CN102632398A - 高精度高刚度闭式空气静压导轨 - Google Patents

Abstract

高刚度高精度封闭式空气静压导轨，属于超精密加工领域。该装置包括底座、左立柱、导轨、溜板、卸荷导轨、卸荷溜板、卸荷弹簧、右立柱和静压气腔，底座(1)上方是竖直左右对称放置的用来支撑导轨(3)和卸荷导轨(5)的左立柱(2)和右立柱(8)，导轨(3)和卸荷导轨(5)水平设置，并且导轨设置在卸荷导轨下方；导轨上设置溜板，卸荷导轨上设置卸荷溜板(6)；导轨和溜板(4)之间是封闭式的，两者之间每个方向上都设置有静压气腔(9)，并且静压气腔的表面上设计了由小孔节流和表面节流复合节流装置来提高溜板的刚度，同时，溜板和卸荷溜板之间有卸荷弹簧连接，二者做同步运动，把溜板及其承担的重量都转移到卸荷导轨上面，导轨只承担自身重量。本发明能达到高的精度及承载刚度。

Description

高精度高刚度闭式空气静压导轨

技术领域

本发明涉及一种闭式空气静压导轨，具体涉及一种适用于大型立式超精密加工机床上的空气静压导轨，要求达到高的精度及承载刚度。

背景技术

导轨***广泛应用于超精密加工设备中，是超精密机床进行加工的核心部分，它的直线度、定位精度、刚度等指标将直接影响机床的加工精度。导轨要求满足大型机床长的行程，高刚度，转动平稳，无振动，这些指标直接影响到机床的加工精度。目前国产的高精度、高刚度大型数控精密机床和加工中心所用的空气静压导轨，仍然主要从国外进口。现有导轨结构形式目前有开式和闭式两种，闭式空气静压导轨可承受各方向载荷和颠覆力矩，承载能力强，有高的精度和刚度。近年来，国内对于空气静压导轨的生产精度及刚度不能满足我们使用性能要求，高精度、高刚度、对驱动方式、节流方式、气腔结构等一系列问题都尚待进一步深入研究，现在的节流方式有多孔石墨节流、小孔节流、毛细管节流、狭缝节流、表面节流等，但这些单一的节流方式都不能满足高刚度输出。

发明专利《一种闭式静压导轨》(公开号：CN101829904A)公开了一种闭式静压导轨，但该导轨结构只能用于卧式车床上，并且该静压导轨为液体静压导轨，如果速度比较高和工作时间长的情况下，润滑油会产生很高的温度，使机床产生热变形，影响加工精度。

发明专利《高刚度空气静压导轨气浮垫》(公开号：CN10156976)公开了一种空气静压导轨的气浮垫，该导轨节流结构只采用了小孔节流，这种单一的节流方式一般应用于刚度要求不高设备中，如果在高精度高刚度的要求下，单一的小孔节流不能满足高刚度要求，所以这类导轨在超精密机床应用上就会受到一定限制。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供了一种结构简单、定位精度高、承载刚度高和运动平稳的闭式空气静压导轨。

本发明采用的技术方案是：高精度高刚度的闭式空气静压导轨，其特征在于：包括底座1、左立柱2、导轨3、溜板4、卸荷导轨5、卸荷溜板6、卸荷弹簧7、右立柱8和静压气腔9，

底座1上方是竖直左右对称放置的用来支撑导轨3和卸荷导轨5的左立柱2和右立柱8，导轨3和卸荷导轨5水平设置，并且导轨3设置在卸荷导轨5下方；导轨3上设置溜板4，卸荷导轨5上设置卸荷溜板6；

左立柱2和右立柱8用来支撑溜板4及卸荷溜板6的运动，导轨3和溜板4之间是封闭式的，两者之间每个方向上都设置有静压气腔9，并且静压气腔9表面上设计了由小孔节流和表面节流于一体的复合节流装置，即静压气腔9的空气膜由一种小孔节流和表面节流复合节流装置来节流后压入，这种装置可以提高溜板4的刚度，同时，溜板4和卸荷溜板6之间有卸荷弹簧7连接，二者做同步运动，把溜板4及其承担的重量都转移到卸荷导轨5上面，导轨3只承担自身重量。

