CN111438540A - 一种狭缝节流气浮转台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种狭缝节流气浮转台，包括转轴、工作台、驱动部件及气浮轴承，转轴包括转轴主体、上法兰与下法兰，工作台设在上法兰上，驱动部件设在下法兰上，气浮轴承包括下止推凸台、径向节流套以及径向端环、气室外套，气室外套与径向节流套之间形成气室；在下止推凸台上设下定位台阶，在下定位台阶上设下止推圆环；在工作台与上法兰之间设上止推凸台，在上止推凸台上设上定位台阶，在上定位台阶上设上止推圆环，在上止推圆环与下止推圆环之间设定距环；在径向节流套上形成狭缝，在上定位台阶处形成狭缝，在下定位台阶处形成狭缝，气体从狭缝进入转轴的外表面并形成气膜。防止气锤振动及微观跳动现象发生，工作更加稳定，具有更好的精度。

Description

一种狭缝节流气浮转台

技术领域

本发明涉及精密加工技术领域，尤其是涉及一种高精度的狭缝节流气浮转台。

背景技术

气浮转台属于高精度的回转定位装置，由转轴、节流器、伺服电机、圆光栅等组成，气浮转台伺服电机驱动，并通过转轴及节流器进行非接触支撑，并通过圆光栅进行精密回转定位；气浮转台广泛的应用于超精密加工及测量领域，其回转精度和周向定位精度的高低对加工和测量性能具有决定性的影响。现有气浮转台以小孔节流方式居多，而小孔节流由于存在气腔，气腔的存在容易发生气锤振动和微观跳动现象，影响工作稳定性和精度；同时目前气浮转台的结构使得在不方便进行装配，降低安装效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不会出现气锤振动和微观跳动现象且方便安装的狭缝节流气浮转台。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种狭缝节流气浮转台，包括转轴、设置于转轴端面上的工作台、驱动转轴转动的驱动部件以及设置于转轴上并支撑转轴转动的气浮轴承，所述的转轴包括转轴主体、位于转轴主体上的上法兰与下法兰，所述的工作台设置在上法兰上，所述的驱动部件设置在下法兰上，所述的气浮轴承包括从上至下套设在转轴主体上的下止推凸台、径向节流套以及径向端环，在所述的径向节流套与径向端环外侧套设气室外套，所述的气室外套的内壁与径向端环之间形成密封，所述的气室外套与径向节流套之间形成气室；在所述的下止推凸台的上端面外侧设置下定位台阶，在所述的下定位台阶上设置下止推圆环；在所述的工作台与上法兰之间设置上止推凸台，在所述的上止推凸台的下端面外侧设置上定位台阶，在所述的上定位台阶上设置上止推圆环，在所述的上止推圆环与下止推圆环之间设置定距环；在所述的上止推凸台、上止推圆环、定距环、下止推圆环、下止推凸台以及气室外套上设置气体通道，在所述的气室外套上设置进气孔与气体通道连通；在所述的径向节流套的上端面与下端面上形成狭缝，在所述的上止推圆环的内环面与上止推凸台的上定位台阶处形成狭缝，在所述的下止推圆环的内环面与下止推凸台的下定位台阶处形成狭缝，气体从狭缝进入转轴的外表面并在转轴的外表面形成气膜。

进一步具体的，所述的气室外套的内壁上部为倾斜面，所述的气室设置在倾斜面与径向节流套之间，所述的进气孔穿透气室外套并连通气室。

进一步具体的，所述的径向节流套包括节流套本体、从节流套本体两端面伸出的若干固定凸台、从节流套本体两端面伸出的节流凸台，所述的节流凸台呈环状，所述的节流凸台位于固定凸台内侧，在所述的节流凸台与固定凸台之间为气流通道，相邻所述的固定凸台之间为通气槽，所述的通气槽将气室与气流通道连通，所述的节流凸台的高度小于固定凸台的高度。

