CN103862300B - 一种气体导轨高频响应型装置 - Google Patents

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Abstract

一种气体导轨高频响应型装置。解决了现有设备在加工高精度产品时效率低下且加工精度不够的问题。它包括气浮安装座、固定座和刀杆，所述的气浮安装座上设有气浮块，所述的气浮块上设有读数头支架，所述的读数头支架上设有与控制系统连接的读数头，所述的刀杆上设有光栅尺，所述的读数头与光栅尺相对应，所述的气浮安装座和气浮块上分别设有安装座通气孔和气浮块通气孔，所述的刀杆与气浮块上下限位配合且轴向滑移配合。本发明采用先进的气体静压轴承原理和控制系统相配合，能够实现高达纳米级的定位和重复定位加工，且加工效率高。而且本发明还具有结构简单、体积小、承载能力强等优点。

Description

一种气体导轨高频响应型装置
技术领域
本发明涉及一种精密加工和制造行业,具体涉及一种气体导轨高频响应型装置。
背景技术
随着社会的进步，经济和科技飞速发展，加工精度和加工效率不断的被提高，传统方式在生产时精度与效率都有明显的不足，比如芯片内微型零件的放置，线路的铺设，焊接等；又比如在光学加工方面在高精度消色差、球差、慧差等镜片的加工上，需要能快速而有限的完成菲涅尔透镜，离轴抛物面，生物工程中的复眼镜片以及各种自由曲面的加工等，传统的生产加工往往存在很大的局限,如精度达不到或者加工效率低等。
发明内容
为解决背景技术中现有设备在加工高精度产品时效率低下且加工精度不够的问题，本发明提供一种气体导轨高频响应型装置。
本发明的技术方案是：一种气体导轨高频响应型装置，包括气浮安装座、固定座和刀杆，所述的固定座内套设有音圈电机定子和与控制系统连接的音圈电机动子，所述的刀杆与音圈电机动子联动连接，所述的气浮安装座上设有气浮块，所述的气浮块上设有读数头支架，所述的读数头支架上设有与控制系统连接的读数头，所述的刀杆上设有光栅尺，所述的读数头与光栅尺相对应，所述的气浮安装座和气浮块上分别设有供气体通入使气浮安装座与刀杆、气浮块与刀杆之间形成气浮垫的安装座通气孔和气浮块通气孔，所述的刀杆与气浮块上下限位配合且轴向滑移配合。
作为本发明的一种改进，所述的气浮块上设有气浮块容置槽，所述的气浮块容置槽与气浮块通气孔相连通。
作为本发明的进一步改进，所述的刀杆将气浮块分为左气浮块和右气浮块，所述的左气浮块和右气浮块关于刀杆对称分布。
作为本发明的进一步改进，所述的刀杆的横截面为梯形结构。
作为本发明的进一步改进，所述的刀杆采用高刚性低密度材料制成。
作为本发明的进一步改进，所述的气浮安装座上设有安装座容置槽，所述的安装座容置槽与安装座通气孔相连通。
作为本发明的进一步改进，所述的光栅尺通过固定胶固定在刀杆上。
作为本发明的进一步改进，所述的气浮安装座的底部设有调高垫片。
作为本发明的进一步改进，所述的气浮安装座上设有用于调整气浮块安装位置的调整块压板。
作为本发明的进一步改进，所述的调整块压板的两端折出边沿，所述的边沿与气浮块相抵。
本发明的有益效果是，采用先进的气体静压轴承原理和控制系统相配合，使得刀杆执行运动的时候不因为克服摩擦力而产生弹性形变影响到精度的传递，同时也能够保证运动无滞后现象，能够实现高达纳米级的定位和重复定位加工，而对于同样的产品精度下就加工效率而言，有着翻几番的提升。而且本发明还具有结构简单、体积小、承载能力强等优点。
附图说明
附图1为本发明实施例的结构示意图。
附图2为本发明实施例另一方向上的结构示意图。
附图3为本附图1中气浮安装座1的结构示意图。
附图4为本附图1中气浮块的结构示意图。
图中，1、气浮安装座；11、安装座通气孔；12、安装座容置槽；2、固定座；21、音圈电机定子；22、音圈电机动子；3、刀杆；31、光栅尺；4、气浮块；41、读数头支架；42、读数头；43、气浮块通气孔；44、气浮块容置槽；45、左气浮块；46、右气浮块；5、调高垫片；6、调整块压板；61、边沿；62、安装孔；7、转接盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
