超精密氣浮絲槓結構的製作方法

2023-05-10 19:09:01

專利名稱：超精密氣浮絲槓結構的製作方法
技術領域：
本實用新型內容屬於傳動裝置技術領域，涉及一種高精度數控工具機及三坐標測量機用直線運動軸傳動裝置，具體涉及一種超精密氣浮絲槓結構。
背景技術：
在超精密工具機和坐標測量機中，一般採用CO級滾珠絲槓傳動機構或者直接採用直線電機進行驅動。超精密滾珠絲槓由於採用精密配合和預緊的方法，相對普通滾珠絲槓能有效減小傳動間隙，可保證其定位精度和解析度，但是這種結構滾珠絲槓的磨損問題卻很難避免，同時，由於接觸式傳動的本質使其工作過程中會產生一定的熱變形，還需要通過冷卻或補償等方法才能控制。直線電機避免了迴轉運動到直線運動的轉化環節，因此具有幾乎零間隙和大加速度的優點，但其發熱問題相對超精密滾珠絲槓卻更為突出。相對上述兩種裝置，靜壓絲槓具有無磨擦、無爬行、發熱較小的特點，能有效保證傳動的精度和解析度，同時能減小絲槓的磨損，提高其壽命和精度保持性；氣浮絲槓由於採用壓縮空氣做為支撐介質，比液體靜壓絲槓更具有環保和容易集成的特點。現有文獻報導的氣浮絲槓通常採用小孔節流或者多孔質材料節流的方法，都是將節流部件集成到螺母中，採用一體化設計， 這種設計雖然減小了節流元件到氣囊的距離，但由於節流孔本身的具有的微尺度特性無疑增加了氣浮螺母的加工難度，而且其調整具有一定難度，這也正是目前氣浮絲槓技術多數還僅限於研究階段而難以產品化的原因之一，此外，螺母支撐剛度較低則是該技術難以產品化的另一個原因。

實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術存在的上述缺點，提供了一種結構先進、磨損小、易於加工調整、能有效保證傳動的精度和解析度的超精密氣浮絲槓結構。為實現以上發明目的而設計的超精密氣浮絲槓結構包括絲槓、套裝在絲槓上的左、右側螺母以及調整墊塊，其中左側螺母通過螺釘緊固安裝在調整墊塊的左側，其外部為四稜柱形狀，在左側螺母的內部設置有承載螺紋圈數為2η的梯形螺紋(η = 1，2，3，…)， 在梯形螺紋的每一圈承載螺紋面上均設置兩個氣囊，在螺母四稜柱的四個角上分別設置一個倒角，每個倒角上設置η個節流器安裝孔，每個節流器安裝孔各與一個氣囊相通，在每個節流器安裝孔內安裝有一個節流器，在左側螺母上四個倒角中心面位置還分別設置一個進氣孔，每個進氣孔分別與一組對應的節流器安裝孔相通；右側螺母與左側螺母的結構相同， 並通過螺釘對稱緊固安裝在調整墊塊的右側；調整墊塊安裝在左側螺母和右側螺母之間， 在調整墊塊上按上、中、下位分別設置有依次相互連通的三個進氣孔，在調整墊塊兩側分別設置有與下進氣孔相通的左分氣環和右分氣環，下進氣孔通過左分氣環和右分氣環與左側螺母上的進氣孔以及右側螺母上的進氣孔連通。本實用新型的技術解決方案還在於從近調整墊塊側往外，左側螺母的奇數圈承載螺紋面上設置的兩個氣囊分別與四稜柱的上、下方倒角上的各一個節流器安裝孔相通，而偶數圈承載螺紋面上設置的兩個氣囊分別與四稜柱的兩側方倒角上的各一個節流器安裝孔相通；右側螺母上氣囊與四稜柱上節流器安裝孔的連通結構與左側螺母相同。本實用新型的技術解決方案還在於所述的節流器安裝孔由相互連通的上端螺紋孔、中間節流器配合孔與下端小直徑通孔組成，在上端螺紋孔入口處安裝有一個密封堵頭， 節流器設置在中間節流器配合孔位置處，在中間節流器配合孔與節流器之間裝有0型密封圈。本實用新型的技術解決方案還在於所述的節流器為一個下壁上設有節流薄壁的構件，在節流薄壁上設置有貫穿節流薄壁的規則微縫隙陣列。本實用新型的技術解決方案還在於調整墊塊與左側螺母之間在左分氣環內外兩側分別設置有0型密封圈，調整墊塊與右側螺母之間在右分氣環內外兩側分別設置有0型密封圈。與現有技術相比，本實用新型的有益創新點在於採用了獨立節流器設計，具有結構先進、磨損小、易於加工調整等特點，同時，本實用新型提出了一種具有規則微縫隙陣列的氣浮絲槓節流器形式，可通過優化微特徵尺度和陣列形式來改善節流比，以提高螺母支撐剛度，該節流方式還具有不易堵塞的特點。

