CN103899647B - 一种气浮导轨 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气浮导轨，结构为：基座为方形平板；导向条石为方形条石，导向条石具有下表面和导向面，导向条石下表面与基底工作面通过螺钉连接；导向板为方形板，导向板具有进气口等，环形槽通过节流孔、进气口与外界相连，真空槽通过节流孔、抽气口与外界相连，导向板工作面与导向条石导向面平行，密封口进行密封；柔性铰链为工字型结构，柔性铰链具有上安装面和下安装面，柔性铰链上安装面与导向板安装面通过螺钉连接；承载板为方形板，承载板具有承载面、安装面等，环形槽通过节流孔、进气口与外界相连，真空槽通过节流孔、抽气口与外界相连，承载板承载面与基座工作面平行，承载板安装面与柔性铰链下安装面通过螺钉连接，密封口进行密封。

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、高导向精度、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闭式平面导轨加工困难、分立轴承难以调到同一工作平面而影响气浮导轨刚度及导向精度的问题，为此本发明提供一种刚度高、导向精度高、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：一种气浮导轨，含有基座、导向条石、导向板、柔性铰链、承载板，其中：基座为方形平板，基座上表面为工作面；导向条石为方形条石，导向条石具有下表面和导向面，导向条石下表面与基底工作面通过螺钉连接；导向板为方形板，导向板具有工作面、安装面、进气口、抽气口、密封口、节流孔、环形槽、真空槽、隔离槽；环形槽、真空槽和隔离槽位于导向板的工作面上，环形槽通过节流孔、进气口与外界相连，真空槽通过节流孔、抽气口与外界相连，导向板工作面与导向条石导向面平行，密封口进行密封；柔性铰链为工字型结构，柔性铰链具有上安装面和下安装面，柔性铰链上安装面与导向板安装面通过螺钉连接；承载板为方形板，承载板具有承载面、安装面、进气口、抽气口、密封口、节流孔、环形槽、真空槽、隔离槽；环形槽、真空槽和隔离槽位于承载板的承载面上，环形槽通过节流孔、进气口与外界相连，真空槽通过节流孔、抽气口与外界相连，承载板承载面与基座工作面平行，承载板安装面与柔性铰链下安装面通过螺钉连接，密封口进行密封。

本发明具有的有益效果是：导向板工作面与导向条石导向面之间、承载板承载面与基座工作面之间均采用真空预载，可使导轨刚度、承载能力得到有效提升；导向板与承载板通过柔性铰链连接，降低了导向条石导向面与基座工作面的垂直度要求，易于加工；导向板工作面与导向条石导向面间抗扭刚度大，导向精度高。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、图1b和图1c为气浮导轨结构示意图，图1a为气浮导轨结构主视图示意图，图1b为气浮导轨结构俯视图示意图，图1c气浮导轨结构立体图示意图。

图2为基座主视图示意图。

图3为导向条石主视图示意图。

图4a、图4b和图4c为导向板结构示意图，图4a为导向板结构主视图示意图，图4b为导向板结构左视图示意图，图4c导向板结构立体图示意图。

图4d为图4a所示剖视图。

图5a、5b为柔性铰链结构示意图，图5a为柔性铰链结构主视图示意图，图5b为柔性铰链结构立体图示意图。

图6a、图6b和图6c为承载板结构示意图，图6a为承载板结构主视图示意图，图6b为承载板结构左视图示意图，图6c承载板结构立体图示意图。

图6d为图6a剖视图。

图中元件说明：

1-基座，2-导向条石，

3-导向板，4-柔性铰链，

5-承载板，6-基座工作面，

7-导向条石下表面，8-导向条石导向面，

9-导向板工作面，10-导向板安装面，

11-导向板进气口，12-导向板抽气口，

13-导向板密封口，14-导向板节流孔，

15-导向板环形槽，16-导向板真空槽，

17-导向板隔离槽，18-柔性铰链上安装面，

19-柔性铰链下安装面，20-承载板承载面，

21-承载板安装面，22-承载板进气口，

23-承载板抽气口，24-承载板密封口，

25-承载板节流孔，26-承载板环形槽，

27-承载板真空槽，28-承载板隔离槽。

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和图1c示出本发明提供的气浮导轨结构示意图，该气浮导轨含有基座1、导向条石2、导向板3、柔性铰链4、承载板5，其中：