由图1结合图2、3、4所示，一种气体导轨高频响应型装置，包括气浮安装座1、固定座2和刀杆3，所述的固定座2内套设有音圈电机定子21和与控制系统连接的音圈电机动子22，具体的说，所述的音圈电机定子2采用高吸震材料制成,如采用优质铸铁材料制成，所述的音圈电机动子22包括高密度高导磁软磁材料制成的骨架和螺旋缠绕在骨架上的线圈，这样的结构使得产品有很高的响应频率。所述的刀杆3与音圈电机动子22联动连接，具体的说，所述的刀杆通过转接盘7与音圈电机动子相固接。所述的气浮安装座1上设有气浮块4，所述的气浮块4上设有读数头支架41，所述的读数头支架41上设有与控制系统连接的读数头42，所述的刀杆3上设有光栅尺31，所述的读数头42与光栅尺31相对应，所述的气浮安装座1和气浮块4上分别设有供气体通入使气浮安装座1与刀杆3、气浮块4与刀杆3之间形成气浮垫的安装座通气孔11和气浮块通气孔43，所述的气浮垫是空气轴承的一种应用，它通过形成的空气薄层（1mm左右甚至更小）使运动物体与平面间形成间隙，形成近似无摩擦的滑动条件。所述的刀杆3与气浮块4上下限位配合且轴向滑移配合。本发明的有益效果是，采用先进的气体静压轴承原理和控制系统相配合，在工作中刀杆运动时刀杆与气浮安装座、气浮块之间形成气浮垫，使得刀杆执行运动的时候不因为克服摩擦力而产生弹性形变影响到精度的传递，同时也能够保证运动无滞后现象，能够实现高达纳米级的定位和重复定位加工，而对于同样的产品精度下就加工效率而言，有着翻几番的提升。而且本发明还具有结构简单、体积小、承载能力强等优点。
所述的气浮块4上设有气浮块容置槽44，所述的气浮块容置槽44与气浮块通气孔43相连通，所述的气浮安装座1上设有安装座容置槽12，所述的安装座容置槽12与安装座通气孔11相连通。这样的结构使得刀杆与气浮块、刀杆与气浮安装座形成的气浮垫结构更适合刀杆的运动。
所述的刀杆3将气浮块4分为左气浮块45和右气浮块46，所述的左气浮块45和右气浮块46关于刀杆3对称分布（参看附图2）。具体的说，所述的刀杆3的横截面为梯形结构，所述的刀杆3采用高刚性低密度材料制成，具体的说，可以采用铝镁硅合金材料制成。所述的左气浮块45和右气浮块46均为楔形结构且均设有气浮块容置槽。左气浮块45、右气浮块46以及气浮安装座1形成梯形结构，通过梯形结构的三力合成保证了刀杆在整个运动过程中不与其他部件相碰撞，进而使刀杆在执行运动的时候不因为克服摩擦力而产生弹性形变影响到精度的传递，同时也能够保证运动无滞后现象。同时本发明刀杆采用高刚性低密度材料制成，控制了总移动部件的质量，在电机峰值输出时能够获得更高的加速度。
所述的光栅尺31通过固定胶固定在刀杆3上。光栅尺及附属零件均通过高强度胶料粘接在刀杆上，使光栅尺与刀杆成为一体，这样可以保证刀杆在外界温度变化时引起的热膨胀误差，进而保证了较高的定位和重复定位精度。
所述的气浮安装座1的底部设有调高垫片5。这样的结构可以通过调节气浮安装座的位置进行调节音圈电机动子的位置，从而保证音圈电机动子与音圈电机定子同轴设置，进而保证刀杆的轴向运动。
所述的气浮安装座1上设有用于调整气浮块4安装位置的调整块压板6。所述的调整块压板6的两端折出边沿61，所述的边沿61与气浮块4相抵。具体的说，所述的调整压板折出的边沿分别与气浮安装座、气浮块相抵，且调整压板有两块，分别于左、右气浮块相抵。更具体的说，所述的调整压板上设有一字排开的多个安装孔，通过与安装孔相适配的安装螺钉来调整压板边沿位置，从而调节气浮块的位置和角度，从而使刀杆在整个运动过程中均匀浮起，为本发明的优选方式。当然在本发明中，也可以使调整压板的安装孔上端与气浮块对应处设置调整孔，通过调整螺栓插入调整孔顶压气浮块实现对气浮块位置和角度的调节。
读数头支架通过螺钉固定在一侧的楔形气浮块（参看附图2中读数头支架是固定在左气浮块）上，读数头支架上设置了两种调整裕度，能保证读数头在找正光栅尺的信号时五个自由度方向上的调节、调整（具体的说是通过两个方式来调整的，一种是检测后在磨床上修正出，读数头的绕运动轴线的旋转，和高低的粗调整。第二种则是螺钉过孔给予较大的余量，以方便螺钉的调整）。
具体运动实现方式是，气浮安装座和气浮块通入调整好压力的洁净压缩空气，具体的说，是气浮安装座和左、右气浮块通入调整好压力的洁净压缩空气。使刀杆及与其连接的转接盘、音圈电机线圈、光栅尺等附件悬浮在气浮安装座和左、右气浮块所形成的气浮轴承内。音圈电机动子上的线圈通过控制系统输入的控制电流来切割音圈电机定子磁芯的磁力线产生运动的力，读数头则实时将光栅的运动情况传输给控制器，实现对运动控制，由于光栅尺所检测的运动即是刀杆的运动，所以整个环节属于全闭环控制。具有很高的精度和误差修正能力。本装置在精密加工和制造行业有着广阔的天地，比如芯片内微型零件的放置，线路的铺设，焊接等；在光学加工方面可以根据数据做高精度高频高加速度的位置运动，在高精度消色差、球差、慧差等镜片的加工上，占有极大优势。并且能快速而有限的完成菲涅尔透镜，离轴抛物面，生物工程中的复眼镜片以及各种自由曲面的加工。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (10)