进一步具体的，所述的下止推凸台的上端面设置第一通气环槽，所述的下止推凸台的下端面均设置第二通气环槽，所述的第一通气环槽与第二通气环槽均与下止推凸台内部的气体通道连通，所花的第二通气环槽连接气室，所述的第一通气环槽与下定位台阶处的狭缝连通。

进一步具体的，在所述的第一通气环槽及第二通气环槽的外侧均开设第二密封环槽，并在所述的第二密封环槽内设置密封圈。

进一步具体的，所述的上止推凸台的下端面设置第三通气环槽，所述的第三通气环槽与上止推凸台内部的气体通道连通，所述的第三通气环槽与上定位台阶处的狭缝连通。

进一步具体的，在所述的第三通气环槽的外侧开设第一密封环槽，并在所述的第一密封环槽内设置密封圈。

进一步具体的，所述的驱动部件包括用于固定的底座、设置于底座内部并与下法兰连接的连接轴、设置于连接轴上的电机转子、设置于底座上的电机定子、固定于连接轴端部的圆光栅以及设置于底座上的读数头，所述的读数头与圆光栅配合；所述的圆光栅跟随连接轴转动。

进一步具体的，在所述的电机定子与底座之间设置水冷套，在所述的水冷套内通入冷却水，所述的水冷套与底座之间采用搅拌摩擦焊一体式封装。

进一步具体的，在所述的水冷套上开设冷却水槽，在所述的底座上设置冷却水进口及冷却水出口，所述的冷却水进口与冷却水出口连通至冷却水槽，所述的水冷套与底座配合使得冷却水槽与底座内环面形成冷却水通道。

本发明的有益效果是：通过上述结构的设置，不再采用带有气腔的小孔节流器，防止气锤振动及微观跳动现象发生，使得轴承工作更加稳定，具有更好的精确度，采用组装的方式形成气浮轴承，安装更加方便，提升气浮转台的精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖视结构示意图一；

图3是本发明的剖视结构示意图二；

图4是本发明径向节流套的结构示意图；

图5是本发明径向端环的结构示意图；

图6是本发明上止推凸台的结构示意图；

图7是本发明上止推凸台的剖视结构示意图；

图8是本发明下止推凸台的剖视结构示意图。

图中：1、工作台；2、上止推凸台；21、上定位台阶；22、第三通气环槽；23、第一密封环槽；3、上止推圆环；4、定距环；41、消音器；5、下止推圆环；6、下止推凸台；61、下定位台阶；62、第一通气环槽；63、第二密封环槽；7、气室外套；71、进气孔；8、底座；81、冷却水进口；82、冷却水出口；83、通孔；9、转轴；91、上法兰；92、下法兰；10、径向节流套；101、节流套本体；102、固定凸台；103、节流凸台；104、气流通道；105、通气槽；11、径向端环；111、端环本体；112、环状凸台；113、第三密封环槽；12、连接轴；13、水冷套；131、冷却水槽；14、电机转子；15、电机定子；16、圆光栅；161、光栅法兰；17、读数头；171、读数头支架；18、底座盖板；19、气体通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1、图2与图3所示一种狭缝节流气浮转台，包括转轴9、设置于转轴9端面上的工作台1、驱动转轴9转动的驱动部件以及设置于转轴9上并支撑转轴9转动的气浮轴承，转轴9包括转轴主体、位于转轴主体上的上法兰91与下法兰92，上法兰91、下法兰92与转轴主体直接可以一体成型，也可以通过螺钉进行装配，在本方案中上法兰91与转轴主体一体成型，下法兰92与转轴主体通过螺钉装配；所述的工作台1设置在上法兰91上，所述的驱动部件设置在下法兰92上，气浮轴承设置于转轴主体及工作台1的柱面上，气浮轴承通过通入的气体在转轴9表面形成一层气膜，同时通过驱动部件驱动转轴9转动，气浮轴承内部采用狭缝节流方式形成气膜，不会产生气锤及微观跳动现象，具有更好的稳定性及精确性。

