CN102878203A - 一种气浮导轨 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气浮导轨，含有滑道、滑块、左导向板、右导向板、盖板，滑道为凹字形结构；滑块为T字形结构包括工作面和凸字形垂直部组成，凸字形垂直部位于凹字形垂直部中，工作面与支撑面相互平行放置并滑动连接；左导向板与右导向板对称于安置滑块的凸字形垂直部的两侧，并左导向板与右导向板位于滑道的凹字形垂直部中且滑动连接；盖板安置于滑块的上面；滑块的凹槽通过盖板的多个抽气口与外界相连；滑块的环形槽通过多个进气口与外界相连。滑块采用对称性结构对加工精度要求降低；滑块通过左右导向板共同导向其气膜均化效应更明显，使导向精度更高；滑块工作面与滑道支撑面间采用真空预载使滑块刚度、承载能力得到有效提升。

Description

一种气浮导轨

技术领域

本发明属于超精密运动、超精密测量技术领域，涉及一种气浮导轨。

背景技术

气浮导轨是根据气体润滑技术而开发出来的精密机械元部件，在滑块与导轨间为压缩空气形成的气垫，其运动无磨损；借助气膜厚度均匀作用，比较容易达到高精度；由于空气的粘性低，不易发生爬行；热稳定性好且不污染环境。基于上述优点，气浮导轨广泛应用于测量机Z和Y轴、空间模拟、实验测量装置、半导体设备、PCB设备、光刻机、组合XYZ工作台和微动台等。但气浮导轨也存在刚度小、承载能力低、对加工精度要求极高等问题。

为了获得高刚度及承载能力，人们采用闭式平面导轨，但该种导轨体积庞大且结构复杂；对导向面的平面度、垂直度要求过高使得加工困难。采用几个分立式静压止推轴承组合成气浮导轨，可解决导向面垂直度问题但很难将几个分立轴承调到同一工作平面进而影响其刚度及稳定性。

随着超精密运动、超精密测量技术的发展，系统对高刚度、大承载、易加工的气浮导轨的需求日益迫切，解决这一问题已变得迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是解决分立轴承调到同一工作平面影响气浮导轨刚度及稳定性的问题，为此本发明提供一种刚度高、承载大、易加工的气浮导轨。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：所述气浮导轨含有滑道、滑块、左导向板、右导向板、盖板，其中：滑道，为一凹字形结构的滑道；凹字形结构由支撑面和凹字形垂直部组成；滑块为T字型结构，T字形结构包括水平工作部和凸字形垂直部组成，凸字形垂直部位于凹字形垂直部中，水平工作部的水平工作面与支撑面相互平行放置并滑动连接；左导向板与右导向板对称于安置滑块的凸字形垂直部的两侧，并左导向板与右导向板位于滑道的凹字形垂直部中且滑动连接；盖板，具有多个进气口、多个抽气口，盖板安置于滑块的上面；滑块的凹槽通过多个抽气口与外界相连；滑块的环形槽通过多个进气口与外界相连。

本发明具有的有益效果是：滑块在滑道内沿导向面运动，相比闭式平面气浮导轨，其结构简单、紧凑，适用于空间狭小的环境。因其对称性结构对加工精度要求降低，经济性好。滑块通过左右导向板共同导向，其气膜均化效应更明显，故导向精度更高。滑块的水平工作部与滑道的支撑面间采用真空预载，可使滑块刚度、承载能力得到有效提升，本发明用于光刻机、三坐标测量机等设备中运动部件的设计。

附图说明

图1a和图1b为气浮导轨结构示意图。

图2为滑道主视图示意图。

图3为滑块主视图示意图。

图4为滑块平行部俯视图示意图。

图5为左导向板主视图示意图。

图6为左导向板左视图示意图。

图7为左导向板右视图示意图。

图8为右导向板主视图示意图。

图9为右导向板右视图示意图。

图10为右导向板左视图示意图。

图11为盖板主视图示意图。

图12为盖板俯视图示意图。

图中元件说明：

1-滑道，                凹字形垂直部1a

2-滑块，                凸字形垂直部2a

3-左导向板，            4-右导向板，

5-盖板，             6-支撑面，

7-左导向面，         8-右导向面，

9-水平工作面，       10-凹槽，

11-多个通孔，        12-环形槽，

13-多个节流器，      14-左导向工作面，

15-左导向进气口，    16-左导向凹槽，

17-左导向节流器，    18-右导向工作面，

19-右导向进气口，    20-右导向凹槽，

21-右导向节流器，    22-盖板进气口，

23-盖板抽气口，      2b水平工作部。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加明确，下面结合附图对本发明的工作原理、结构及具体实施方式进一步介绍。