圖1為本實用新型一個具體實施例結構的軸向剖視圖；圖2為本實用新型超精密氣浮絲槓結構的右視圖；圖3為氣囊部分的局部放大視圖；圖4為調整墊塊的右視圖；圖5為節流器的軸向剖視圖；圖6為節流器的俯視圖；圖7為節流器的節流薄壁區的微縫隙整列示意圖。圖中各標號的名稱分別為1-絲槓，2-調整墊塊，2a-進氣孔，2b-進氣孔，2c-進氣孔，2d-左分氣環，2e-右分氣環，3-左側螺母，3a-進氣孔，3b-節流器安裝孔，3c-氣囊， 3d-壓力氣膜，3e-(螺母四稜柱上方)倒角，3f-(螺母四稜柱一側方)倒角，3g-(螺母四稜柱下方)倒角，3h-(螺母四稜柱另一側方)倒角，4-右側螺母，5-節流器，5a-節流薄壁， 5b-規則微縫隙陣列，6-密封堵頭。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作進一步詳細說明，但本實用新型的實際製作結構並不僅限於下述的實施例。參見圖1 4，本實用新型所述的超精密氣浮絲槓結構包括絲槓1、調整墊塊2和安裝在調整墊塊2兩側的左側螺母3和右側螺母4，左側螺母3內部設置梯形螺紋，外部為四楞柱形狀，端部(即近調整墊塊端)設置有法蘭，在梯形螺紋的每一圈承載螺紋面上均設置兩個氣囊3c，在四楞柱的上、下及兩側方的四個角上分別設置一個倒角;3e、3g、3f、3h(參見圖2)，每個倒角上設置η (n= 1,2,3,…，2η為承載螺紋圈數)個節流器安裝孔北，每個節流器安裝孔北與一個氣囊3c相通，從螺母法蘭往外，奇數圈承載螺紋面上設置的兩個氣囊3c分別與倒角!Be及3g上的各一個節流器安裝孔北相通，面偶數圈承載螺紋面上設置的兩個氣囊3c則分別與倒角3f及池上的各一個節流器安裝孔北相通。在每個節流器安裝孔北內安裝有一個節流器5，並在每個節流器安裝孔北的入口處安裝一個密封堵頭6。 在調整墊塊2上按上(平)、中(直)、下(平)位置設置三個依次連通的進氣孔h、2b和 2c,同時在調整墊塊2兩側設置左分氣環2d和右分氣環加，左分氣環2d和右分氣環Ie與下進氣孔2c相通，調整墊塊2與左側螺母3之間在左分氣環2d內外兩側分別採用0型密封圈密封，調整墊塊2與右側螺母4之間在右分氣環2e內外兩側分別採用0型密封圈密封 (參見圖1和圖4)。在左側螺母3上四個倒角中心面位置分別設置一個進氣孔3a，每個進氣孔3a分別與其對應的節流器安裝孔北相通。所述右側螺母4與左側螺母3的結構完全相同，對稱安裝在調整墊塊2的兩側。左、右側螺母3、4分別與調整墊塊2採用螺釘緊固連接，安裝後左側螺母3與右側螺母4內部的螺紋組成一個完整的內螺紋，絲槓1貫穿其中。 工作時在每個氣囊3c周圍以及在絲槓1的外螺紋面與左側螺母3和右側螺母4的承載螺紋面之間形成氣膜3d(參見圖4)，右側螺母4上節流器5與密封堵頭6的安裝形式與左側螺母3完全相同。左側螺母3的節流器安裝孔北由相互連通的上端螺紋孔、中間節流器配合孔與下端小直徑通孔組成，在上端螺紋孔入口處安裝密封堵頭6，節流器5設置在中間節流器配合孔位置處，在中間節流器配合孔與節流器5之間採用0型密封圈密封。右側螺母4的節流器安裝孔的結構及設置與左側螺母3相同。節流器5的一個實施例結構如圖5 圖7所示。該節流器5為一個下壁上設有節流薄壁fe的構件，在節流薄壁fe上設置有貫穿節流薄壁fe的規則微縫隙陣列恥。本實用新型實際工作過程中，壓縮空氣依次通過進氣孔h、2b和2c後進入左分氣環2d和右分氣環加，經分流後通過各進氣孔3a進入各節流器安裝孔北，然後通過節流器 5的節流區規則微縫隙陣列恥減壓後，進入各氣囊3c ；由於各氣膜間隙很小，壓縮空氣在從氣囊3c向四周擴散時形成壓力氣膜3d使左側螺母3和右側螺母4相對絲槓1浮起，避免了金屬間直接接觸，且壓力氣膜的磨擦係數又非常小，因此氣浮絲槓具有無爬行和幾乎零間隙的特點。本實用新型在左側螺母3和右側螺母4與調整墊塊2安裝時通過直口定位，保證左側螺母3與右側螺母4螺紋的同軸度小於5 μ m。本實用新型中壓縮空氣的供氣壓力一般為5 lOBar，左側螺母3與右側螺母4的內螺紋與絲槓1的外螺紋之間的加工間隙為40 50 μ m,通過調整墊塊2調整後，氣膜間隙一般為15 20 μ m,節流孔北下端通孔的直徑一般為1 2mm，節流器5上規則微縫隙陣列恥的縫隙寬度一般小於0. 1mm。由於本實用新型超精密氣浮絲槓結構幾乎無間隙的特徵，因而可實現納米級的進給解析度。
