摘要：为满足高端装备制造领域对高性能XY工作台的需求，提出了一种具有大行程和高精度特性的宏微复合驱动XY工作台设计方案。首先，设计了一种新型的串并联混合解耦导向机构，并基于键合图理论，建立了工作台的动力学模型；其次，将有限元法与响应面法结合，优化了宏微复合驱动器(Macro-Micro Composite Actuator， MMCA)的输出力和宏动误差补偿量；然后，采用静力学和模态分析，获得了工作台的有效负载能力和振动特性；最后，加工工作台样机，搭建实验测试平台进行测试。结果显示：优化后的MMCA在电流为4 A时，输出力为135 N，宏动误差补偿量为34 μm，较优化前分别增加了32.61%和12.1%；工作台的工作范围为49.94 mm×50.04 mm，X方向和Y方向的交叉耦合率分别为0.0511%和0.0549%；在未采用微动补偿情况下进行1 mm、20 mm与49 mm宏动大行程定位测试，两方向的稳态位移误差均小于20 μm；当采用微动补偿进行49 mm大行程定位时，X方向与Y方向的最大误差分别为0.25 μm和0.21 μm；在分辨力实验中，X方向与Y方向的分辨力分别达到59 nm和56 nm。研究结果表明，提出的宏微复合驱动XY工作台具有大行程、低交叉耦合率和高分辨力等优点，为高端装备制造领域提供高性能XY工作台奠定了理论与技术基础。
文章目录
0 前言
1 XY工作台的结构与原理
2 XY工作台的建模与分析
3 XY工作台的仿真与优化
3.1 MMCA的性能优化
3.2 XY工作台的静力学分析
3.3 XY工作台的模态分析
4 实验研究
4.1 MMCA的性能测试
4.2 XY工作台的性能测试
4.2.1 位移耦合测试
4.2.2 轨迹测试
4.2.3 宏动定位误差测试
4.2.4 宏微复合定位误差测试
4.2.5 定位分辨力测试
4.3性能对比
5 结论
