随着制造工艺、超精密加工、精密仪器、半导体制造和生物医学工程等众多领域的不断发展,基于压电陶瓷的精密定位技术已广泛应用于工业生产、武器装备以及科学研究中,是支持设备向高精度、高效率、智能化发展的最重要技术之一。然而,压电陶瓷驱动器有限的行程和受力限制已经成为制约其应用的主要瓶颈。本文根据实际工程需求,设计了一种具有高度对称性的双桥式位移放大机构以扩大压电陶瓷驱动器位移行程和改善受力情况,并以此为基础,研制出了一种基于压电驱动的大行程高负载精密平移台用于光学表面缺陷检测系统中的大口径光学元件定位。本文主要围绕压电陶瓷驱动器输出特性、位移放大机构及平台结构设计、理论建模、有限元仿真及性能测试等方面展开研究,具体研究工作如下:(1)介绍了精密定位平台的研究背景及意义,深入调研了轴向定位平台和位移放大机构的国内外研究现状。研究了压电陶瓷驱动器的驱动原理,并针对所选用的叠堆型压电陶瓷驱动器进行了输出特性测试,研究了驱动器输入电压与输出位移之间的关系。(2)基于桥式机构设计了两种不同结构的位移放大机构。分别针对双桥式机构和组合式机构采用基于Schotborgh柔性铰链刚度模型的力学分析法和刚度矩阵法建立其静力学模型;利用拉格朗日方程分别建立了机构的动力学计算模型。经分析比较后选用性能优良的双桥式机构作为最终的放大机构设计方案。研究了尺寸参数对机构性能的影响,确定机构加工尺寸并利用有限元仿真软件对所建立的静力学、动力学模型进行了仿真实验。结果表明,双桥式机构理论放大比为11.68,一阶固有频率为238.64Hz,与有限元计算值10.58、222.62Hz误差分别为9.6%和6.71%。(3)根据精密平移台的技术指标,确定了平台的总体结构方案。校核了平台的最大应力并研究了平台刚度模型,通过拉格朗日方程推导了平台的固有频率解析式,采用轻量化对平台进行结构优化设计以提高其固有频率改善平台抗干扰能力,经有限元分析后,平台固有频率从77.02Hz提高到了98.08Hz。(4)搭建了实验测试系统,针对双桥式放大机构的行程、承载力等性能进行了实际测试,结果显示机构最大输出位移超过了320μm,放大倍数达到9倍,承载能力达到3kg。根据平台结构设计加工装配了精密平移台样机,并通过实验验证平台的输出特性、承载能力、固有频率、响应速度等重要性能,结果表明平台具有284.75μm的大行程范围,承载能力高达5kg,具有良好动态性能,空载时固有频率达到80Hz,响应速度小于5ms,平台设计满足使用需求。