CN117086655B - 一种高精度微小型空气静压气浮转台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度微小型空气静压气浮转台，涉及超精密加工技术，一种高精度微小型空气静压气浮转台包括转台基体，转台基体底侧设有转台基座，转台基座包括上基板和下基板，下基板与上基板相对侧设有平衡基台，平衡基台侧方环绕设有多个稳定件，平衡基台包括上折弯环板和下折弯环板，下折弯环板收容上折弯环板一侧，下折弯环板和上折弯环板之间设有环形的第一腔体，第一腔体内设有平衡球，上折弯环板一侧与下基板固连接，上折弯环板另一侧与上基板下侧抵接。本发明的目的在于提供一种精度高、稳定性好且水平性极佳的一种高精度微小型空气静压气浮转台。

Description

一种高精度微小型空气静压气浮转台

技术领域

本发明属于超精密加工技术，具体涉及一种高精度微小型空气静压气浮转台。

背景技术

精密和超精密加工技术是机械制造业中最重要的部分之一，直接对尖端技术和国防工业的发展产生深远的影响，而且还影响着民用机械产品的精度和表面质量，影响着产品的国际竞争力。世界各国都非常重视发展精密和超精密加工技术，把它作为发展先进制造技术中的优先发展内容。

在精密和超精密加工中，超精密机床的质量，取决于其各个部件的质量，转台作为大多数机床的重要部件，其精度会直接影响零件的加工精度。空气静压轴承具有很多的优点：有很高的回转精度，而且平稳；在高转速下摩擦发热小，温升也很小，因此造成的热变形误差很小，驱动功率要求小，不易污染等；因此广泛应用于高精度转台中。对于精密和超精密加工设备中转台的设计，应遵循零部件少、结构简单、装配性能好、尺寸稳定性好的原则，从而使转台达到极高的回转精度和稳定性。

现有技术如名为《一种气浮转台》的发明专利，此发明专利的公开号为WO2015043228A1。此发明包括气浮轴及气浮套。气浮轴包括轴部以及设置于轴部相对两端的顶部与底部。顶部包括与底部相对的上止推面，底部包括与顶部相对下止推面。气浮套包括位于顶部的上气浮面及位于底部的下气浮面，上气浮面与上止推面间隙配合，下气浮面与下止推面间隙配合，气浮套内表面与轴部外表面间隙配合。上气浮面、下气浮面以及气浮套内表面上设置有若干与外部高压气源连接的出气孔。此发明的气浮转台中气浮套设置有相对的两个上气浮面与下气浮面，从而提高了气浮转台的轴向静刚度、旋转刚度以及轴向回转精度，使放置其上待加工或检测工件始终处于一个稳定的高度，不会因气压的改变而改变。此发明的只是在上气浮面、下气浮面以及气浮套内表面上设置有若干与外部高压气源连接的出气孔，出气孔用于实现气浮转台的轴向静刚度、旋转刚度以及轴向回转精度处于较高的水平，但自身产生的震动和转动趋势无法消除，易于造成水平度的微小偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、稳定性好且水平性极佳的一种高精度微小型空气静压气浮转台。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种高精度微小型空气静压气浮转台，包括转台基体，转台基体底侧设有转台基座，转台基座包括上基板和下基板，下基板与上基板相对侧设有平衡基台，平衡基台外侧环绕设有多个稳定件；

平衡基台包括上折弯环板和下折弯环板，下折弯环板收容上折弯环板一侧，下折弯环板和上折弯环板之间设有环形的第一腔体，第一腔体内设有平衡球，上折弯环板一侧与下基板固连接，上折弯环板另一侧与上基板下侧抵接。

通过对一种高精度微小型空气静压气浮转台整体的设计，在转台基体底侧设有转台基座，通过上基板与下基板之间设置有平衡基台，通过上折弯环板顶侧与上基板底侧相抵接，可以实现当转台基体发生轻微的偏斜时，偏斜一侧的上基板会发生倾斜，实现对这一侧的上折弯环板挤压，此时转台基体偏斜一侧的第一腔体空间被压缩，由于第一腔体内收容不少于一个的平衡球，平衡球移动至空间不被挤压的一侧，即实现平衡球对整体装置的重心的控制，在这个过程中，平衡球移动实现整体装置重心的移动，转台发生轻微偏斜就会被平衡基体自动纠正，实现了转台基体自动水平且平衡。其中，上折弯环板和下折弯环板所创造的第一腔体为封闭空间，且上折弯环板在被收容时与下折弯环板之间具有一定的间距，可以实现上折弯环板的活动效果，同时在转台基体发生震动会向下传递至平衡基台上，第一腔体内平衡球与上折弯环板体之间留有一定的缝隙，此时震动传递至上折弯环板体时会通过第一腔体的冲击或震动吸收，防止轻微震动对平衡球的影响，同时可以降低震动对整体装置的影响，提高精度。在转台基体工作过程中，转台基体内的转动电机会带动主轴转动，在这个过程中会对壳体造成转动趋势，在平衡基体周围设有多个稳定件，稳定件可用于对转动趋势进行吸收，实现整体装置在运转过程中平稳。

