CN207884431U - 一种气浮直线电导轨模块化组件装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气浮直线电导轨模块化组件装置，包括定子导轨部件、动子部件和检测部件；动子部件包括上气浮平台、气浮动子骨架和下气浮导轨平板，它们从上到下依次连接构成“工”字型结构，上气浮平台、气浮动子骨架、下气浮导轨平板与定子导轨部件之间构成充满气体的气膜间隙；气浮动子骨架与定子导轨部件构成电磁感应系统；本实用新型主要解决传统的直线电机定位精度不高、运动不平稳、安装调试不方便等问题，实现直线电机驱动与气浮静压导轨集成一体化组件，适合于超精密机床、超精密测量等设备的平动运动轴。

Description

一种气浮直线电导轨模块化组件装置

技术领域

本实用新型属于机械技术领域，具体涉及一种气浮直线电导轨模块化组件装置。

背景技术

近年来国内外对精密及超精密加工和测量设备需求量逐渐增加, 精密和超精密运动导轨及平台在光刻技术、超精密加工、生物检测技术、纳米表面形貌测量等领域具有了广泛的应用。精密和超精密运动导轨及平台能够实现加工或检测对象的精密运动和精确控制，是各种领域中精密加工和精密检测设备中的重要部件之一，包括光刻机、超精密数控机床、三坐标测量仪等。随着微电子技术、信息技术及生物工程等新兴科技领域的发展，加工和检测对象的特征尺寸逐步从毫米发展到微米、亚微米，目前已经达到纳米水平并向亚纳米发展，对精密和超精密运动导轨和平台提出了高精度、高分辨率、低振动、低污染等方面更为严格的要求。对精密和超精密运动导轨和平台中机构支承设计、驱动、控制、检测定位以及制造等多方面的关键技术提出了挑战。

超精密机床是实现超精密加工的首要基础条件,而导轨部件和动力驱动部件是超精密机床和测量设备中的关键部件。精密和超精密运动导轨和平台中传统的旋转伺服电机结合滚珠丝杠传动的导向方式已逐渐被无摩擦支撑技术和无摩擦直接驱动技术所取代。国内外工业界与学术界大量的研究人员不断研究和提升无摩擦支撑技术和无摩擦直接驱动和控制技术，提高精密和超精密运动导轨和平台的运动精度和定位精度。因此,研制新型高速精密驱动系统是国内外的研究热点。直线电机的出现解决传统进给伺服系统的不足，使得直线驱动技术在精密制造业和测量行业的应用日益广泛。但是现有的直线电机伺服驱动系统必须额外配置外加导轨，而且外加导轨的直线导轨副的摩擦阻力直接反应到电机动子上，使得直线电机的精度、稳定性以及安装都造成了很大影响。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种气浮直线电导轨模块化组件装置，主要解决直线电机定位精度不高、运动不平稳、安装调试不方便等问题。

本实用新型的技术方案为：

一种气浮直线电导轨模块化组件装置，包括定子导轨部件、动子部件和检测部件；

所述定子导轨部件包括支撑基座、两组背铁和两组支撑板，所述支撑基座包括一体形成的水平台和水平台的上端面中央的长凸台，所述两组背铁竖直固定在长凸台两侧的水平台上，所述两组背铁之间形成纵向导轨缝隙，在两组背铁相对的侧端面上均设置有永磁体和氧化铝陶瓷；所述两组支撑板分别设置于两组背铁两端的支撑基座上，两组支撑板分别与两组背铁垂直；

所述动子部件包括上气浮平台、气浮动子骨架和下气浮导轨平板，所述上气浮平台、气浮动子骨架和下气浮导轨平板从上到下依次连接构成“工”字型结构，所述上气浮平台与两组背铁的上端面之间构成充满气体的气膜间隙；所述气浮动子骨架与两组背铁的内侧之间均构成充满气体的气膜间隙；所述下气浮导轨平板与支撑基座的长凸台上端面之间构成充满气体的气膜间隙；所述气浮动子骨架内设置有若干列三相线圈，气浮动子骨架与其两侧的两组背铁小间隙相邻，气浮动子骨架与两组背铁构成电磁感应系统；

