隨著科技發展，在社會需求拉動和技術進步推動的雙重作用下，超精密加工和微細加工越來越受到重視，人類在製造領域中采用的尺度將由微米邁向納米。在這個進程中，高精度的微進給平台是實現納米級定位和加工的關鍵技術。當前，在微電子器件、光學器件、微機械的製造及特種材料加工等工程領域，已經對納米級微進給平台提出了要求。微位移的產生是微進給平台的基礎。在現有的方法中，利用電介質的機電耦合效應製成的微位移器件是理想的選擇。壓電陶瓷器件（PZT）存在逆壓電效應和電致伸縮效應，利用壓電陶瓷製成的微位移器具有體積小、控製靈活、性能穩定、無發熱問題等優點，具有較高的步距分辨率、定位精度和動態響應速度，能夠提供微進給所需的驅動力和進給剛度。本課題緊密結合先進製造技術的需要，以納米製造技術為研究內容，著重研究了納米級磨削輔助微進給平台的動態設計和製造、運動學和動力學建模以及靜動態特性分析和閉環反饋控製方法等幾個方麵。
一、主要技術
1.為了在超精密磨削中實現微量進給的需要，設計了一台以壓電陶瓷驅動器為動力源以彈性鉸鏈作為預緊和導向機構的納米級微進給平台。該平台利用三點確定一個平麵的原理，采用成對稱布置的三個壓電陶瓷驅動器和三個電容式位移傳感器構成微進給平台的驅動機構和反饋裝置，可以實現z向的進給和繞x、y軸的旋轉。
2.基於理論分析和有限元方法相結合的思想，對微進給平台的關鍵部件彈性預緊機構進行了設計和分析。首先在利用理論分析結果對彈性鉸鏈的尺寸進行了預估的基礎上，設計了由三個彈性鉸鏈構成的預緊機構。然後利用有限元分析方法對此預緊機構進行了靜動態特性的研究，得到了其在外力作用下的變形圖以及固有頻率和模態振型。
3.在微進給平台特性分析方麵，利用有限元方法對微進給平台的整體靜動態特性進行了詳細的研究。首先對微進給平台在磨削力和驅動力作用下的位移和動平台的變形進行了分析，然後對微進給平台的動態特性進行了研究，得到了微進給平台的固有頻率、模態振型和傳遞函數曲線。
4.在運動學和動力學建模方麵，在對動平台的姿態進行描述的基礎上，建立了微進給平台的正、逆解運動學模型和狀態觀測模型。進而得到了動平台所能實現的姿態空間及其在不同位置的變換規律。建立了微進給平台的動力學模型，利用拉普拉斯變換法得到了微進給平台在階躍控製信號作用下的響應，並對各個控製通道的響應進行了仿真分析。
5.在熱力學分析方麵，基於有限元的熱力學分析模塊，建立了微進給平台在磨削溫度場下的模型，並對磨削參數的影響進行了分析。得到了不同的冷卻方式對微進給平台在磨削過程中溫升和變形的影響進行了詳細的研究。
6.在微進給平台的閉環控製方麵，在對微進給平台的輸入和輸出的交聯性進行分析的基礎上，提出了前饋解耦的控製方法，使得多輸入多輸出係統變為多個單輸入單輸出係統，從而對每個單輸入單輸出通道進行閉環反饋控製。
7.在試驗研究方麵，對所設計的微進給平台的靜動態特性進行了研究，得到了微進給平台的位移特性、靜態剛度和動態特性。經與理論分析結果對照，二者吻合較好，從而驗證了理論分析的正確性。本課題創造性地提出了利用三個壓電陶瓷驅動器和三個電容式位移傳感器構成的多自由度微進給平台。該平台不僅具有很高的z向剛度而且具有姿態調整能力，克服了以往單驅動器微動平台的姿態誤差不能補償的缺點。對所設計的微進給平台的靜動態特性進行了理論和數值方法的研究。
二、仿真和試驗結果
仿真和試驗結果表明：該微進給平台具有高剛度、高位移分辨率和動態響應速度。該微進給平台既可以作為磨床輔助進給平台和磨床原進給係統組成宏微進給裝置實現大行程快速定位和精密進給，也可以用作精密測量工作台。
三、技術指標
研製出一台三作動器微進給平台，技術指標達到預期要求：①分辨率：小於10納米。②行程：12微米。③重複定位精度：小於100納米。④動態響應頻率：大於600Hz。⑤具有姿態調整能力。
當前，在微電子器件、光學器件、微機械的製造及特種材料加工等工程領域，已經對納米級微進給平台提出了要求。微位移的產生是微進給平台的基礎。在現有的方法中，利用電介質的機電耦合效應製成的微位移器件是理想的選擇。