根据本发明一实施例，第一腔体内设有第一缓冲基体，第一缓冲基体顶部设有槽体，所述第一缓冲基体收容上折弯环板体一端，槽体内设有弹性件。

通过上述设计，通过第一缓冲基体开设槽体，且槽体内收容上折弯环板一端，可以实现当上折弯环板一侧受到挤压时，上折弯环板被收容端不会与下折弯环板内侧相接触，即可以上折弯环板被收容端沿既定的路线进入到槽体内，即实现上折弯环板在下压过程中的轨迹是一定的，有利于防止下折弯环板与上折弯环板之间发生剐蹭，提高整体装置的精度；此外，槽体内设有弹性件，在上折弯环板在一侧受到下压时，下压一侧的弹性件会受到挤压的力，另一侧的弹性件会受到拉伸的力，弹性件会对上折弯环板实现限位，防止上折弯环板倾斜角度过大导致事故的发生。更进一步的，弹性件为第二弹簧。

根据本发明一实施例，稳定件包括两相对设置的第一板体，两第一板体之间设有第二板体，第一板体和第二板体之间设有第一连接板，第一连接板两端分别与第一板体和第二板体铰接，两第一板体分别连接上基板和下基板；

第二板体上设有调节板，稳定件还包括第一弹簧，第一弹簧两端分别连接第一连接板和调节板，调节板用于调节第一弹簧的长度。

通过上述设计，稳定件通过第一弹簧限位的作用，实现通过第一弹簧的张力实现对两相对的第一板体之间对距离的控制，即通过第一弹簧控制第一板体和第二板体之间的距离，其中第一弹簧两端分别连接调节板和第一连接板，同时调节板与第一连接板上均设有多个调节孔，第一弹簧端部接入不同的调节孔，进而实现第一弹簧的张力的改变，有利于针对不同的转台基体可以通过改变第一弹簧对张力实现支撑和稳定，通过在平衡基台环绕设有多个稳定件，可以实现对转台基体的承托，都转台基体向下传递震动的过程中，会通过第一弹簧对震动吸收；同时，转台基体在运转过程中，会产生一定的转动趋势，第一弹簧可以实现对转动趋势能量的吸收，进而防止转台基体发生转动，进而实现对转动角度控制更加精准。

根据本发明一实施例，第一板体和第二板体之间设有第二连接板，第二连接板两端分别与第一板体和第二板体铰接。

通过上述设计，第二板体和第二连接板的设置，可以提高稳定件的稳定性，实现对上部转台基体的支撑能力，同时可以实现对第一弹簧的一个限位，即可以防止第一弹簧拉伸过度，提过整体装置的稳定性和使用寿命。稳定件的整体设计可以降低或防止气浮转台出现水平方向的位移或水平角度的变化，同时可以防止气浮转台发生转动或震动。

根据本发明一实施例，转台基体包括壳体，壳体内收容有主轴，壳体内侧设有转动电机，转动电机用于实现主轴转动，壳体顶侧设有旋转板，旋转板与主轴连接，主轴靠近旋转板一侧设有支持盘，壳体内设有多个气浮轴承。

通过上述设计，转动电机包括定子和转子，定子固定在壳体内壁，转子设置在主轴对应位置，转动电机用于控制主轴的转动；气浮轴承与支撑盘对应设置，其中气浮轴承在支撑盘上侧面、下侧面以周向均对应设置，通过气浮轴承可以实现对支撑盘的支撑和气浮，将支持盘设置在顶侧可以提高转向的精度，多个方向设有气浮轴承可以实现均匀提供支持力，在长时间运转过程中可以降低主轴的形变量，进一步提高精度。