所述检测部件包括精密标尺光栅和光栅读数头，所述标尺光栅设置于一组背铁的外侧端面上部，所述光栅读数头设置于上气浮平台上并与所述标尺光栅相邻感应。

进一步的，所述上气浮平台内设置有上平台进气气路和上平台吸气气路，在上气浮平台的下端面上对应设置多个进气节流器和多个吸气嘴，所述多个进气节流器和多个吸气嘴分别与进气气路和吸气气路连通；在上气浮平台侧壁上设置上平台进气管接头和上平台吸气管接头，上平台进气管接头和上平台吸气管接头分别与上平台进气气路和上平台吸气气路连通。

进一步的，在所述两组支撑板上端分别设置有防撞缓冲部件。

进一步的，在所述两组背铁的外表面两端设置有限位开关。

本实用新型的有益效果：

1．根据超精密气浮静压导轨组件的工作载荷要求，通过合理设置进气压力和吸气压力，使上气浮定位平台在一个最佳的工作状态，气浮定位平台还可以承受双向载荷，可以大幅度提高气浮静压导轨的刚度和稳定性，而且克服运动过程中扰动产生的颠覆力。

2．通过特殊工艺将其与气浮动子骨架固化为一整体，不仅实现气浮静压导轨与直线电机动子合而为一的一体化模块结构，而且提供了精确的运动和动力，为超精密机床和超精密测量设备的提供了一种非常好的集成模块化结构的超精密直驱气浮静压导轨运动组件。

3. 通过上气浮定位平台7、下气浮导轨平板15与气浮动子骨架的相互组装和联接，实现了超精密直驱气浮静压导轨组件的动子部件形成“工”型的结构布局，不仅可以实现很好的运动驱动和超精密导向、定位，而且可以实现承受双向承载克服更大双向颠覆力距。

附图说明

图1为本实用新型装置的整体结构示意图；

图2 为图1的俯视图；

图3为图1的右侧视图；

图4为本实用新型定子导轨部件的气路总示意图；

图5为本实用新型上气浮定位平台的主视图

图6为图5的B-B侧剖视图；

图7为本实用新型气浮动子骨架的主视图;

图8为图7的A-A侧剖视图；

图9为本实用新型下气浮导轨平板的主视图;

图10为图9的C-C侧剖视图；

图中，1.支承基座，2.永磁体，3.氧化铝陶瓷层，4.背铁，5.支承板，6.防撞缓冲部件，7.上气浮定位平台，7-1.上平台多孔集成节流器，7-2.上平台吸气嘴，7-3.上平台进气气路，7-4.上平台吸气气路，8.限位开关，9.光栅读数头，10.精密标尺光栅，11.上平台进气管接头，12.动子骨架进气管接头，13.上平台出气管接头，14.气浮动子骨架，14-1.动子骨架多孔集成节流器，14-2.动子骨架进气气路，14-3三相线圈，15.下气浮导轨平板，15-1下平板进气气路，15-2下平板多孔集成节流器，16.下平板进气管接头，17.电缆接口。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

本实用新型的主要目的是针对当前超精密测试和加工领域对高速、高加速驱动伺服系统和高精密的定位、运动的要求，如何使超精密机床快速而高效地响应市场需求的变化，使其具有模块化结构和可重构能力，能够通过对超精密机床组成部件或模块的重组与更替，及时、高效地满足超精密加工零件的各种变化需求。本实用新型结合长期以来对气浮静压导轨理论相关技术的研究以及结合直线电机驱动技术提出直线电机驱动的超精密气浮静压导轨模块化组件的相关关键技术的研究。

现有的直线电机伺服驱动系统必须额外配置外加导轨，而且外加导轨的直线导轨副的摩擦阻力直接反应到电机动子上，使得直线电机的精度、稳定性以及安装都造成了很大影响。本实用新型的主要目的是提供一种气浮直线电导轨模块化组件装置，主要解决直线电机定位精度不高、运动不平稳、安装调试不方便等问题，实现直线电机驱动与气浮静压导轨集成一体化组件，适合于超精密机床、超精密测量等设备的平动运动轴。

