高精度高剛度閉式空氣靜壓導軌的製作方法

2023-08-07 04:41:21

專利名稱：高精度高剛度閉式空氣靜壓導軌的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種閉式空氣靜壓導軌，具體涉及ー種適用於大型立式超精密加工工具機上的空氣靜壓導軌，要求達到高的精度及承載剛度。
背景技術：
導軌系統廣泛應用於超精密加工設備中，是超精密工具機進行加工的核心部分，它的直線度、定位精度、剛度等指標將直接影響工具機的加工精度。導軌要求滿足大型工具機長的行程，高剛度，轉動平穩，無振動，這些指標直接影響到工具機的加工精度。目前國產的高精度、高剛度大型數控精密工具機和加工中心所用的空氣靜壓導軌，仍然主要從國外進ロ。現有導軌結構形式目前有開式和閉式兩種，閉式空氣靜壓導軌可承受各方向載荷和顛覆カ矩，承載能力強，有高的精度和剛度。近年來，國內對於空氣靜壓導軌的生產精度及剛度不能滿足我們使用性能要求，高精度、高剛度、對驅動方式、節流方式、氣腔結構等一系列問題都尚待進ー步深入研究，現在的節流方式有多孔石墨節流、小孔節流、毛細管節流、狹縫節流、表面節流等，但這些単一的節流方式都不能滿足高剛度輸出。發明專利《一種閉式靜壓導軌》(公開號CN101829904A)公開了ー種閉式靜壓導軌，但該導軌結構只能用於臥式車床上，並且該靜壓導軌為液體靜壓導軌，如果速度比較高和工作時間長的情況下，潤滑油會產生很高的溫度，使工具機產生熱變形，影響加工精度。發明專利《高剛度空氣靜壓導軌氣浮墊》(公開號CN10156976)公開了ー種空氣靜壓導軌的氣浮墊，該導軌節流結構只採用了小孔節流，這種單一的節流方式一般應用於剛度要求不高設備中，如果在高精度高剛度的要求下，単一的小孔節流不能滿足高剛度要求，所以這類導軌在超精密工具機應用上就會受到一定限制。

發明內容
為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供了ー種結構簡單、定位精度高、承載剛度高和運動平穩的閉式空氣靜壓導軌。本發明採用的技術方案是高精度高剛度的閉式空氣靜壓導軌，其特徵在於包括底座I、左立柱2、導軌3、溜板4、卸荷導軌5、卸荷溜板6、卸荷彈簧7、右立柱8和靜壓氣腔9，底座I上方是豎直左右對稱放置的用來支撐導軌3和卸荷導軌5的左立柱2和右立柱8，導軌3和卸荷導軌5水平設置，並且導軌3設置在卸荷導軌5下方；導軌3上設置溜板4，卸荷導軌5上設置卸荷溜板6 ；左立柱2和右立柱8用來支撐溜板4及卸荷溜板6的運動，導軌3和溜板4之間是封閉式的，兩者之間每個方向上都設置有靜壓氣腔9，並且靜壓氣腔9表面上設計了由小孔節流和表面節流於一體的複合節流裝置，即靜壓氣腔9的空氣膜由一種小孔節流和表面節流複合節流裝置來節流後壓入，這種裝置可以提高溜板4的剛度，同時，溜板4和卸荷溜 板6之間有卸荷彈簧7連接，二者做同步運動，把溜板4及其承擔的重量都轉移到卸荷導軌5上面，導軌3隻承擔自身重量。本發明的底座、導軌及左右立柱均採用花崗巖材料製成。由於採用以上技術方案，本發明的有益效果如下本發明空氣靜壓導軌與溜板之間的氣腔供氣採用小孔節流與表面節流符合的節流方式，彌補了單ー節流孔節流剛度不高的缺陷，同時也避免了単一表面節流不穩定問題，提高了整個導軌系統的剛度，同時，設計了卸荷溜板來 轉移運動中溜板及其承擔重量到卸荷導軌上，使得導軌只需承擔自身重量即可，運動過程中的變形大大減小，從而保證了導軌的精度。該閉式空氣靜壓導軌的直線度誤差可達O. 08 μ m/100mm,導軌的水平方向和豎直方向的剛度均大於800N/ μ m,空氣靜壓導軌支撐及底座均採用花崗巖材料，其面形穩定性得到提高。整個導軌系統的各主要精度面均為平面結構，可進行修研，降低了加工難度，提高了每個接觸耦合面的定位精度，從而保證了導軌的運動精度。此導軌結構可靠性很高，方便進行安裝和調整，適用於大型立式超精密加工工具機上，保證剛精度高剛度的輸出，這樣可以很好地滿足各種高精度加工對象的エ藝要求。