本发明的底座、导轨及左右立柱均采用花岗岩材料制成。

由于采用以上技术方案，本发明的有益效果如下：本发明空气静压导轨与溜板之间的气腔供气采用小孔节流与表面节流符合的节流方式，弥补了单一节流孔节流刚度不高的缺陷，同时也避免了单一表面节流不稳定问题，提高了整个导轨***的刚度，同时，设计了卸荷溜板来转移运动中溜板及其承担重量到卸荷导轨上，使得导轨只需承担自身重量即可，运动过程中的变形大大减小，从而保证了导轨的精度。该闭式空气静压导轨的直线度误差可达0.08μm/100mm，导轨的水平方向和竖直方向的刚度均大于800N/μm，空气静压导轨支撑及底座均采用花岗岩材料，其面形稳定性得到提高。整个导轨***的各主要精度面均为平面结构，可进行修研，降低了加工难度，提高了每个接触耦合面的定位精度，从而保证了导轨的运动精度。此导轨结构可靠性很高，方便进行安装和调整，适用于大型立式超精密加工机床上，保证刚精度高刚度的输出，这样可以很好地满足各种高精度加工对象的工艺要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为导轨与溜板间的气腔结构示意图；

图中，1底座，2左立柱，3导轨，4溜板，5卸荷导轨，6卸荷溜板，7卸荷弹簧，8右立柱，9静压气腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1所示，空气静压导轨***，包括底座1、左立柱2、导轨3、溜板4、卸荷导轨5、卸荷溜板6、卸荷弹簧7、右立柱8。导轨3及卸荷导轨5由左立柱2和右立柱8进行支撑，导轨3和溜板4之间压入空气使溜板4进行运动，溜板4和卸荷溜板6之间由卸荷弹簧7连接，二者同步运动，使得溜板4及其承担的重量都转移到卸荷导轨5上面，卸荷导轨5和卸荷溜板6之间通过静压空气进行运动，在运动过程中导轨3只需承担自身重量。所述的底座1、左立柱2、导轨3、卸荷导轨5及右立柱8均采用天然泰山青花岗岩材料制成。图2所示，导轨3和溜板4之间为静压空气，每个面上都设有静压气腔9。空气压入静压气腔9的方式采用小孔节流及表面节流复合的节流方式，弥补了单一节流孔节流刚度不高的缺陷，同时也避免了单一表面节流不稳定问题，提高了整个导轨***的刚度。

本发明所述的空气静压导轨中主要设计的精度面有：底座1的上表面，左立柱2和右立柱3的上、下表面，导轨3和卸荷导轨5的上、下表面溜板4的上表面及卸荷溜板6的下表面，这些精度面均可通过修研来保证导轨所需的各项精度。

本发明所述的闭式空气静压导轨采用8-10μm的气膜厚度。

本发明所述的闭式空气静压导轨的直线度误差可达0.08μm/100mm。若采用81μm为气膜间隙，气腔供气压力为0.4MPa，溜板包含4个气浮区域，每个气浮区域设置双排节流孔节流，计算可得该闭式空气静压导轨加工方向刚度可达800N/μm。

本发明特别适用于大型立式超精密机床中。

Claims (2)

1.高精度高刚度封闭式空气静压导轨，其特征在于：包括底座(1)、左立柱(2)、导轨(3)、溜板(4)、卸荷导轨(5)、卸荷溜板(6)、卸荷弹簧(7)、右立柱(8)和静压气腔(9)，

底座(1)上方是竖直左右对称放置的用来支撑导轨(3)和卸荷导轨(5)的左立柱(2)和右立柱(8)，导轨(3)和卸荷导轨(5)水平设置，并且导轨(3)设置在卸荷导轨(5)下方；导轨(3)上设置溜板(4)，卸荷导轨(5)上设置卸荷溜板(6)；

导轨(3)和溜板(4)之间是封闭式的，两者之间每个方向上都设置有静压气腔(9)，溜板(4)和卸荷溜板(6)之间有卸荷弹簧(7)连接。

2.根据权利要求1所述的高精度高刚度封闭式空气静压导轨，其特征在于：所述底座(1)、左立柱(2)、导轨(3)、卸荷导轨(5)、右立柱(8)均采用花岗岩材料制成。

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