CN102416566B - 一种静压气浮直驱转台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种静压气浮直驱转台。所述转台包括底座、底座连接块、转轴、力矩电机转子、力矩电机定子和力矩电机安装框;转轴上固定安装有力矩电机转子,力矩电机定子和力矩电机安装框相连;转轴的上部安装有上气浮环,力矩电机安装框上方设有与上气浮环对应的第一空气轴承组件;转轴的下部安装有下气浮环,力矩电机安装框下方设有与下气浮环对应的第二空气轴承组件;底座连接块设置在第二空气轴承组件的下方,底座设置在底座连接块的下方,所述底座连接块和底座组成第三空气轴承组件。本发明具有很高的动静态性能和精度,能够同时满足先进电子制造、光学检测及制造等极限工作条件下对转台运动性能、承载能力和不污染工作环境的综合要求。

Description

一种静压气浮直驱转台
技术领域
本发明涉及一种直驱转台,尤其涉及一种静压气浮直驱转台。
背景技术
现有技术中,在先进电子制造、光学检测及制造等设备中,不仅要求转台具有高的精度性能,而且要求转台能够满足高洁净的工作环境。现有的精密定位转台主要有两类:一、在驱动上采用传统的“旋转电机和减速器”的方式,在平台支撑上采用传统的机械轴承,由于旋转电机的缺陷,这类转台不可能具有大的加速度和速度,另外由于减速传动环节的存在,降低了转台的动态性能,而其无法避免齿轮间隙带来的误差;二、采用力矩电机驱动的转台,但在转台的运动支撑上仍采用机械轴承结构。这两类转台在机械运动的传动环节都会产生摩擦、磨损、机械振动、噪声等缺点,不仅会影响转台的动态性能和定位精度,而且会产生油污、颗粒等污染物,均无法满足先进电子制造、光学检测及制造等高洁净工作环境的要求。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种高精度,简化了机械传动机构,不会产生机械磨损、噪声和产生摩擦力扰动,且不会对工作环境造成油污、颗粒等污染,检测精度高能够同时满足先进电子制造、光学检测及制造等极限工作条件下对转台运动性能、承载能力和不污染工作环境的综合要求的静压气浮直驱转台,从而有效解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种静压气浮直驱转台包括底座、底座连接块、转轴、力矩电机转子、力矩电机定子和力矩电机安装框;所述转轴上固定安装有力矩电机转子,所述力矩电机定子和力矩电机安装框相连;所述转轴的上部安装有上气浮环,所述力矩电机安装框上方设有与上气浮环对应的第一空气轴承组件,该第一空气轴承组件是对上气浮环的外圆面进行四周支撑的旋转空气轴承组件;所述转轴的下部安装有下气浮环,所述力矩电机安装框下方设有与下气浮环对应的第二空气轴承组件,该第二空气轴承组件是既对下气浮环的顶面进行向下预载的平面止推空气轴承组件,又对下气浮环的外圆面进行四周支撑的旋转空气轴承组件;所述底座连接块设置在第二空气轴承组件的下方,所述底座设置在底座连接块的下方,所述底座连接块和底座组成第三空气轴承组件,该第三空气轴承组件是对下气浮环的底面进行向上支撑的平面止推空气轴承组件。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,所述力矩电机转子的下方具有定距环,所述定距环通过第二紧定螺钉固定在转轴上,所述力矩电机转子的上方具有第二弹性挡圈,所述第二弹性挡圈固定在转轴上,所述力矩电机转子通过第一紧定螺钉固定在力矩电机安装框上。
进一步,所述第一空气轴承组件包括上气浮轴承座和上匹配气浮轴承座,所述上匹配气浮轴承座设置在上气浮轴承座的下方,所述上气浮轴承座和上匹配气浮轴承座通过第二内六角螺钉固定在力矩电机安装框上。