根据本发明一实施例，壳体内布设有气管，气管与气浮轴承连接，气管临近气浮轴承处设有膨胀腔体，气管在与气浮轴承连接处延伸设有延伸管，气管与气浮轴承相对处设有凸起。

通过上述设计，膨胀腔体的设计可以实现对来自气管的气体流速增加，保证气体流入气浮轴承时的流速，同时气管与气浮轴承连接处设有延伸管，延伸管对设置可以实现对气体气压的稳定性的控制，即当气体气压发生波动时，通过延伸管可以吸收或排出气体，进而实现气体在进入到气浮轴承时，气压的稳定性，可以提高气浮轴承形成气膜的稳定性；此外，当气体停止供应时，存储在膨胀腔体和延伸管道内的气体会在气体停止供应时排出，可以防止支持盘与气浮轴承发生碰撞；此外，气管与气浮轴承相对处设有凸起可以实现对气体的导流，实现气体导流向气浮轴承，可以进一步提高气流进入到气浮轴承时的压力，可以实现快速控制气膜形成速度，且通过不同膨胀腔体的设计以及凸起的不同区域之间的气膜厚度，实现气转台基体在运转过程中同轴度的保证，无偏轴的问题。

附图说明

图1为一种高精度微小型空气静压气浮转台配合示意图；

图2为图1中A处放大示意图；

图3为图1中B处放大示意图；

图4为图1中C处放大示意图；

图5为下基板俯视示意图；

图6为稳定件部分俯视示意图；

图7为气浮轴承套正视示意图；

图8为气浮轴承套立体示意图。

附图标号：转台基体1，壳体11，主轴12，转动电机13，旋转板14，支持盘15，气浮轴承16，气管17，膨胀腔体171，延伸管172，凸起173，气浮轴承套18，套基体181，定位槽182，限位环体183，波形片184，转台基座2，上基板21，下基板22，平衡基台3，上折弯环板31，下折弯环板32，第一腔体33，平衡球34，第一缓冲基体35，槽体36，弹性件37，稳定件4，第一板体41，第二板体42，第一连接板43，调节板44，第一弹簧45，第二连接板46。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

如图1、图2、图3、图5和图6所示，一种高精度微小型空气静压气浮转台，包括转台基体1，转台基体1底侧设有转台基座2，转台基座2包括上基板21和下基板22，下基板22与上基板21相对侧设有平衡基台3，平衡基台3外侧环绕设有多个稳定件4；

平衡基台3包括上折弯环板31和下折弯环板32，下折弯环板32收容上折弯环板31一侧，下折弯环板32和上折弯环板31之间设有环形的第一腔体33，第一腔体33内设有平衡球34，上折弯另一侧与下基板22固连接，上折弯环板31上侧面与上基板21下侧抵接。

通过对一种高精度微小型空气静压气浮转台整体的设计，在转台基体1底侧设有转台基座2，通过上基板21与下基板22之间设置有平衡基台3，通过上折弯环板31顶侧与上基板21底侧相抵接，可以实现当转台基体1发生轻微的偏斜时，偏斜一侧的上基板21会发生倾斜，实现对这一侧的上折弯环板31挤压，此时转台基体1偏斜一侧的第一腔体33空间被压缩，由于第一腔体33内收容不少于一个的平衡球34，平衡球34移动至空间不被挤压的一侧，即实现平衡球34对整体装置的重心的控制，在这个过程中，平衡球34移动实现整体装置重心的移动，转台发生轻微偏斜就会被平衡基体自动纠正，实现了转台基体1自动水平且平衡。其中，上折弯环板31和下折弯环板32所创造的第一腔体33为封闭空间，且上折弯环板31在被收容时与下折弯环板32之间具有一定的间距，可以实现上折弯环板31的活动效果，同时在转台基体1发生震动会向下传递至平衡基台3上，第一腔体33内平衡球34与上折弯环板31体之间留有一定的缝隙，此时震动传递至上折弯环板31体时会通过第一腔体33的冲击或震动吸收，防止轻微震动对平衡球34的影响，同时可以降低震动对整体装置的影响，提高精度。在转台基体1工作过程中，转台基体1内的转动电机13会带动主轴12转动，在这个过程中会对壳体11造成转动趋势，在平衡基体周围设有多个稳定件4，稳定件4可用于对转动趋势进行吸收，同时实现整体装置在运转过程中平稳。

