CN102438790A - 用于旋转式分度系统的旋转式挠曲件及空气轴承支撑件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高度位置稳定性可分度台或“刻度盘”，其中所述刻度盘由一个或一个以上空气轴承相对于框架上的钢表面支撑。挠曲件以使得为扭转非顺从性但轴向顺从性以沿着Z轴线将所述刻度盘与分度电机轴解耦的方式将所述电机机械连接到所述刻度盘。在一个实施例中，所述空气轴承在所述刻度盘下方的经均匀角度移位的位置处安装到所述框架。在另一实施例中，所述轴承部分地集成到所述刻度盘中。可在任一实施例中使用负(抽吸)预载来增加空气轴承刚度及/或允许倒置处理；即，将部件夹具安装在所述刻度盘的底面上。

Description

用于旋转式分度系统的旋转式挠曲件及空气轴承支撑件
技术领域
本发明涉及用于精确地对用于进出处理站(例如激光钻孔站)的工件的夹具进行分度的支撑件(通常称为“刻度盘”)，且更特定来说涉及一种保护刻度盘以免发生平面外偏移而同时放松与刻度盘分度电机相关联的轴承的性能规范的刻度盘支撑系统。
背景技术
已知使用可旋转刻度盘来对进出处理站(例如激光钻孔站)的工件进行分度，在所述处理站中需要对工件的位置的精确控制。刻度盘通常为圆形的且具有中心垂直旋转轴线(称为“Z轴线”)。安装电机以按需求使支撑工件的台进行分度。框架通常包含台下面的尺寸稳定的表面。
发明内容
在常规旋转式分度器中，刻度盘的质量由分度器电机的轴承支撑。需要大的昂贵且高度精确的分度器电机轴承来保护刻度盘以免发生平面外偏移。也就是说，刻度盘经安装以使在推力方向上(即，沿着旋转轴线)的游隙最小化且使由于径向游隙所致的倾翻或倾斜最小化。在大直径刻度盘(例如直径为1米或1米以上的那些刻度盘)的情况下，已采取昂贵的措施来防止在接近刻度盘的外边缘施加垂直力时发生倾翻或倾斜。所述措施包含增加分度器推力轴承的大小及添加在处于分度位置中时啮合刻度盘的外伸叉架结构。较大推力轴承及外伸叉架会增加成本，且外伸叉架消耗处理时间并可导致位置误差。
相比之下，本发明的实施例实现可分度刻度盘的高度稳定性及对平面外偏移的预防，而不会有较大分度器推力轴承的花费且不具有由可选择性啮合的外伸叉架产生的问题。简单地说，本发明除去了支撑来自包括电机及推力轴承的分度器的刻度盘质量的任务。
一般来说，此首先经由使用机械互连分度器与刻度盘的挠曲元件且其次通过支撑刻度盘的空气轴承系统来实现。所述挠曲元件在扭转上为非顺从性，而同时本质上沿着Z轴线将台与分度器解耦。所述空气轴承系统支撑刻度盘质量且允许使用较小、较不昂贵的分度器。
如下文中所描述，空气轴承布置可采取数种形式且可并入有真空预载以及到刻度盘结构中的部分集成。为了全面地理解本发明，应参考以下对本发明说明性实施例的描述。
附图说明
本文中的描述参考附图，其中在数个视图中相似的参考编号指代相似的部件，且图式中：
图1是并入有本发明的实施例的激光钻孔系统的透视图；
图2是用于图1的钻孔系统的第一刻度盘支撑系统的透视图；
图3是图2的第一刻度盘支撑系统的从另一角度看的透视图；
图4是用于图1的刻度盘的替代支撑系统的示意性横截面；
图5是第二替代支撑系统的示意性横截面；
图6是示范性空气轴承安装的部分示意性侧视图；且
图7是倒置刻度盘实施例的部分示意性侧视图。
具体实施方式
参考图1，展示激光钻孔系统10，其包括支撑钢板14的框架12，钢板14的顶表面为经平整的。支撑在板14上面的是由下文中所描述的空气轴承28系统支撑的可分度刻度盘16。刻度盘16经设计以在夹具17上接纳工件，夹具17允许精确地定位所述工件以用于例如由激光系统18在实时计算机20的控制下执行的激光钻孔的处理步骤。刻度盘16一处于接通位置，就给出检验对准并为工件产生激光的命令。提供编程站19。系统10的剩余部分包括用于为激光系统18提供电力、温度控制、空气处理及其它需要的子系统的外壳22。可在本人2009年2月27日提出申请且转让给电子科学工业公司(Electro Scientifi Industries，Inc.)的第12/394,966号共同待决的申请案中找到此些系统组件的细节。