进一步,所述第二空气轴承组件包括下气浮轴承座和下匹配气浮轴承座,所述下匹配气浮轴承座设置在下气浮轴承座的上方,所述下气浮轴承座、下匹配气浮轴承座、底座和底座连接块通过第三内六角螺钉固定在力矩电机安装框上。
进一步,所述上气浮环通过第一个键和第一弹性挡圈固定在转轴上,所述下气浮环通过第二个键和第三弹性挡圈固定在转轴上。
进一步,所述转轴上端与工作台相连,所述工作台通过第一内六角螺钉固定在上气浮环上;所述转轴的下端通过第三沉头螺钉固定安装有圆光栅连接板,所述圆光栅连接板上安装有圆光栅标尺,所述圆光栅连接板的下方设置有读数头和读数头安装板,所述读数头安装板通过第一沉头螺钉和第二沉头螺钉将读数头安装在底座上,所述读数头和圆光栅标尺之间具有0.85mm的间隙。
进一步,所述底座上具有内环形气室、外环形气室和多个连通气路,所述多个连通气路位于内环形气室和外环形气室之间,并将内环形气室和外环形气室相连通;所述底座连接块上具有多个第一轴向节流孔和多个第二轴向节流孔,所述第一轴向节流孔和转轴中心的距离大于第二轴向节流孔和转轴中心的距离;所述底座连接块上的第一轴向节流孔和底座上的外环形气室相连通,所述底座连接块上的第二轴向节流孔和底座上的内环形气室相连通。
进一步,所述上气浮轴承座垂直于转轴的面上具有环形气室,侧壁上具有多个径向节流孔,所述径向节流孔和环形气室相连通;所述上匹配气浮轴承座垂直于转轴的面上具有环形气室,侧壁上具有多个径向节流孔,所述径向节流孔和环形气室相连通;所述上气浮轴承座上的环形气室和上匹配气浮轴承座上的环形气室相连通。
进一步,所述下气浮轴承座垂直于转轴且远离下匹配气浮轴承座的面上具有多个第一轴向节流孔和多个第二轴向节流孔,所述第一轴向节流孔和转轴中心的距离大于第二轴向节流孔和转轴中心的距离,所述下气浮轴承座垂直于转轴且靠近下匹配气浮轴承座的面上具有外环形气室、连通气路和内环形气室,所述多个连通气路位于内环形气室和外环形气室之间,并将内环形气室和外环形气室相连通,所述第一轴向节流孔和外环形气室相连通,所述第二轴向节流孔和内环形气室相连通,所述下气浮轴承座的侧壁上具有多个径向节流孔,所述径向节流孔和内环形气室相连通;所述下匹配气浮轴承座上具有环形气室,侧壁上具有多个径向节流孔,所述环形气室和径向节流孔相连通;所述下气浮轴承座上的内环形气室和下匹配气浮轴承座上的环形气室相连通。
进一步,所述力矩电机定子和力矩电机转子之间具有1.2mm的径向间隙。
本发明的有益效果是:本发明静压气浮直驱转台采用上气浮环、上气浮轴承座、上匹配气浮轴承座、下气浮环、下气浮轴承座和下匹配气浮轴承座组成的静压空气轴承支撑转台的转动,不仅比机械轴承具有更高的精度,而且使得转台在运行中无摩擦、无磨损,不会对工作环境造成油污、颗粒等污染,能满足高洁净工作环境的要求;其静压空气轴承采用环形气室的设计,提高了空气轴承的稳定性;采用力矩电机直接驱动工作台转动,简化了机械传动机构,不会产生机械磨损和噪声,使得转台具有更高的动力学性能和精度;采用高分辨率的圆光栅标尺和非接触的读数头作为转台的位置反馈元件,检测精度高,而且不会在检测过程中产生摩擦力扰动;采用双排人字形均布排列的节流孔,以得到最佳的气浮支撑能力;其具有很高的动静态性能和精度,能够同时满足先进电子制造、光学检测及制造等极限工作条件下对转台运动性能、承载能力和不污染工作环境的综合要求。
附图说明
图1为本发明静压气浮直驱转台的主视图;
图2为本发明静压气浮直驱转台的俯视图;
图3为本发明底座的结构示意图;
图4为本发明底座连接块设置在底座上的结构示意图;
图5为本发明下匹配气浮轴承座设置在下气浮轴承座上的结构示意图;
图6为本发明上匹配气浮轴承座设置在上气浮轴承座上的结构示意图。