如图1a、图1b、图2和图3示出本发明提供的气浮导轨结构示意图，该气浮导轨含有滑道1、滑块2、左导向板3、右导向板4、盖板5，其中：

滑道1，为一凹字形结构的滑道；凹字形结构由支撑面6和凹字形垂直部1a组成；滑块2为T字型结构，T字形结构包括凸字形垂直部2a和水平工作部2b组成，凸字形垂直部2a位于凹字形垂直部1a中，水平工作部2b的水平工作面9与支撑面6相互平行放置并滑动连接；左导向板3与右导向板4对称于安置滑块2的凸字形垂直部2a的两侧，并左导向板3与右导向板4位于滑道1的凹字形垂直部1a中且滑动连接；盖板5，具有多个进气口22、多个抽气口23，盖板5安置于滑块2的上面；滑块2的凹槽10通过多个抽气口23与外界相连；滑块2的环形槽12通过多个进气口22与外界相连。工作时，外部加压气体经盖板进气口22进入环形槽12，再经节流器13到达水平工作部2b的水平工作面9，进而在滑块2的水平工作面9与滑道1的支撑面6之间形成气膜支撑，同时经由抽气口23、凹槽10、通孔11抽真空，以形成对滑块2的真空预载进而提高滑块2的承载能力和刚度；外部加压气体经由左导向进气口15，进入凹槽16再经多个左导向节流器17进入左导向板3的左导向工作面14与滑道1的左导向面7之间的间隙以形成气膜支撑，外部加压气体经由右导向进气口19，进入右导向凹槽20再经多个右导向节流器21进入右导向板4的右导向工作面18与滑道1的右导向面8之间的间隙以形成气膜支撑，两气膜相对滑块2的凸字形垂直部2a对称布置，两者共同作用完成对称预载提高了气膜刚度，同时由于两气膜的误差均化作用使得导向精度更高。

如图2示出为滑道1的主视图，滑道1的凹字形垂直部1a的内部含有左导向面7、右导向面8，左导向面7与右导向面8相互平行，左导向面7、右导向面8与支撑面6相互垂直。滑道1可采用大理石、超硬铝等经精加工获得，左导向面7、右导向面8与支撑面6的平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米；左导向面7、右导向面8与支撑面6的垂直度为1微米-3微米。滑块2在滑道1内沿所述导向面运动，相比闭式平面气浮导轨，其结构简单、紧凑，因其对称性结构对加工精度要求降低。

如图3示出滑块2主视图和图4为滑块2的俯视图，滑块2的水平工作面部2b的下部除了上述的水平工作面9外，在水平工作面部2b中还有多个通孔11，水平工作面部2b的上部还有多个凹槽10、多个环形槽12和多个节流器13，以每个通孔11为中心并沿通孔11的径向向外依次排列为每个凹槽10、环形槽12、节流器13，凹槽10通过通孔11与水平工作面9相连通，环形槽位于水平工作面部的上部中，多个节流器分布于环形槽中，多个节流器13固接在水平工作面部上，节流器自身包含孔状结构，环形槽12通过节流器13与水平工作面9相连(节流器13的自身结构即可将环形槽12与水平工作面9相连，且其结构为业内人士所共识，无需详细描述)。外部加压气体经盖板进气口22进入环形槽12，再经节流器13到达水平工作部2b的水平工作面9，进而在滑块2的水平工作面9与滑道1的支撑面6之间形成气膜支撑。滑块2采用超硬铝经精加工获得，其通孔11直径为1毫米-3毫米，水平工作面9的平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米(其余参数无特别限制)。

如图5示出的为左导向板主视图、图6示出为左导向板左视图和图7示出的左导向板右视图示意图，所述左导向板3含有左导向工作面14、左导向进气口15、左导向凹槽16和多个左导向节流器17，左导向凹槽16通过左导向节流器17与左导向工作面14相连，左导向凹槽16通过左导向进气口15与外界相连。外部加压气体经由左导向进气口15，进入凹槽16再经多个左导向节流器17进入左导向板3的左导向工作面14与滑道1的左导向面7之间的间隙以形成气膜支撑。左导向板3可由超硬铝等材料经精加工获得，其左导向工作面14平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米(其余参数无特别限制)。

如图8示出的为右导向板主视图、图9为右导向板右视图和图10为右导向板左视图，所述右导向板4含有右导向工作面18、右导向进气口19、右导向凹槽20和多个右导向节流器21，右导向凹槽20通过右导向节流器21与右导向工作面18相连，右导向凹槽20通过右导向进气口19与外界相连。外部加压气体经由右导向进气口19，进入右导向凹槽20再经多个右导向节流器21进入右导向板4的右导向工作面18与滑道1的右导向面8之间的间隙以形成气膜支撑。

右导向板4可由超硬铝等材料经精加工获得，其左导向工作面14平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米(其余参数无特别限制)。

所述左导向工作面14与左导向面7的间距为5微米-30微米；所述右导向工作面18与右导向面8的间距为5微米-30微米。

所述节流器13是小孔节流器、环面节流器或多孔质节流器中的一种。所述左导向节流器17是小孔节流器、环面节流器或多孔质节流器中的一种。所述右导向节流器21为小孔节流器、环面节流器或多孔质节流器中的一种。