现在参考图2、图3及图6，将描述用于刻度盘16的第一支撑系统。刻度盘16被展示为圆形且经安装以通过紧固到框架12的分度电机24而围绕垂直Z轴线旋转。图2及图3展示由四个等圆周间隔及径向间隔的空气轴承28支撑的刻度盘16，空气轴承28可为可从宾西法尼亚州费城的新方式空气轴承公司(New Way Air Bearings ofPhiladelphia，PA)购得的类型。根据所述公司的产品文献，其轴承产生通过经由轴承中的多孔碳扩散器在正压力下供应空气流而实现的流体膜。新方式空气轴承易于使用正空气压力端口及提供真空预载的真空端口两者而在组合正空气流/真空模式中使用，所述真空预载为可使用以有利于本发明的特征，因为其增加轴承28的刚度。图6展示如何借助支座30及具有精细间距螺纹的球形接头31将轴承28安装到板14。支座30附接到板14，且接头31附接到轴承28。
图2及图3展示直径可高达或超过1米的刻度盘16如何经由挠曲构件26机械互连到电机24的输出轴S，挠曲构件26为由低碳钢制成的板状结构。挠曲构件26具有通过两个螺丝直接附接到电机24的输出构件(例如输出轴S)的实质上圆形中心区段42及通过螺丝以图2中所示的关系(也参见图4)附接到刻度盘16的底部的四个挠曲臂44。挠曲构件26的配置使得在扭转上为刚性；即，其以高度非顺从性方式将力矩从电机24传输到刻度盘16。然而，挠曲臂44允许沿着Z轴线的实质顺从性以便防止电机输出轴S沿着Z轴线的偏移被传输到刻度盘16。总的来说，挠曲构件26沿着Z轴线选择性地将刻度盘16与电机24解耦。
空气轴承28位于从图2及图3中所示的旋转结构的中心径向向外大约12英寸到15英寸处且因此在被从空气源供应正压力时提供对刻度盘16的实质支撑。如上文还论述，空气轴承28可通过连接到真空源借此以提供真空预载而在双模式中操作，所述真空预载增加空气轴承28的刚度且还准许到一模式的快速切换，在所述模式中真空预载支配刻度盘16的底表面且有效地将所述底表面抽吸到轴承28的上表面上以在(举例来说)激光钻孔工艺期间实现位置稳定性。尽管展示了四个轴承，但将理解可使用更大或更小数目，在离散轴承的情况下三个为最小值。
现在参考图4，展示本发明的第一替代实施例。在图4中，电机24′经由间隔件27(其为电机24′的输出构件)机械连接到挠曲件26。挠曲构件26的挠曲臂44又扣接到刻度盘16′的底侧。展示刻度盘16′安坐在紧密邻近于板14的顶表面处。如图1中所示，板14由框架12支撑。真空及压缩空气滑环歧管结构46将压缩空气提供到轴承入口36，轴承入口36从刻度盘16′的底侧作为管口引出以提供空气轴承28的提升方面。向刻度盘16′的底侧中铣削圆形凹部或凹面40且其通过真空线路38经由滑环歧管结构46连接到真空源以提供上文所描述的真空预载方面。可切断到轴承入口36的正空气压力，因此形成如先前所描述将刻度盘16′的底侧抽引到板14的顶表面的真空。
挠曲构件26防止Z轴线偏移从电机24′传递到刻度盘16′，而借助凹部40通过轴承入口36及真空线路38提供的空气轴承28维持刻度盘16′在分度操作期间及之间的稳定性。挠曲构件26还允许刻度盘16′降低抵靠在板表面上，如上文所描述。
