CN101249612A - 超精密近零摩擦导轨 - Google Patents

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CN101249612A CNA200810064006XA CN200810064006A CN101249612A CN 101249612 A CN101249612 A CN 101249612A CN A200810064006X A CNA200810064006X A CN A200810064006XA CN 200810064006 A CN200810064006 A CN 200810064006A CN 101249612 A CN101249612 A CN 101249612A
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梁迎春
张飞虎
张龙江
陈明君
王健
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Abstract

超精密近零摩擦导轨，本发明涉及一种导轨。本发明是为解决现有机床导轨本体与溜板之间存在摩擦力及驱动系统影响到溜板和导轨本体间的直线运动精度的问题，本发明的溜板由上溜板、两个下溜板和两个侧溜板组成，定子设置在凹槽内并通过连接座固定在导轨本体上，齿条的上端与上溜板的下端面固定连接，齿条与转子啮合，上溜板上与导轨本体对应处设有上节流孔，侧溜板上与导轨本体对应处设有侧节流孔，下溜板上与导轨本体对应处设有下节流孔。本发明采用了直线电机作为驱动本体直接驱动溜板，溜板的直线运动精度可以达到纳米量级，导轨本体与溜板之间没有直接接触，导轨本体与溜板之间的摩擦力接近于零，从而消除了导轨本体与溜板之间摩擦力。