气浮轴承包括从上至下套设在转轴主体上的下止推凸台6、径向节流套10以及径向端环11，在所述的径向节流套10与径向端环11外侧套设气室外套7，所述的气室外套7的内壁与径向端环11之间形成密封，所述的气室外套7与径向节流套10之间形成气室；在所述的下止推凸台6的上端面外侧设置下定位台阶61，在所述的下定位台阶61上设置下止推圆环5；在所述的工作台1与上法兰91之间设置上止推凸台2，在所述的上止推凸台2的下端面外侧设置上定位台阶21，在所述的上定位台阶21上设置上止推圆环3，在所述的上止推圆环3与下止推圆环5之间设置定距环4，定距环4可以控制上法兰91的上端面与下端面形成的气膜厚度；在所述的上止推凸台2、上止推圆环3、定距环4、下止推圆环5、下止推凸台6以及气室外套7上设置气体通道19，在所述的气室外套7上设置进气孔71与气室连通，气室与气体通道19连通；在所述的径向节流套10的上端面与下端面上形成狭缝，在所述的上止推圆环3的内环面与上止推凸台2的上定位台阶21处形成狭缝，在所述的下止推圆环5的内环面与下止推凸台6的下定位台阶61处形成狭缝，气体从狭缝进入转轴9的外表面并在转轴9的外表面及上法兰91的上端面与下端面均形成气膜。

气室形成于径向节流套10与气室外套7之间，气室外套7的内壁上部为倾斜面，下部为竖直面，竖直面与径向端环11的外环面形成密封，而气室设置在倾斜面与径向节流套10之间，所述的进气孔71穿透气室外套7并连通气室；倾斜面的目的是使得气室与下止推凸台6内部的气体通道19畅通，并容纳气体使得气体均匀通过狭缝进入转轴9表面。

如图4所示径向节流套10上狭缝的形成主要通过对其结构进行设计，径向节流套10呈环状包括节流套本体101、从节流套本体101两端面伸出的若干固定凸台102、从节流套本体101两端面伸出的节流凸台103，所述的节流凸台103呈环状，所述的节流凸台103位于固定凸台102内侧，在所述的节流凸台103与固定凸台102之间为气流通道104，相邻所述的固定凸台102之间为通气槽105，所述的通气槽105将气室与气流通道104连通，所述的节流凸台103的高度小于固定凸台102的高度，在安装完成之后，节流凸台103顶部分别与下止推凸台6、径向端盖11之间形成狭缝，为双列狭缝；固定凸台102通过螺钉与下止推凸台6、径向端盖11固定，气体从气室内通过通气槽105流入至气流通道104内，气流通道104内的气体通过双列狭缝进入至转轴9表面并形成气膜，该处气膜实现径向承载。

如图5所示径向端环11套设在转轴主体上，在端环本体111的端面向上伸出一环状凸台112，径向节流套10定位在环状凸台112内部，同时在径向端环11的外环面上设置第三密封环槽113，在该第三密封环槽113内设置密封圈。

如图8所示下止推凸台6的上端面设置第一通气环槽62，所述的下止推凸台6的下端面均设置第二通气环槽，其中第二通气环槽可以设置于气室外套7的顶部，主要用于连通气室外套7内的气室；所述的第一通气环槽62与第二通气环槽均与下止推凸台6内部的气体通道19连通，所述的第一通气环槽62与下定位台阶61处的狭缝连通；在下止推圆环5设置在下定位台阶61处，下止推圆环5内部的气体通道19与下止推凸台6内的气体通道19连通；气体从第二通气环槽进入至下止推凸台6内的气体通道19分为两路，第一路进入至下止推圆环5内部的气体通道19，第二路通过第一通气环槽62进入下定位台阶61处的狭缝之后在上上法兰91的下端面形成气膜，该处气膜实现轴向承载；同时，为了提高密封性，在所述的第一通气环槽62及第二通气环槽的外侧均开设第二密封环槽63，并在所述的第二密封环槽63内设置密封圈。