基座1为方形平板，基座上表面为工作面6；导向条石2为方形条石，导向条石具有导向条石下表面7和导向条石导向面8，导向条石下表面7与基底工作面6通过螺钉连接；导向板3为方形板，导向板3具有导向板工作面9、导向板安装面10、导向板进气口11、导向板抽气口12、导向板密封口13、导向板节流孔14、导向板环形槽15、导向板真空槽16、导向板隔离槽17；导向板环形槽15、导向板真空槽16和导向板隔离槽位17于导向板3的工作面9上，导向板环形槽15通过导向板节流孔14、导向板进气口11与外界相连，导向板真空槽16通过导向板节流孔14、导向板抽气口12与外界相连，导向板工作面9与导向条石导向面8平行，导向板密封口13进行密封；柔性铰链4为工字型结构，柔性铰链具有柔性铰链上安装面18和柔性铰链下安装面19，柔性铰链上安装面18与导向板安装面10通过螺钉连接；承载板5为方形板，承载板5具有承载板承载面20、承载板安装面21、承载板进气口22、承载板抽气口23、承载板密封口24、承载板节流孔25、承载板环形槽26、承载板真空槽27、承载板隔离槽28；承载板环形槽26、承载板真空槽27和承载板隔离槽28位于承载板5的承载面20上，承载板环形槽26通过承载板节流孔25、承载板进气口22与外界相连，承载板真空槽27通过承载板节流孔25、承载板抽气口23与外界相连，承载板承载面20与基座工作面6平行，承载板安装面21与柔性铰链下安装面19通过螺钉连接，承载板密封口24进行密封。工作时，外部加压气体经导向板进气口11、导向板节流孔14进入导向板环形槽15，进而在导向板工作面9与导向条石导向面8之间形成气膜支撑；同时，通过导向板抽气口12、导向板节流孔14对导向板真空槽16抽真空，以形成对导向板3的真空预载进而提高导向板3的刚度和承载能力。工作时，外部加压气体经承载板进气口22、承载板节流孔25进入承载板环形槽26，进而在承载板承载面20与基座工作面6之间形成气膜支撑；同时，通过承载板抽气口23、承载板节流孔25对承载板真空槽27抽真空，以形成对承载板5的真空预载进而提高承载板5的刚度和承载能力。导向板3与承载板5之间通过柔性铰链4连接，通过柔性铰链4的弹性变形解决导向条石导向面8与基座工作面6间垂直度误差，即降低了加工难度又提高了导向精度。

如图2示出为基座1的主视图，基座1上表面为基座工作面6。基座1可由大理石、陶瓷或铸铁等经研磨而成，其基座工作面6平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米。

如图3示出导向条石2的主视图，导向条石2含有导向条石下表面7和导向条石导向面8。导向条石2由大理石、陶瓷或铸铁等经研磨而成，导向条石下表面7和导向条石导向面8平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米；导向条石下表面7和导向条石导向面8垂直度为1-20微米。

如图4a、4b、4c、4d示出导向板3的结构示意图，导向板3含有导向板工作面9、导向板安装面10、导向板进气口11、导向板抽气口12、导向板密封口13、导向板节流孔14、导向板环形槽15、导向板真空槽16、导向板隔离槽17。外部加压气体经导向板进气口11、导向板节流孔14进入导向板环形槽15，进而在导向板工作面9与导向条石导向面8之间形成气膜支撑；同时，通过导向板抽气口12、导向板节流孔14对导向板真空槽16抽真空，以形成对导向板3的真空预载进而提高导向板3的刚度和承载能力。导向板3由陶瓷或超硬铝等经研磨而成，导向板节流孔14直径为0.5毫米-2毫米；导向板环形槽15宽为1-3毫米，深为0.2-0.5毫米；导向板真空槽16深为1-2毫米；导向板隔离槽17宽为1-3毫米，深为0.5-2毫米；导向板工作面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。

如图5a、5b示出的为柔性铰链4的主视图，柔性铰链4具有柔性铰链上安装面18和柔性铰链下安装面19。柔性铰链4由弹性材料铍青铜、65Mn等加工而成；柔性铰链上安装面18和柔性铰链下安装面19的平行度为0.01-0.02毫米。