1.一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于:包括气浮安装座（1）、固定座（2）和刀杆（3），所述的固定座（2）内套设有音圈电机定子（21）和与控制系统连接的音圈电机动子（22），所述的刀杆（3）与音圈电机动子（22）联动连接，所述的气浮安装座（1）上设有气浮块（4），所述的气浮块（4）上设有读数头支架（41），所述的读数头支架（41）上设有与控制系统连接的读数头（42），所述的刀杆（3）上设有光栅尺（31），所述的读数头（42）与光栅尺（31）相对应，所述的气浮安装座（1）和气浮块（4）上分别设有供气体通入使气浮安装座（1）与刀杆（3）、气浮块（4）与刀杆（3）之间形成气浮垫的安装座通气孔（11）和气浮块通气孔（43），所述的刀杆（3）与气浮块（4）上下限位配合且轴向滑移配合。
2.根据权利要求1所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的气浮块（4）上设有气浮块容置槽（44），所述的气浮块容置槽（44）与气浮块通气孔（43）相连通。
3.根据权利要求1所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的刀杆（3）将气浮块（4）分为左气浮块（45）和右气浮块（46），所述的左气浮块（45）和右气浮块（46）关于刀杆（3）对称分布。
4.根据权利要求1所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的刀杆（3）的横截面为梯形结构。
5.根据权利要求1所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的刀杆（3）采用高刚性低密度材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的气浮安装座（1）上设有安装座容置槽（12），所述的安装座容置槽（12）与安装座通气孔（11）相连通。
7.根据权利要求1所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的光栅尺（31）通过固定胶固定在刀杆（3）上。
8.根据权利要求1所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的气浮安装座（1）的底部设有调高垫片（5）。
9.根据权利要求1所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的气浮安装座（1）上设有用于调整气浮块（4）安装位置的调整块压板（6）。
10.根据权利要求9所述的一种气体导轨高频响应型装置，其特征在于所述的调整块压板（6）的两端折出边沿（61），所述的边沿（61）与气浮块（4）相抵。
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