下面通过具体实施例对本实用新型进行详细的说明：

参见图1-图4，一种气浮直线电导轨模块化组件装置，包括定子导轨部件、动子部件和检测部件。

定子导轨部件包括支撑基座1、两组背铁4和两组支撑板5，支撑基座1包括一体形成的水平台和水平台的上端面中央的长凸台，所述两组背铁4竖直固定在长凸台两侧的水平台上，两组背铁4之间形成纵向导轨缝隙，在两组背铁4相对的侧端面上均固定连接有永磁体2和氧化铝陶瓷3；两组支撑板5分别设置于两组背铁4两端的支撑基座1上，两组支撑板5分别与两组背铁4垂直。

动子部件包括上气浮平台7、气浮动子骨架14和下气浮导轨平板15，所述上气浮平台7、气浮动子骨架14和下气浮导轨平板15从上到下依次通过螺栓连接构成“工”字型结构，上气浮平台7与两组背铁4的上端面之间构成充满气体的气膜间隙；气浮动子骨架14与两组背铁4的内侧之间均构成充满气体的气膜间隙；下气浮导轨平板15与支撑基座1的长凸台上端面之间构成充满气体的气膜间隙；气浮动子骨架14内设置有若干列三相线圈14-3，气浮动子骨架14与其两侧的两组背铁4小间隙相邻，气浮动子骨架14与两组背铁4构成电磁感应系统，三相线圈14-3外接电缆接口17。

检测部件包括精密标尺光栅10和光栅读数头9，所述标尺光栅10设置于一组背铁4的外侧端面上部，光栅读数头9设置于上气浮平台上并与所述标尺光栅10相邻感应，在两组背铁4的外表面两端设置有限位开关8，为了防止动子部件超限位。

在两组支撑板5上端分别设置有防撞缓冲部件6，防止动子部件速度太高超过限位开关8的位置，实现二次安全设置防护。

参见图5和图6，上气浮平台7内设置有上平台进气气路7-3和上平台吸气气路7-4，在上气浮平台7的下端面上对应设置四个上平台多孔进气节流器7-1和四个上平台吸气嘴7-2，上平台多孔进气节流器7-1的小孔直径在φ0.1－0.2mm，上平台吸气嘴7-2直径在φ0.3－0.5mm，四个进气节流器和四个吸气嘴分别与进气气路和吸气气路连通，可以产生负压使定位平台压向导轨承载面。在上气浮平台7侧壁上设置上平台进气管接头11和上平台吸气管接头13，上平台进气管接头11和上平台吸气管接头13分别与上平台进气气路7-3和上平台吸气气路7-4连通。为了保证气路的加工方便性，在每个气路右端设置工艺孔是打通的，为了保证每个气路的密封性在右端都安装有柱塞；根据超精密气浮静压导轨组件的工作载荷要求，通过合理设置进气压力和吸气压力，使上气浮定位平台7在一个最佳的工作状态，气浮定位平台还可以承受双向载荷，可以大幅度提高气浮静压导轨的刚度和稳定性，而且克服运动过程中扰动产生的颠覆力。

在气浮动子骨架14上设置有两路动子骨架进气气路14-2，动子骨架进气气路14-2与动子骨架进气管接头12连通，参见图7和图8，上进气气路为左右两侧列的气路供气，下进气气路为中间两列的气路供气，每列气路上设置有四个动子骨架多孔集成节流器14-1，保证各气路供气充分和气路平稳，避免单路供气气体流量供应不足；为了保证气浮动子骨架14运动的平稳性，在气浮动子骨架14左右两侧面均设置有动子骨架多孔集成节流器14-1；为了保证气路的加工方便性，在每列气路上端或下端设置有工艺孔，为了保证每个气路的密封性在上端或下端都安装有柱塞；为了保证气浮动子骨架14与上气浮定位平台7和下气浮导轨平板15的正确和牢固的联接，在气浮动子骨架14上、下侧面各开有八个螺纹孔。为了实现扁平型直线电机的动子提供动力，气浮动子骨架14内部按照参数性能要求排布有若干列三相线圈14-3，通过特殊工艺将其与气浮动子骨架14固化为一整体，不仅实现气浮静压导轨与直线电机动子合而为一的一体模块化结构，而且提供了精确的运动和动力，为超精密机床和超精密测量设备的提供了一种非常好的集成模块化结构的超精密直驱气浮静压导轨运动组件。