图6a、6b、6c、6d示出为承载板5结构示意图，承载板5具有承载板承载面20、承载板安装面21、承载板进气口22、承载板抽气口23、承载板密封口24、承载板节流孔25、承载板环形槽26、承载板真空槽27、承载板隔离槽28。外部加压气体经承载板进气口22、承载板节流孔25进入承载板环形槽26，进而在承载板承载面20与基座工作面6之间形成气膜支撑；同时，通过承载板抽气口23、承载板节流孔25对承载板真空槽27抽真空，以形成对承载板5的真空预载进而提高承载板5的刚度和承载能力。承载板5由陶瓷或超硬铝等经研磨而成，承载板节流孔25直径为0.5毫米-2毫米；承载板环形槽26宽为1-3毫米，深为0.2-0.5毫米；承载板真空槽27深为1-2毫米；承载板隔离槽28宽为1-3毫米，深为0.5-2毫米；承载板承载面20的平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米。

所述导向条石导向面8与导向板工作面9平行，间距为5微米-30微米；所述基座工作面6与承载板承载面20平行，间距为5微米-30微米。

所述导向板进气口11、导向板抽气口12、承载板进气口22、承载板抽气口23为普通螺纹孔或为管螺纹孔。

所述导向板密封口13、承载板密封口24进行加堵密封，保证不漏气。

所述导向条石下表面7与基底工作面6通过螺钉连接；柔性铰链上安装面18与导向板安装面10通过螺钉连接；承载板安装面21与柔性铰链下安装面19通过螺钉连接。

所述气浮导轨运动直线性可达每米范围内0.2″。

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 (7)

1.一种气浮导轨，其特征在于：所述气浮导轨含有基座、导向条石、导向板、柔性铰链、承载板，其中：

基座为方形平板，基座上表面为工作面；

导向条石为方形条石，导向条石具有下表面和导向面，导向条石下表面与基底工作面通过螺钉连接；

导向板为方形板，导向板具有工作面、安装面、进气口、抽气口、密封口、节流孔、环形槽、真空槽、隔离槽；环形槽、真空槽和隔离槽位于导向板的工作面上，环形槽通过节流孔、进气口与外界相连，真空槽通过节流孔、抽气口与外界相连，导向板工作面与导向条石导向面平行，密封口进行密封；

柔性铰链为工字型结构，柔性铰链具有上安装面和下安装面，柔性铰链上安装面与导向板安装面通过螺钉连接；

承载板为方形板，承载板具有承载面、安装面、进气口、抽气口、密封口、节流孔、环形槽、真空槽、隔离槽；环形槽、真空槽和隔离槽位于承载板的承载面上，环形槽通过节流孔、进气口与外界相连，真空槽通过节流孔、抽气口与外界相连，承载板承载面与基座工作面平行，承载板安装面与柔性铰链下安装面通过螺钉连接，密封口进行密封。

2.如权利要求1所述的气浮导轨，其特征在于：所述基座由大理石、陶瓷或铸铁经研磨而成，其基座工作面平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米。

3.如权利要求1所述的气浮导轨，其特征在于：所述导向条石由大理石、陶瓷或铸铁经研磨而成，导向条石下表面和导向条石导向面平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米；导向条石下表面和导向条石导向面垂直度为1-20微米。

4.如权利要求1所述的气浮导轨，其特征在于：所述导向板由陶瓷或超硬铝经研磨而成，导向板节流孔直径为0.5毫米-2毫米；导向板环形槽宽为1-3毫米，深为0.2-0.5毫米；导向板真空槽深为1-2毫米；导向板隔离槽宽为1-3毫米，深为0.5-2毫米；导向板工作面的平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米。

5.根据权利要求4所述气浮导轨，其特征在于：所述柔性铰链由弹性材料铍青铜或65Mn加工而成；柔性铰链上安装面和柔性铰链下安装面的平行度为0.01-0.02毫米。

6.根据权利要求5所述气浮导轨，其特征在于：所述承载板由陶瓷或超硬铝经研磨而成，承载板节流孔直径为0.5毫米-2毫米；承载板环形槽宽为1-3毫米，深为0.2-0.5毫米；承载板真空槽深为1-2毫米；承载板隔离槽宽为1-3毫米，深为0.5-2毫米；承载板承载面的平面度为0.1微米-2微米，粗糙度为0.2微米-0.4微米。

7.根据权利要求3所述气浮导轨，其特征在于：所述导向条石导向面与导向板工作面平行，间距为5微米-30微米；所述基座工作面与承载板承载面平行，间距为5微米-30微米。