图5展示本发明的又一实施例，其中正空气压力导管36′及负(即，真空)空气压力导管38′分别延续穿过板14′或在板14′下方延续，而非例如在图4的实施例中穿过刻度盘16″。此实施例因此消除对用以将空气供应到刻度盘16″的旋转式耦合件(例如滑环歧管结构46)的需要。在图5中，来自板14′的外部的压缩空气经由导管36′流动到刻度盘16″下方的板14′中的管口，而导管38′附接到外部真空源以在板14′中的经铣削凹面41中抽引真空。可提供用于彼此独立地调节正压力流及负压力流的控制件。
尽管已参考其中刻度盘上覆于轴承上的数个实施例描述了本发明，但对真空系统进行定位及定大小使得其克服重力固持刻度盘16因此允许视需要而以倒置方式处理构件也在本发明的范围内。此实施例展示于图7中，其中刻度盘16″′在板14″下面。空气压力导管36″及38″类似于图5的空气压力导管，但经由导管38″的抽吸克服重力而固持刻度盘16″′。由分离器27及输出轴S表示的分度电机24在刻度盘16″′下方。然而，分度电机24也可在刻度盘16″′上面。
尽管已结合某些实施例描述了本发明，但应理解本发明并不限于所揭示的实施例，而是相反打算涵盖所附权利要求书的范围内所包含的各种修改形式及等效布置，所述范围被赋予最广泛解释以便涵盖在法律下所准许的所有此些修改形式及等效结构。

Claims (9)

1.一种用于使进出处理站的工件平移的可分度刻度盘系统，其包括：
刻度盘，其具有旋转轴线；
电机，其用于选择性地使所述刻度盘围绕所述旋转轴线分度；
至少一个空气轴承，其附接到所述刻度盘的表面；及
挠曲件，其将所述电机机械连接到所述刻度盘，所述挠曲件本质上是围绕所述旋转轴线为扭转非顺从性但沿着所述旋转轴线为顺从性。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个空气轴承包括环绕所述旋转轴线在等距间隔开的位置处的多个空气轴承。
3.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括：
框架，其支撑所述电机，其中所述多个空气轴承中的每一者附接到安装于所述框架上且面向所述刻度盘的板。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述板包括在其面向所述刻度盘的表面中的多个凹面，所述系统进一步包含：
至少一个负空气压力导管，其耦合到所述多个凹面中的每一者且延伸穿过所述板并从所述板向外延伸；及
多个正空气压力导管，其穿过所述板延伸到所述表面且具有从所述板向外延伸的至少一个路径。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述刻度盘包括在其表面中的多个凹面及从所述表面延伸到相对表面的多个轴承入口，所述系统进一步包含：
至少一个真空线路，其耦合到所述多个凹面中的每一者。
6.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括：
滑环歧管结构，其穿过所述挠曲件的中心部分中的开口延伸到所述刻度盘的所述相对表面。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述挠曲件包括板状结构，所述板状结构包含附接到所述电机的输出构件的实质上圆形中心区段及围绕所述中心区段布置的多个挠曲臂，所述多个挠曲臂中的每一者附接到所述刻度盘。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其进一步包括：
板，其具有面向所述刻度盘的表面及围绕所述挠曲件的圆周的中心孔口，每一空气轴承耦合于所述刻度盘与所述板的所述表面之间。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述电机延伸穿过所述中心孔口。
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