第一腔体33内设有第一缓冲基体35，第一缓冲基体35顶部设有槽体36，第一缓冲基体35收容上折弯环板31体一端，槽体36内设有弹性件37。

通过上述设计，通过第一缓冲基体35开设槽体36，且槽体36内收容上折弯环板31一端，可以实现当上折弯环板31一侧受到挤压时，上折弯环板31被收容端不会与下折弯环板32内侧相接触，同时上折弯环板31被收容端沿既定的路线进入到槽体36内，即实现上折弯环板31在下压过程中的轨迹是一定的，有利于防止下折弯环板32与上折弯环板31之间发生剐蹭，提高整体装置的精度；此外，槽体36内设有弹性件37，在上折弯环板31在一侧受到下压时，下压一侧的弹性件37会受到挤压的力，另一侧的弹性件37会受到拉伸的力，弹性件37会对上折弯环板31实现限位，防止上折弯环板31倾斜角度过大导致事故的发生。更进一步的，弹性件37为第二弹簧。

稳定件4包括两相对设置的第一板体41，两第一板体41之间设有第二板体42，第一板体41和第二板体42之间设有第一连接板43，第一连接板43两端分别与第一板体41和第二板体42铰接，两第一板体41分别连接上基板21和下基板22；

第二板体42上设有调节板44，稳定件4还包括第一弹簧45，第一弹簧45两端分别连接第一连接板43和调节板44，调节板44用于调节第一弹簧45的长度。

通过上述设计，稳定件4通过第一弹簧45限位的作用，实现通过第一弹簧45的张力实现对两相对的第一板体41之间对距离的控制，即通过第一弹簧45控制第一板体41和第二板体42之间的距离，其中第一弹簧45两端分别连接调节板44和第一连接板43，同时调节板44与第一连接板43上均设有多个调节孔，第一弹簧45端部接入不同的调节孔，进而实现第一弹簧45的张力的改变，有利于针对不同的转台基体1可以通过改变第一弹簧45对张力实现支撑和稳定，通过在平衡基台3环绕设有多个稳定件4，可以实现对转台基体1的承托，都转台基体1向下传递震动的过程中，会通过第一弹簧45对震动吸收；同时，转台基体1在运转过程中，会产生一定的转动趋势，第一弹簧45可以实现对转动趋势能量的吸收，进而防止转台基体1发生转动，进而实现对转动角度控制更加精准。

第一板体41和第二板体42之间设有第二连接板46，第二连接板46两端分别与第一板体41和第二板体42铰接。

通过上述设计，第二板体42和第二连接板46的设置，可以提高稳定件4的稳定性，实现对上部转台基体1的支撑能力，同时可以实现对第一弹簧45的一个限位，即可以防止第一弹簧45拉伸过度，提过整体装置的稳定性和使用寿命。稳定件4的整体设计可以降低或防止气浮转台出现水平方向的位移或水平角度的变化，同时可以防止气浮转台发生转动或震动。

实施例2：

如图1和图4所示，根据本发明另一实施方式的一种高精度微小型空气静压气浮转台，与实施例1相比不同之处在于，转台基体1包括壳体11，壳体11内收容有主轴12，壳体11内侧设有转动电机13，转动电机13用于实现主轴12转动，壳体11顶侧设有旋转板14，旋转板14与主轴12连接，主轴12靠近旋转板14一侧设有支持盘15，壳体11内设有多个气浮轴承16。

通过上述设计，转动电机13包括定子和转子，定子固定在壳体11内壁，转子设置在主轴12对应位置，转动电机13用于控制主轴12的转动；气浮轴承16与支持盘15对应设置，其中气浮轴承16在支持盘15上侧面、下侧面以周向均对应设置，通过气浮轴承16可以实现对支持盘15的支撑和气浮，将支持盘15设置在顶侧可以提高转向的精度，多个方向设有气浮轴承16可以实现均匀提供支持力，在长时间运转过程中可以降低主轴12的形变量，进一步提高精度。

壳体11内布设有气管17，气管17与气浮轴承16连接，气管17上设有膨胀腔体171，气管17在与气浮轴承16连接处延伸设有延伸管172，气管17与气浮轴承16相对处设有凸起173。