在下气浮导轨平板15上设置有两路下平板进气气路15-1，下平板进气气路15-1与下平板进气管接头16连通，参见图9和图10，下平板进气气路15-1的左右两列的气路同时供气，每列气路上设置有四个下平板多孔集成节流器15-2；为了保证下气浮导轨平板15与气浮动子骨架14正确和牢固的联接，在下气浮导轨平板15上表面开有八个螺纹孔。通过上气浮定位平台7、下气浮导轨平板15与气浮动子骨架14的相互组装和联接，实现了超精密直驱气浮静压导轨组件的动子部件形成“工”型的结构布局，不仅可以实现很好的运动驱动和超精密导向、定位，而且可以实现承受双向承载克服更大双向颠覆力距。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种气浮直线电导轨模块化组件装置，其特征在于，包括定子导轨部件、动子部件和检测部件；

所述定子导轨部件包括支撑基座（1）、两组背铁（4）和两组支撑板（5），所述支撑基座（1）包括一体形成的水平台和水平台的上端面中央的长凸台，所述两组背铁（4）竖直固定在长凸台两侧的水平台上，所述两组背铁（4）之间形成纵向导轨缝隙，在两组背铁（4）相对的侧端面上均设置有永磁体（2）和氧化铝陶瓷（3）；所述两组支撑板（5）分别设置于两组背铁（4）两端的支撑基座（1）上，两组支撑板（5）分别与两组背铁（4）垂直；

所述动子部件包括上气浮平台（7）、气浮动子骨架（14）和下气浮导轨平板（15），所述上气浮平台（7）、气浮动子骨架（14）和下气浮导轨平板（15）从上到下依次连接构成“工”字型结构，所述上气浮平台（7）与两组背铁（4）的上端面之间构成充满气体的气膜间隙；所述气浮动子骨架（14）与两组背铁（4）的内侧之间均构成充满气体的气膜间隙；所述下气浮导轨平板（15）与支撑基座（1）的长凸台上端面之间构成充满气体的气膜间隙；所述气浮动子骨架（14）内设置有若干列三相线圈，气浮动子骨架（14）与其两侧的两组背铁（4）小间隙相邻，气浮动子骨架（14）与两组背铁（4）构成电磁感应系统；

所述检测部件包括精密标尺光栅（10）和光栅读数头（9），所述标尺光栅（10）设置于一组背铁（4）的外侧端面上部，所述光栅读数头（9）设置于上气浮平台上并与所述标尺光栅（10）相邻感应。

2.根据权利要求1所述的气浮直线电导轨模块化组件装置，其特征在于，所述上气浮平台（7）内设置有上平台进气气路（7-3）和上平台吸气气路（7-4），在上气浮平台（7）的下端面上对应设置多个进气节流器和多个吸气嘴，所述多个进气节流器和多个吸气嘴分别与进气气路和吸气气路连通；在上气浮平台（7）侧壁上设置上平台进气管接头（11）和上平台吸气管接头（13），上平台进气管接头（11）和上平台吸气管接头（13）分别与上平台进气气路（7-3）和上平台吸气气路（7-4）连通。

3.根据权利要求1所述的气浮直线电导轨模块化组件装置，其特征在于，在所述两组支撑板（5）上端分别设置有防撞缓冲部件（6）。

4.根据权利要求1或2所述的气浮直线电导轨模块化组件装置，其特征在于，在所述两组背铁（4）的外表面两端设置有限位开关（8）。