气体通过下止推圆环5内部的气体通道19进入至定距环4内部的气体通道19，之后进入上止推圆环5内部的气体通道19，最后进入上止推凸台2内部的气体通道19，为了降低噪音，在定距环4上增加消音器41。

如图6与图7所示上止推凸台2的下端面设置第三通气环槽22，所述的第三通气环槽22与上止推凸台2内部的气体通道19连通，所述的第三通气环槽22与上定位台阶21处的狭缝连通，上止推圆环3设置在上定位台阶21处；气体从气体通道19通过第三通气环槽22进入至上定位台阶21处的狭缝，并通过狭缝进入至上法兰91的上端面并形成气膜，该处气膜实现轴向承载；同时，为了提高密封性，在所述的第三通气环槽22的外侧开设第一密封环槽23，并在所述的第一密封环槽23内设置密封圈。

如图1、图2与图3所示驱动部件用于驱动转轴9旋转，包括用于固定的底座8、设置于底座8内部并与下法兰92连接的连接轴12、设置于连接轴12上的电机转子14、设置于底座8上的电机定子15、固定于连接轴12端部的圆光栅16以及设置于底座8上的读数头17，圆光栅16通过光栅法兰161固定于连接轴12的底部并随着连接轴12的转动而转动，读数头17通过读数头支架171固定于底座8上，所述的读数头17与圆光栅16配合，实现精确的角度位置反馈，从而实现气浮转台低速时具有较高的周向定位精度，同时在底座8上设置通孔83，在该通孔83内穿过线缆用于给电机供电并接收读数头的反馈；在连接轴12上设置霍尔元件用于测量电机的转速，进行精确定位；在底座8底部设置底座盖板18用于防止灰尘进入。

由于电机的转动存在发热现象，若没有冷却则会造成轴系的热变形，影响动态性能，通常是通过增加水冷套13进行降温操作，而水冷套13大都是分体式结构，加工和密封都很困难，冷却效果不理想；在所述的电机定子15与底座8之间设置水冷套13，在所述的水冷套13内通入冷却水，所述的水冷套13与底座8之间采用搅拌摩擦焊一体式封装，保证密封性的同时结构更加简单；在所述的水冷套13上开设冷却水槽131，在所述的底座8上设置冷却水进口81及冷却水出口82，所述的冷却水进口81与冷却水出口82连通至冷却水槽131，所述的水冷套13与底座8配合使得冷却水槽131与底座8内环面形成冷却水通道；水冷套13内部可预埋温度传感器对电机工作状况和冷却效果进行实时的监测。

综上，上述结构采用狭缝节流的方式用于对轴系进行支撑，由于不使用小孔节流的方式，故不存在气腔，避免了气锤现象，防止了微观跳动，故气浮轴承稳定性较好；同时在底座8与电机定子15之间加上水冷套13，并采用搅拌摩擦焊的方式实现水冷套的一体式封装，避免了泄露，同时增强了冷却效果，降低电机附近温升，提高转台的工作稳定性；从而提高气浮转台工作的稳定性和回转精度，并且通过安装圆光栅16实现转台低速时具有很高的周向定位精度，而高转速时通过电机的霍尔元件实现转速的精确控制。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种狭缝节流气浮转台，包括转轴(9)、设置于转轴(9)端面上的工作台(1)、驱动转轴(9)转动的驱动部件以及设置于转轴(9)上并支撑转轴(9)转动的气浮轴承，其特征在于，所述的转轴(9)包括转轴主体、位于转轴主体上的上法兰(91)与下法兰(92)，所述的工作台(1)设置在上法兰(91)上，所述的驱动部件设置在下法兰(92)上，所述的气浮轴承包括从上至下套设在转轴主体上的下止推凸台(6)、径向节流套(10)以及径向端环(11)，在所述的径向节流套(10)与径向端环(11)外侧套设气室外套(7)，所述的气室外套(7)的内壁与径向端环(11)之间形成密封，所述的气室外套(7)与径向节流套(10)之间形成气室；在所述的下止推凸台(6)的上端面外侧设置下定位台阶(61)，在所述的下定位台阶(61)上设置下止推圆环(5)；在所述的工作台(1)与上法兰(91)之间设置上止推凸台(2)，在所述的上止推凸台(2)的下端面外侧设置上定位台阶(21)，在所述的上定位台阶(21)上设置上止推圆环(3)，在所述的上止推圆环(3)与下止推圆环(5)之间设置定距环(4)；在所述的上止推凸台(2)、上止推圆环(3)、定距环(4)、下止推圆环(5)、下止推凸台(6)以及气室外套(7)上设置气体通道(19)，在所述的气室外套(7)上设置进气孔(71)与气体通道(19)连通；在所述的径向节流套(10)的上端面与下端面上形成狭缝，在所述的上止推圆环(3)的内环面与上止推凸台(2)的上定位台阶(21)处形成狭缝，在所述的下止推圆环(5)的内环面与下止推凸台(6)的下定位台阶(61)处形成狭缝，气体从狭缝进入转轴(9)的外表面并在转轴(9)的外表面形成气膜。