图中:1、底座;2、下气浮环;3、底座连接块;4、下气浮轴承座;5-1、上匹配气浮轴承座;5-2、下匹配气浮轴承座;6、力矩电机安装框;7、上气浮轴承座;8、工作台;9、圆光栅标尺;10、读数头;11、上气浮环;12、转轴;13、第一个键;14、第一弹性挡圈;15、第一内六角螺钉;16、第二内六角螺钉;17、第二弹性挡圈;18、力矩电机转子;19、定距环;20、第一紧定螺钉;21、第二紧定螺钉;22、第三内六角螺钉;23、读数头安装板;24、第一沉头螺钉;25、第二沉头螺钉;26、圆光栅连接板;27、第三沉头螺钉;28、力矩电机定子;29、第二个键;30、第三弹性挡圈;31、连通气路;32、第一轴向节流孔;33、第二轴向节流孔;34、第三轴向节流孔;35、第一径向节流孔;36、内环形气室;37、外环形气室;38、内密封圈安装槽;39、外密封圈安装槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1至6所示,所述静压气浮直驱转台包括底座1、底座连接块3、转轴12、力矩电机转子18、力矩电机定子28和力矩电机安装框6;所述转轴12上固定安装有力矩电机转子18,所述力矩电机定子28和力矩电机安装框6相连;所述转轴12的上部安装有上气浮环11,所述力矩电机安装框6上方设有与上气浮环11对应的第一空气轴承组件,该第一空气轴承组件是对上气浮环11的外圆面进行四周支撑的旋转空气轴承组件;所述转轴12的下部安装有下气浮环2,所述力矩电机安装框6下方设有与下气浮环2对应的第二空气轴承组件,该第二空气轴承组件是既对下气浮环2的顶面进行向下预载的平面止推空气轴承组件,又对下气浮环2的外圆面进行四周支撑的旋转空气轴承组件;所述底座连接块3设置在第二空气轴承组件的下方,所述底座1设置在底座连接块3的下方,所述底座连接块3和底座1组成第三空气轴承组件,该第三空气轴承组件是对下气浮环2的底面进行向上支撑的平面止推空气轴承组件。所述力矩电机定子28和力矩电机转子18之间具有1.20mm的径向间隙。所述底座1上设置有多个连通气路31、内环形气室36、外环形气室37、内密封圈安装槽38和外密封圈安装槽39,以转轴12为中心,从转轴12处向外依次设置有内密封圈安装槽38、内环形气室36、连通气室31、外环形气室37和外密封圈安装槽39。所述多个连通气路31设置在内环形气室36和外环形气室37之间,并将内环形气室36和外环形气室37相连通。所述内密封圈安装槽38和外密封圈安装槽39分别用于安装O型密封圈。所述底座连接块3上具有多个第一轴向节流孔32和多个第四轴向节流孔,所述所述第一轴向节流孔和转轴中心的距离大于第四轴向节流孔和转轴中心的距离。所述相邻的两个第一轴向节流孔和与该两个第一轴向节流孔都相邻的第四轴向节流孔组成人字形结构,所述相邻的两个第四轴向节流孔和与该两个第四轴向节流孔都相邻的第一轴向节流孔也组成人字形结构。
所述力矩电机转子18的下方具有定距环19,所述定距环19通过第二紧定螺钉21固定在转轴12上,所述力矩电机转子18的上方具有第二弹性挡圈17,所述第二弹性挡圈17固定在转轴12上,所述力矩电机转子18通过第一紧定螺钉20固定在力矩电机安装框6上。
所述第一空气轴承组件包括上气浮轴承座7和上匹配气浮轴承座5-1,所述上匹配气浮轴承座5-1设置在上气浮轴承座7的下方,所述上气浮轴承座7和上匹配气浮轴承座5-1通过第二内六角螺钉16固定在力矩电机安装框6上。所述上气浮轴承座7和上匹配气浮轴承座5-1之间设有两个O型密封圈。所述上气浮轴承座7和上匹配气浮轴承座5-1上各设置有一个环形气室、一个内密封圈安装槽和一个外密封圈安装槽,以转轴12为中心,从转轴12处向外依次设置有内密封圈安装槽、环形气室和外密封圈安装槽。所述内密封圈安装槽和外密封圈安装槽分别用于安装O型密封圈。所述上匹配气浮轴承座5-1的侧壁上具有多个第二径向节流孔40,所述上气浮轴承座7的侧壁上也具有多个第三径向节流孔。