圖I為本發明的結構示意圖；圖2為導軌與溜板間的氣腔結構示意圖；圖中，I底座，2左立柱，3導軌，4溜板，5卸荷導軌，6卸荷溜板，7卸荷彈簧，8右立柱，9靜壓氣腔。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進ー步描述。圖I所示，空氣靜壓導軌系統，包括底座I、左立柱2、導軌3、溜板4、卸荷導軌5、卸荷溜板6、卸荷彈簧7、右立柱8。導軌3及卸荷導軌5由左立柱2和右立柱8進行支撐，導軌3和溜板4之間壓入空氣使溜板4進行運動，溜板4和卸荷溜板6之間由卸荷彈簧7連接，二者同步運動，使得溜板4及其承擔的重量都轉移到卸荷導軌5上面，卸荷導軌5和卸荷溜板6之間通過靜壓空氣進行運動，在運動過程中導軌3隻需承擔自身重量。所述的底座I、左立柱2、導軌3、卸荷導軌5及右立柱8均採用天然泰山青花崗巖材料製成。圖2所示，導軌3和溜板4之間為靜壓空氣，每個面上都設有靜壓氣腔9。空氣壓入靜壓氣腔9的方式採用小孔節流及表面節流複合的節流方式，彌補了單ー節流孔節流剛度不高的缺陷，同時也避免了単一表面節流不穩定問題，提高了整個導軌系統的剛度。本發明所述的空氣靜壓導軌中主要設計的精度面有底座I的上表面，左立柱2和右立柱3的上、下表面，導軌3和卸荷導軌5的上、下表面溜板4的上表面及卸荷溜板6的下表面，這些精度面均可通過修研來保證導軌所需的各項精度。本發明所述的閉式空氣靜壓導軌採用8-10 μ m的氣膜厚度。本發明所述的閉式空氣靜壓導軌的直線度誤差可達0.08 μ m/100mm。若採用Slum為氣膜間隙，氣腔供氣壓カ為O. 4MPa，溜板包含4個氣浮區域，每個氣浮區域設置雙排節流孔節流，計算可得該閉式空氣靜壓導軌加工方向剛度可達800N/ μ m。本發明特別適用於大型立式超精密工具機中。
權利要求
1.高精度高剛度封閉式空氣靜壓導軌，其特徵在於包括底座(I)、左立柱(2)、導軌(3)、溜板(4)、卸荷導軌(5)、卸荷溜板(6)、卸荷彈簧(7)、右立柱(8)和靜壓氣腔(9)， 底座(I)上方是豎直左右對稱放置的用來支撐導軌(3)和卸荷導軌(5)的左立柱(2)和右立柱(8)，導軌(3)和卸荷導軌(5)水平設置，並且導軌(3)設置在卸荷導軌(5)下方；導軌(3)上設置溜板(4)，卸荷導軌(5)上設置卸荷溜板(6)； 導軌⑶和溜板⑷之間是封閉式的，兩者之間每個方向上都設置有靜壓氣腔(9)，溜板(4)和卸荷溜板(6)之間有卸荷彈簧(7)連接。
2.根據權利要求I所述的高精度高剛度封閉式空氣靜壓導軌，其特徵在於所述底座 (I)、左立柱(2)、導軌(3)、卸荷導軌(5)、右立柱⑶均採用花崗巖材料製成。
全文摘要
高剛度高精度封閉式空氣靜壓導軌，屬於超精密加工領域。該裝置包括底座、左立柱、導軌、溜板、卸荷導軌、卸荷溜板、卸荷彈簧、右立柱和靜壓氣腔，底座(1)上方是豎直左右對稱放置的用來支撐導軌(3)和卸荷導軌(5)的左立柱(2)和右立柱(8)，導軌(3)和卸荷導軌(5)水平設置，並且導軌設置在卸荷導軌下方；導軌上設置溜板，卸荷導軌上設置卸荷溜板(6)；導軌和溜板(4)之間是封閉式的，兩者之間每個方向上都設置有靜壓氣腔(9)，並且靜壓氣腔的表面上設計了由小孔節流和表面節流複合節流裝置來提高溜板的剛度，同時，溜板和卸荷溜板之間有卸荷彈簧連接，二者做同步運動，把溜板及其承擔的重量都轉移到卸荷導軌上面，導軌只承擔自身重量。本發明能達到高的精度及承載剛度。
文檔編號B23Q1/01GK102632398SQ20121012509
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者李海湧, 王曉峰, 範晉偉, 陳東菊 申請人:北京工業大學