權利要求1.一種超精密氣浮絲槓結構，包括絲槓(1)、套裝在絲槓(1)上的左、右側螺母(3、4) 以及調整墊塊O)，其特徵在於左側螺母C3)通過螺釘緊固安裝在調整墊塊( 的左側，其外部為四稜柱形狀，在左側螺母(3)的內部設置有承載螺紋圈數為2η的梯形螺紋，η = 1,2,3,…，在梯形螺紋的每一圈承載螺紋面上均設置兩個氣囊(3c)，在螺母四稜柱的四個角上分別設置一個倒角(3e、 3f、3g、;3h)，每個倒角上設置η個節流器安裝孔C3b)，每個節流器安裝孔(3b)各與一個氣囊 (3c)相通，在每個節流器安裝孔(3b)內安裝有一個節流器(5)，在左側螺母(3)上四個倒角中心面位置還分別設置一個進氣孔(3a)，每個進氣孔(3a)分別與一組對應的節流器安裝孔(3b)相通；右側螺母(4)與左側螺母(3)的結構相同，並通過螺釘對稱緊固安裝在調整墊塊(2) 的右側；調整墊塊( 安裝在左側螺母C3)和右側螺母(4)之間，在調整墊塊( 上按上、中、 下位分別設置有依次相互連通的三個進氣孔(h、2b、2c)，在調整墊塊( 兩側分別設置有與下進氣孔Oc)相通的左分氣環Od)和右分氣環( )，下進氣孔Oc)通過左分氣環Od) 和右分氣環Oe)與左側螺母( 上的進氣孔(3a)以及右側螺母(4)上的進氣孔連通。
2.根據權利要求1所述的超精密氣浮絲槓結構，其特徵在於從近調整墊塊(2)側往外，左側螺母(3)的奇數圈承載螺紋面上設置的兩個氣囊(3c)分別與四稜柱的上、下方倒角C3e、3g)上的各一個節流器安裝孔(3b)相通，而偶數圈承載螺紋面上設置的兩個氣囊 (3c)分別與四稜柱的兩側方倒角(3c、3f)上的各一個節流器安裝孔(3b)相通；右側螺母 (4)上氣囊與四稜柱上節流器安裝孔的連通結構與左側螺母(3)相同。
3.根據權利要求1所述的超精密氣浮絲槓結構，其特徵在於節流器安裝孔(3b)由相互連通的上端螺紋孔、中間節流器配合孔與下端小直徑通孔組成，在上端螺紋孔入口處安裝有一個密封堵頭(6)，節流器( 設置在中間節流器配合孔位置處，在中間節流器配合孔與節流器( 之間裝有O型密封圈。
4.根據權利要求1或3所述的超精密氣浮絲槓結構，其特徵在於節流器(5)為一個下壁上設有節流薄壁(5a)的構件，在節流薄壁(5a)上設置有貫穿節流薄壁(5a)的規則微縫隙陣列(5b)。
5.根據權利要求1所述的超精密氣浮絲槓結構，其特徵在於調整墊塊與左側螺母C3)之間在左分氣環Od)內外兩側分別設置有O型密封圈，調整墊塊與右側螺母 (4)之間在右分氣環Oe)內外兩側分別設置有O型密封圈。
專利摘要本實用新型涉及一種超精密氣浮絲槓結構，包括絲槓、套裝在絲槓上的左、右側螺母及調整墊塊，左、右側螺母外部均為四稜柱形狀，螺母內部設置有梯形螺紋，在梯形螺紋的各圈承載螺紋面上均設置兩個氣囊，在螺母四稜柱的四角上分別設置一個倒角，每個倒角上設置多個各與一個氣囊相通的節流器安裝孔，在每個節流器安裝孔內安裝有一個節流器，在螺母四個倒角中心面位置分別設有一個與對應節流器安裝孔相通的進氣孔；調整墊塊裝在左、右側螺母之間，在調整墊塊上設有依次連通的三個進氣孔，其中的下進氣孔分別與設在調整墊塊兩側的左、右分氣環以及左、右側螺母的進氣孔連通。產品具有磨損小、易於加工調整、能有效保證傳動的精度和解析度等優點。
文檔編號F16H25/24GK202091454SQ20112015856
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者薛飛 申請人:西安欣隆鼎機電科技有限公司