所述第二空气轴承组件包括下气浮轴承座4和下匹配气浮轴承座5-2,所述下匹配气浮轴承座5-2设置在下气浮轴承座4的上方,所述下气浮轴承座4、下匹配气浮轴承座5-2、底座1和底座连接块3通过第三内六角螺钉22固定在力矩电机安装框6上。所述下气浮轴承座4和下匹配气浮轴承座5-2之间设有两个O型密封圈;所述底座1与底座连接块3之间设有两个O型密封圈。所述下匹配气浮轴承座5-2上设置有一个环形气室、一个内密封圈安装槽和一个外密封圈安装槽,以转轴12为中心,从转轴12处向外依次设置有内密封圈安装槽、环形气室和外密封圈安装槽。所述内密封圈安装槽和外密封圈安装槽分别用于安装O型密封圈。所述下气浮轴承座4靠近下匹配气浮轴承座5-2的一面上设置有多个连通气路、内环形气室、外环形气室、内密封圈安装槽和外密封圈安装槽,以转轴12为中心,从转轴12处向外依次设置有内密封圈安装槽、内环形气室、连通气室、外环形气室和外密封圈安装槽。所述多个连通气路设置在内环形气室和外环形气室之间,并将内环形气室和外环形气室相连通。所述内密封圈安装槽和外密封圈安装槽分别用于安装O型密封圈。所述下气浮轴承座4靠近底座连接块3的一面上具有多个第二轴向节流孔33和多个第三轴向节流孔34。所述下匹配气浮轴承座5-2的侧壁上具有多个第四径向节流孔。所述下气浮轴承座4的侧壁上具有多个第一径向节流孔35,所述第二轴向节流孔33和第三轴向节流孔34贯穿于下气浮轴承座4,而且所述多个第二轴向节流孔33呈圆形排列,所述多个第三轴向节流孔34呈圆形排列,两个圆形具有不同的直径。所述相邻的两个第二轴向节流孔33和与该两个第二轴向节流孔33都相邻的第三轴向节流孔34组成人字形结构,所述相邻的两个第三轴向节流孔34和与该两个第三轴向节流孔34都相邻的第二轴向节流孔33也组成人字形结构。所述第一径向节流孔35位于下气浮轴承座4的侧壁上,并与第二轴向节流孔33、第三轴向节流孔34通过内部气路相连通。
所述上气浮环11通过第一个键13和第一弹性挡圈14固定在转轴12上,所述下气浮环2通过第二个键29和第三弹性挡圈30固定在转轴12上。
所述转轴12上端与工作台8相连,所述工作台8通过第一内六角螺钉15固定在上气浮环11上;所述转轴12的下端通过第三沉头螺钉27固定安装有圆光栅连接板26,所述圆光栅连接板26上安装有圆光栅标尺9,所述圆光栅连接板26的下方设置有读数头10和读数头安装板23,所述读数头安装板23通过第一沉头螺钉24和第二沉头螺钉25将读数头10安装在底座1上。所述读数头10和圆光栅标尺9之间具有0.85mm的间隙。
本发明的静压气浮直驱转台在使用时,空气轴承工作过程:启动供气系统,给空气轴承通入干燥洁净的压缩空气,气源压力为0.5~0.6MPa,空气轴承使转台旋转运动部分达到气浮平衡位置,并趋于稳定;在空气轴承正常工作的条件下,启动电机运动,由力矩电机转子直接驱动悬浮的转台实现高性能运动;力矩电机驱动转台运动时,读数头和圆光栅标尺之间产生相对角位移,由读数头将旋转角度的脉冲数反馈给控制系统,从而实现转台的位置反馈和精密运动控制;其气路走向:压缩空气先进入到空气轴承的外环形气室,再通过两个气室之间均布的八个连通气路进入到内环形气室,压缩空气在气室中均匀缓冲后,通过节流孔作用到气浮环的支撑面上,环形气室还具有抑制空气轴承振动失稳的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种静压气浮直驱转台,其特征在于,包括底座、底座连接块、转轴、力矩电机转子、力矩电机定子和力矩电机安装框;所述转轴上固定安装有力矩电机转子,所述力矩电机定子和力矩电机安装框相连;所述转轴的上部安装有上气浮环,所述力矩电机安装框上方设有与上气浮环对应的第一空气轴承组件,该第一空气轴承组件是对上气浮环的外圆面进行四周支撑的旋转空气轴承组件;所述转轴的下部安装有下气浮环,所述力矩电机安装框下方设有与下气浮环对应的第二空气轴承组