如图11示出为盖板5的主视图和图12示出盖板5的俯视图，盖板5含有多个盖板进气口22、多个盖板抽气口23。所述盖板5与滑块2之间采用O型圈并通过另一螺钉进行气密封的连接。(O型圈为业内常用部件，且存在标准型号，其使用无需详述)。工作时，外部加压气体经盖板进气口22进入环形槽12，再经节流器13到达水平工作部2b的水平工作面9，进而在滑块2的水平工作面9与滑道1的支撑面6之间形成气膜支撑，同时经由抽气口23、凹槽10、通孔11抽真空，以形成对滑块2的真空预载进而提高滑块2的承载能力和刚度。

盖板5可由超硬铝等精加工获得，盖板进气口22、盖板抽气口23为普通螺纹孔或为管螺纹孔。

在左导向板3与滑块2之间置有O型圈并通过第一螺钉进行气密封的连接；右导向板4与滑块2之间置有O型圈并通过第二螺钉进行气密封的连接；(O型圈为业内常用部件，且存在标准型号，其使用无需详述)。

压缩空气通过左导向进气口15进入左导向凹槽16，再经过左导向节流器17进入左导向工作面14与左导向面7之间的间隙并形成气膜润滑支撑；压缩空气通过右导向进气口19进入右导向凹槽20，再经右导向节流器21进入右导向工作面18与右导向面8之间的间隙并形成气膜润滑支撑；两者共同作用完成滑块2在滑道1内的精确导向。压缩空气经盖板进气口22进入环形槽12，再经节流器13进入水平工作面9与支撑面6之间的间隙并形成气膜润滑支撑；真空负压经盖板抽气口23、凹槽10、通孔11抽气形成对滑块2的真空预载；两者结合形成滑块2的高刚度、大承载支撑。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种气浮导轨，其特征在于：所述气浮导轨含有滑道、滑块、左导向板、右导向板、盖板，其中：

滑道，为一凹字形结构的滑道；凹字形结构由支撑面和凹字形垂直部组成；

滑块为T字型结构，T字形结构包括凸字形垂直部和水平工作部组成，凸字形垂直部位于凹字形垂直部中，水平工作部的工作面与支撑面相互平行放置并滑动连接；

左导向板与右导向板对称于安置滑块的凸字形垂直部的两侧，并左导向板与右导向板位于滑道的凹字形垂直部中且滑动连接；

盖板，具有多个进气口、多个抽气口，盖板安置于滑块的上面；滑块的多个凹槽通过多个抽气口与外界相连；滑块的环形槽通过多个进气口与外界相连。

2.如权利要求1所述的气浮导轨，其特征在于：所述凹字形垂直部的内部含有左导向面、右导向面，左导向面与右导向面相互平行，左导向面7、右导向面与支撑面相互垂直。

3.如权利要求1所述的气浮导轨，其特征在于：所述水平工作部除了其下部的水平工作面外，在水平工作部上部含有多个凹槽、多个通孔、多个环形槽和多个节流器，以每个通孔为中心并沿通孔的径向向外依次为每个凹槽、环形槽、节流器，凹槽通过通孔与水平工作面相连通，环形槽位于水平工作面部的上部中，多个节流器分布于环形槽中，多个节流器固接在水平工作面部上，节流器自身包含孔状结构，环形槽通过节流器与水平工作部的水平工作面相连。

4.如权利要求1所述的气浮导轨，其特征在于：所述左导向板含有左导向工作面、左导向进气口、左导向凹槽和多个左导向节流器，左导向凹槽通过左导向节流器与左导向工作面相连，左导向凹槽通过左导向进气口与外界相连。

5.根据权利要求4所述气浮导轨，其特征在于：所述右导向板含有右导向工作面、右导向进气口、右导向凹槽和多个右导向节流器，右导向凹槽通过右导向节流器与右导向工作面相连，右导向凹槽通过右导向进气口与外界相连。

6.根据权利要求5所述气浮导轨，其特征在于：所述左导向工作面与左导向面的间距为5微米-30微米；所述右导向工作面与右导向面的间距为5微米-30微米。

7.根据权利要求3所述气浮导轨，其特征在于：所述节流器是小孔节流器、环面节流器或多孔质节流器中的一种。

8.根据权利要求4所述气浮导轨，其特征在于：所述左导向节流器是小孔节流器、环面节流器或多孔质节流器中的一种。

9.根据权利要求5所述气浮导轨，其特征在于：所述右导向节流器为小孔节流器、环面节流器或多孔质节流器中的一种。

10.根据权利要求1所述气浮导轨，其特征在于：在左导向板与滑块之间安置O型圈并通过第一螺钉进行气密封的连接；右导向板与滑块之间安置O型圈并通过第二螺钉进行气密封的连接；所述盖板与滑块之间安置O型圈并通过第三螺钉进行气密封的连接。

Images