Description

超精密近零摩擦导轨
技术领域
本发明涉及一种导轨。
背景技术
随着科学技术的发展，对产品零件制造精度的要求越来越高，迫切需要超精密加工装备与工艺技术，尤其是超精密加工机床，更是超精密加工技术领域的核心与关键。在超精密加工机床中，广泛使用的气体静压导轨，他们的最大优点是机床的直线运动精度高，可以达到亚微米甚至纳米量级，但是它们的缺点是其静、动态刚度较低，抵抗外界干扰的能力较差，因此导轨的驱动系统对导轨或溜板的力干扰将影响其直线度，这对超精密加工机床而言是致命的，因此在超精加工机床导轨本体和溜板的设计中，必需要考虑如何消除驱动溜板过程中驱动力仅仅加在其运动的方向，而在其他方向的干扰力尽量减少或者消除等问题。现有超精加工机床导轨本体和溜板的设计中溜板的驱动是由电机回转驱动丝杠来实现其直线运动的，由于驱动力不仅在其运动的方向上存在，而在其他方向上也会产生，从而增加了导轨本体与溜板之间的摩擦力，使溜板与导轨本体之间的直线运动精度降低，导致机床静、动态刚度降低，抵抗外界干扰的能力较差。
发明内容
本发明的目的是为解决现有机床导轨本体与溜板之间存在摩擦力及驱动系统影响到溜板和导轨本体间的直线运动精度的问题，提供一种超精密近零摩擦导轨。
本发明由导轨本体1、溜板2、直线电机3、齿条5、连接座6和基座7组成，直线电机3由定子31和转子32组成，转子32设置在定子31中，溜板2由上溜板21、两个下溜板22和两个侧溜板23组成，上溜板21的两端通过两个侧溜板23与两个下溜板22分别固接并形成T形槽24，导轨本体1设置在T形槽24内，导轨本体1的下端固定在基座7上，导轨本体1的上端设有凹槽11，定子31设置在凹槽11内并通过连接座6固定在导轨本体1上，齿条5的上端与上溜板21的下端面固定连接，齿条5与转子32啮合，上溜板21上与导轨本体1对应处设有上节流孔211，侧溜板23上与导轨本体1对应处设有侧节流孔231，下溜板22上与导轨本体1对应处设有下节流孔221。
本发明的优点是：一、本发明采用了直线电机作为驱动元件直接驱动溜板，直线电机与溜板之间没有通过任何传动元件，使得导轨在运动方向上的摩擦力接近于零，因此溜板的直线运动精度可以达到纳米量级。二、由于导轨本体在运动方向上的摩擦力接近于零，可以实现很高的定位精度和速率平稳性。三、由于静压气膜的均化作用，导轨可以实现超精密级精度的直线运动。四、本发明的承载能力高；其承载能力可以通过增加气压和扩大静压面积来增加。五、结构简单，工作可靠，可根据用户需要灵活设计。六、应用范围广，可应用于多种形式的超精密工作台的驱动。
附图说明
图1是本发明的整体结构剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由导轨本体1、溜板2、直线电机3、齿条5、连接座6和基座7组成，直线电机3由定子31和转子32组成，转子32设置在定子31中，溜板2由上溜板21、两个下溜板22和两个侧溜板23组成，上溜板21的两端通过两个侧溜板23与两个下溜板22分别固接并形成T形槽24，导轨本体1设置在T形槽24内，导轨本体1的下端固定在基座7上，两个侧溜板23限制溜板2的左右运动；下溜板22和上溜板21一起限制了溜板2的上下运动，导轨本体1的上端设有凹槽11，定子31设置在凹槽11内并通过连接座6固定在导轨本体1上，齿条5的上端与上溜板21的下端面固定连接，齿条5与转子32啮合，上溜板21上与导轨本体1对应处设有上节流孔211，侧溜板23上与导轨本体1对应处设有侧节流孔231，下溜板22上与导轨本体1对应处设有下节流孔221。本发明采用了直线电机作为驱动元件直接驱动溜板，由于气体静压导轨的摩擦力很小，接近于零，而驱动部件选用了直线电机3，直线电机3的转子32和定子31之间没有任何传动元件，因此摩擦力为零，整个导轨溜板系统的摩擦力接近于零。
工作原理：在设计和使用本发明时，首先要计算超精密近零摩擦导轨承载能力，由于刚度和承载能力的理论推导和计算十分复杂，对于如图1所示的结构，超精密近零摩擦导轨承载能力可以采用如下的简单公式进行计算：W＝CS(PS-PA)；其中，W是承载能力；C为修正系数，一般选在0.25-0.35，之间；S为气膜的面积，PS为供气压力；PA为使用环境的气压。
静态刚度可以采用如下的简单公式进行计算：K＝2.88(W/h0)；其中，K是刚度，W是承载能力；h0是气膜厚度，即间隙。
如图1所示，压缩空气通过供气管路进入上节流孔211后在上溜板21与导轨本体1之间形成静压气膜C；压缩空气通过供气管路进入侧节流孔231后在侧溜板23与导轨本体1之间形成静压气膜A；压缩空气通过供气管路进入下节流孔221后在下溜板22与导轨本体1之间形成静压气膜B；由A、B、C各处的静压气膜支撑着溜板2，溜板2和导轨本体1之间没有直接接触，而是靠气膜隔开的，这样就对溜板2和导轨本体1本身的几何误差起到了均化的作用，而没有将溜板2和导轨本体1本身的几何误差直接反映到导轨溜板系统的几何运动上去，因此实现了本发明的超精密亚微米量级的直线运动精度。在溜板的驱动系统上，本发明的直线电机3选用定子永磁式直线电机，由于定子永磁式直线电机不需要电刷，因此，驱动系统没有给导轨溜板系统增加任何的摩擦力，同时溜板2的支撑是靠气膜，摩擦力接近于零，因此在进给方向上实现无摩擦传动，这样可以获得超精密的直线运动精度和进给速度的平稳性。

Claims (1)

1、一种超精密近零摩擦导轨，它由导轨本体(1)、溜板(2)、直线电机(3)、齿条(5)、连接座(6)和基座(7)组成，直线电机(3)由定子(31)和转子(32)组成，转子(32)设置在定子(31)中，溜板(2)由上溜板(21)、两个下溜板(22)和两个侧溜板(23)组成，上溜板(21)的两端通过两个侧溜板(23)与两个下溜板(22)分别固接并形成T形槽(24)，导轨本体(1)设置在T形槽(24)内，导轨本体(1)的下端固定在基座(7)上，导轨本体(1)的上端设有凹槽(11)，其特征在于定子(31)设置在凹槽(11)内并通过连接座6固定在导轨本体(1)上，齿条(5)的上端与上溜板(21)的下端面固定连接，齿条(5)与转子(32)啮合，上溜板(21)上与导轨本体(1)对应处设有上节流孔(211)，侧溜板(23)上与导轨本体(1)对应处设有侧节流孔(231)，下溜板(22)上与导轨本体(1)对应处设有下节流孔(221)。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
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