件,该第二空气轴承组件是既对下气浮环的顶面进行向下预载的平面止推空气轴承组件,又对下气浮环的外圆面进行四周支撑的旋转空气轴承组件;所述底座连接块设置在第二空气轴承组件的下方,所述底座设置在底座连接块的下方,所述底座连接块和底座组成第三空气轴承组件,该第三空气轴承组件是对下气浮环的底面进行向上支撑的平面止推空气轴承组件,所述力矩电机转子的下方具有定距环,所述定距环通过第二紧定螺钉固定在转轴上,所述力矩电机转子的上方具有第二弹性挡圈,所述第二弹性挡圈固定在转轴上,所述力矩电机转子通过第一紧定螺钉固定在力矩电机安装框上。
2.根据权利要求1所述的静压气浮直驱转台,其特征在于,所述第一空气轴承组件包括上气浮轴承座和上匹配气浮轴承座,所述上匹配气浮轴承座设置在上气浮轴承座的下方,所述上气浮轴承座和上匹配气浮轴承座通过第二内六角螺钉固定在力矩电机安装框上。
3.根据权利要求1所述的静压气浮直驱转台,其特征在于,所述第二空气轴承组件包括下气浮轴承座和下匹配气浮轴承座,所述下匹配气浮轴承座设置在下气浮轴承座的上方,所述下气浮轴承座、下匹配气浮轴承座、底座和底座连接块通过第三内六角螺钉固定在力矩电机安装框上。
4.根据权利要求1所述的静压气浮直驱转台,其特征在于,所述上气浮环通过第一个键和第一弹性挡圈固定在转轴上,所述下气浮环通过第二个键和第三弹性挡圈固定在转轴上。
5.根据权利要求1所述的静压气浮直驱转台,其特征在于,所述转轴上端与工作台相连,所述工作台通过第一内六角螺钉固定在上气浮环上;所述转轴的下端通过第三沉头螺钉固定安装有圆光栅连接板,所述圆光栅连接板上安装有圆光栅标尺,所述圆光栅连接板的下方设置有读数头和读数头安装板,所述读数头安装板通过第一沉头螺钉和第二沉头螺钉将读数头安装在底座上,所述读数头和圆光栅标尺之间具有0.85mm的间隙。
6.根据权利要求1所述的静压气浮直驱转台,其特征在于,所述底座上具有内环形气室、外环形气室和多个连通气路,所述多个连通气路位于内环形气室和外环形气室之间,并将内环形气室和外环形气室相连通;所述底座连接块上具有多个第一轴向节流孔和多个第二轴向节流孔,所述第一轴向节流孔和转轴中心的距离大于第二轴向节流孔和转轴中心的距离;所述底座连接块上的第一轴向节流孔和底座上的外环形气室相连通,所述底座连接块上的第二轴向节流孔和底座上的内环形气室相连通。
7.根据权利要求2所述的静压气浮直驱转台,其特征在于,所述上气浮轴承座垂直于转轴的面上具有环形气室,侧壁上具有多个径向节流孔,所述径向节流孔和环形气室相连通;所述上匹配气浮轴承座垂直于转轴的面上具有环形气室,侧壁上具有多个径向节流孔,所述径向节流孔和环形气室相连通;所述上气浮轴承座上的环形气室和上匹配气浮轴承座上的环形气室相连通。
8.根据权利要求3所述的静压气浮直驱转台,其特征在于,所述下气浮轴承座垂直于转轴且远离下匹配气浮轴承座的面上具有多个第一轴向节流孔和多个第二轴向节流孔,所述第一轴向节流孔和转轴中心的距离大于第二轴向节流孔和转轴中心的距离,所述下气浮轴承座垂直于转轴且靠近下匹配气浮轴承座的面上具有外环形气室、连通气路和内环形气室,所述多个连通气路位于内环形气室和外环形气室之间,并将内环形气室和外环形气室相连通,所述第一轴向节流孔和外环形气室相连通,所述第二轴向节流孔和内环形气室相连通,所述下气浮轴承座的侧壁上具有多个径向节流孔,所述径向节流孔和内环形气室相连通;所述下匹配气浮轴承座上具有环形气室,侧壁上具有多个径向节流孔,所述环形气室和径向节流孔相连通;所述下气浮轴承座上的内环形气室和下匹配气浮轴承座上的环形气室相连通。
9.根据权利要求1所述的静压气浮直驱转台,其特征在于,所述力矩电机定子和力矩电机转子之间具有1.2mm的径向间隙。
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