是一种结构复杂的机械系统，,它不仅需要完成大行程、高速精密运动，而日也是微动系统、伺服系统和测量系统等装置的安装基座。因此，有必要对其进行系统静态和动态分析。高的性能不仅要求系统有合适的静刚度，而日要求系统有良好的动态性能。对系统进行整体振动模态分析，获得系统结构固有频率和振动形态参数，是进行系统动态设计和分析的必要环节。