第25卷第3期桂林电子工业学院学报Vol.25,No.32005年6月JunJOURNALOFGUILINUNIVERSITYOFELECTRONICTECHNOLOGY.2005X-Y精密数控工作台宏平台的设计及实现谢扬球,谭永红,雷兴华,李若愚(桂林电子工业学院计算机系,广西桂林541004)摘要:一种实际应用于X-Y精密数控工作台之中的宏平台,其摈弃了减速系统,具有结构简单、摩擦阻力小、动作灵敏和扩展潜力强等特点。经试验运行,宏平台的技术指标,完全满足X-Y精密数控工作台系统的使用要求,同时也可单独用于要求大行程、中等位移精度的实际生产过程中。关键词:宏平台;机构设计;精密位移;设计指标中图分类号:TH39文献标识码:B文章编号:1001-7437(2005)03-64-04引言大行程精密位移技术被广泛应用于半导体加工、精密制造、光学工程等领域的实际生产中,用以提高加工精度,制造出体积更小、能耗更低、功能更强大的产品。因此,具有50mm以上行程、亚微米级以下定位精度的多自由度精密位移技术已经成为相关产业的关键技术之一。针对此要求,近年来,国内外对大行程高精度位移技术进行了大量的研究[1～7]。在多自由度微位移技术的研究中存在着一个突出的矛盾:高精度和大行程的矛盾。解决这一矛盾的关键在于设计合理的机械执行装置。用两级传动机构,第一级机构首先完成大行程运动,第二级机构以第一级机构的行程误差作为其目标行程,执行补偿动作,通过两级机构的组合,共同完成大行程高精度的位移动作。这种模式可以有效地利用微位移机构高精度的定位能力,大大降低系统对大行程机构位移精度的要求[3]。但应用这种模式有两个前提条件。1实现原理目前,实现大行程高精度、具有一定运行速度和负载能力的位移主要有两种方法。第一,只采用一级传动机构,同时满足大行程和高精度的要求[2]。这种方法的优点在于只需采用一套机械系统和一套相应的控制系统。但此法最大的缺点是系统对机械装置和控制系统的要求非常高,必须采用特殊的材料、工艺以及具有精确数学模型及精确补偿模型的伺服控制系统来保证位移精度的实现。第二,采用宏/微结合的模式(如图1所示)。即采图1宏/微结合精密工作台的实现模式(1)第一级机构的行程误差必须小于第二级机构(微定位平台)的最大行程,即第一级机构的误差具有可补偿性;(2)对轨迹精度有要求时,第二级机构的控制周期必须小于第一级机构的有效控制周期,即第二级机构的补偿动作具有有效性和实时性。我们研制的精密定位系统采用宏/微结合的模式如图2所示。在这种模式下,第一级机构(即宏平台)不仅需要完成大行程、具有一定精度的位移,而且,宏平台也是微平台、伺服系统和测量系统等装置的安装收稿日期:2005-04-07基金项目:国家自然科学基金(50265001);广西自然科学基金(0339068)作者简介:谢扬球(1979-),男,广西贺州市人,桂林电子工业学院计算机系硕士研究生,目前主要从事精密位移实现技术方面的研究.第3期谢扬球等:XY精密数控工作台宏平台的设计及实现65-基座。因此,宏平台是精密数控工作台系统的重要环节,直接关系到设计指标的实现。本文描述了一种实际应用于X-Y精密数控工作台之中的宏平台,它的传动、导向机构根据设计指标选用南京某厂生产的产品,联接、安装等机构根据使用要求设计加工,最后根据实际使用环境进行装配和调试。板、联轴器直接安装在各分平台的前端,摈弃了减速系统;宏平台固定安装在基座的特定位置上,保证宏平台在静止时(即处于行程中点〈50,50〉),平台的重心(x10,y10)与基座的重心(x20,y20)重合,保证在宏平台运行过程中产生的倾覆力矩均值为零且相互对称;整个平台通过安装基座安置在密闭空间中,可有效地削弱温度、湿度、浮尘颗粒等不利因素对定位精度的影响,同时还可以起保护重要零部件、防止锈蚀的作用。图2精密工作台的总体结构示意图1-隔振系统;2-宏平台;3-微平台;4-精密光栅测量系统;5-电机;6-隔离罩;7-控制器;8-数据传输线;9-上位机。2宏平台的设计根据X-Y精密数控工作台的总体设计要求,宏平台的主要技术指标为:(1)自由度2个:X向、Y向;(2)最大行程为:100mm×100mm;(3)定位精度为:≤10μm;(4)负载:≥10kg;(5)最大运行速度:40mm/s;(6)具有较强的扩展潜力和环境适应能力。2.1总体设计宏平台在X-Y精密数控工作台系统中的作用是实现...