通过上述设计，膨胀腔体171的设计可以实现对来自气管17的气体流速增加，保证气体流入气浮轴承16时的流速，同时气管17与气浮轴承16连接处设有延伸管172，延伸管172对设置可以实现对气体气压的稳定性的控制，即当气体气压发生波动时，通过延伸管172可以吸收或排出气体，进而实现气体在进入到气浮轴承16时，气压的稳定性，可以提高气浮轴承16形成气膜的稳定性；此外，当气体停止供应时，存储在膨胀腔体171和延伸管172道内的气体会在气体停止供应时排出，可以防止支持盘15与气浮轴承16发生碰撞；此外，气管17与气浮轴承16相对处设有凸起173可以实现对气体的导流，实现气体导流向气浮轴承16，可以进一步提高气流进入到气浮轴承16时的压力，可以实现快速控制气膜形成速度，且通过不同膨胀腔体171的设计以及凸起173的不同区域之间的气膜厚度，实现气转台基体1在运转过程中同轴度的保证，无偏轴的问题。

实施例3：

如图7和图8所示，根据本发明另一实施方式的一种高精度微小型空气静压气浮转台，与实施例2相比不同之处在于，气浮轴承16端部设有气浮轴承套18，气浮轴承套18包括套基体181，套基体181内环绕设有多个定位槽182，套基体181内套设有限位环体183，限位环体183一侧设有缺口，限位环体183缺口处延伸并固定在定位槽182内；

限位环体183和套基体181之间设有波形片184，波形片184端部固定在定位槽182内。

通过上述设计，当气浮轴承16气体向外排出时，气体会经过限位环体183，限位环体183在气体的冲击下会扩张，限位环体183在扩张的过程中会受到波形片184的限制，进而实现对气体排出的控制，从而实现对气体压强的控制；当气浮轴承16排出气体压力不稳时，在波形片184会对限位环体183的冲击和震动吸收，实现稳定气体压力；此外，气浮轴承套18可以对气浮轴承16进行保护，即当气体停止供应时，防止支持盘15与气浮轴承16直接接触导致气浮轴承16的损坏。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高精度微小型空气静压气浮转台，包括转台基体（1），其特征在于，所述转台基体（1）底侧设有转台基座（2），所述转台基座（2）包括上基板（21）和下基板（22），所述下基板（22）与上基板（21）相对侧设有平衡基台（3），所述平衡基台（3）外侧环绕设有稳定件（4）；

所述平衡基台（3）包括上折弯环板（31）和下折弯环板（32），所述下折弯环板（32）收容上折弯环板（31）一侧，所述下折弯环板（32）和上折弯环板（31）之间设有环形的第一腔体（33），所述第一腔体（33）内设有平衡球（34），所述上折弯环板（31）一侧与下基板（22）固连接，所述上折弯环板（31）另一侧与上基板（21）下侧抵接；

所述稳定件（4）包括两相对设置的第一板体（41），两所述第一板体（41）之间设有第二板体（42），所述第一板体（41）和第二板体（42）之间设有第一连接板（43），所述第一连接板（43）两端分别与第一板体（41）和第二板体（42）铰接，两所述第一板体（41）分别连接上基板（21）和下基板（22）；

所述第二板体（42）上设有调节板（44），所述稳定件（4）还包括第一弹簧（45），所述第一弹簧（45）两端分别连接第一连接板（43）和调节板（44），所述调节板（44）用于调节第一弹簧（45）的长度。

2.根据权利要求1所述一种高精度微小型空气静压气浮转台，其特征在于，所述第一腔体（33）内设有第一缓冲基体（35），所述第一缓冲基体（35）顶部设有槽体（36），所述第一缓冲基体（35）收容上折弯环板（31）一端，所述槽体（36）内设有弹性件（37）。

3.根据权利要求1所述一种高精度微小型空气静压气浮转台，其特征在于，所述第一板体（41）和第二板体（42）之间设有第二连接板（46），所述第二连接板（46）两端分别与第一板体（41）和第二板体（42）铰接。

4.根据权利要求1所述一种高精度微小型空气静压气浮转台，其特征在于，所述转台基体（1）包括壳体（11），所述壳体（11）内收容有主轴（12），所述壳体（11）内侧设有转动电机（13），所述转动电机（13）用于实现主轴（12）转动，所述壳体（11）顶侧设有旋转板（14），所述旋转板（14）与主轴（12）连接，所述主轴（12）靠近旋转板（14）一侧设有支持盘（15），所述壳体（11）内设有气浮轴承（16）。

5.根据权利要求4所述一种高精度微小型空气静压气浮转台，其特征在于，所述壳体（11）内布设有气管（17），所述气管（17）与气浮轴承（16）连接，所述气管（17）上设有膨胀腔体（171），所述气管（17）在与气浮轴承（16）连接处延伸设有延伸管（172）。