2.根据权利要求1所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，所述的气室外套(7)的内壁上部为倾斜面，所述的气室设置在倾斜面与径向节流套(10)之间，所述的进气孔(71)穿透气室外套(7)并连通气室。

3.根据权利要求1所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，所述的径向节流套(10)包括节流套本体(101)、从节流套本体(101)两端面伸出的若干固定凸台(102)、从节流套本体(101)两端面伸出的节流凸台(103)，所述的节流凸台(103)呈环状，所述的节流凸台(103)位于固定凸台(102)内侧，在所述的节流凸台(103)与固定凸台(102)之间为气流通道(104)，相邻所述的固定凸台(102)之间为通气槽(105)，所述的通气槽(105)将气室与气流通道(104)连通，所述的节流凸台(103)的高度小于固定凸台(102)的高度。

4.根据权利要求1所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，所述的下止推凸台(6)的上端面设置第一通气环槽(62)，所述的下止推凸台(6)的下端面均设置第二通气环槽，所述的第一通气环槽(62)、第二通气环槽均与下止推凸台(6)内部的气体通道(19)连通，所述的第二通气环槽连接气室，所述的第一通气环槽(62)与下定位台阶(61)处的狭缝连通。

5.根据权利要求4所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，在所述的第一通气环槽(62)及第二通气环槽的外侧均开设第二密封环槽(63)，并在所述的第二密封环槽(63)内设置密封圈。

6.根据权利要求1所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，所述的上止推凸台(2)的下端面设置第三通气环槽(22)，所述的第三通气环槽(22)与上止推凸台(2)内部的气体通道(19)连通，所述的第三通气环槽(22)与上定位台阶(21)处的狭缝连通。

7.根据权利要求6所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，在所述的第三通气环槽(22)的外侧开设第一密封环槽(23)，并在所述的第一密封环槽(23)内设置密封圈。

8.根据权利要求1所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，所述的驱动部件包括用于固定的底座(8)、设置于底座(8)内部并与下法兰(92)连接的连接轴(12)、设置于连接轴(12)上的电机转子(14)、设置于底座(8)上的电机定子(15)、固定于连接轴(12)端部的圆光栅(16)以及设置于底座(8)上的读数头(17)，所述的读数头(17)与圆光栅(16)配合；所述的圆光栅(16)跟随连接轴(12)转动。

9.根据权利要求8所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，在所述的电机定子(15)与底座(8)之间设置水冷套(13)，在所述的水冷套(13)内通入冷却水，所述的水冷套(13)与底座(8)之间采用搅拌摩擦焊一体式封装。

10.根据权利要求9所述的狭缝节流气浮转台，其特征在于，在所述的水冷套(13)上开设冷却水槽(131)，在所述的底座(8)上设置冷却水进口(81)及冷却水出口(82)，所述的冷却水进口(81)与冷却水出口(82)连通至冷却水槽(131)，所述的水冷套(13)与底座(8)配合使得冷却水槽(131)与底座(8)内环面形成冷却水通道。

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