CN103542241A

CN103542241A - 一种气浮转台

Info

Publication number: CN103542241A
Application number: CN201310442764.1A
Authority: CN
Inventors: 汤秀清
Original assignee: Guangzhou Haozhi Electromechanical Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Haozhi Electromechanical Co Ltd
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: CN103542241B; WO2015043228A1

Abstract

一种气浮转台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。本发明中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。

Description

一种气浮转台

技术领域

本发明涉及一种高精度空气静压气浮转台。

背景技术

转台设备现已广泛应用于制造业，如数控液压转台等。现有气浮转台中通常采用伺服电机与联轴器配合进行驱动。另外，气浮轴承中仅设置有一个有高压气体作用的止推面，另一端则处于自由状态。当气压升高时，气浮轴会向自由端作微小移动；当气压降低后，受重力作用，气浮轴又降下来，亦即平衡位置随气压的改变而改变。这些传统的旋转装置一方面需要借助中间传动机构进行驱动，另一方面其精度和稳定性不好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种转动精度与定位精度较高的空气静压气浮转台。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种气浮转台包括气浮轴及气浮套，该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，该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。上气浮面上设置有朝向上止推面的若干出气孔，下气浮面上设置有朝向下止推面的若干出气孔，该气浮套内表面上均匀设置有朝向轴部的若干出气孔。若干出气孔通过设置于气浮套内的导气槽与外部高压气源连接。

该气浮轴的底部和/或顶部与轴部可拆卸的连接。

气浮套内设置有气流通道，气流通道包括与高压气源连接的进气孔，该若干出气孔贯通于导气槽与上气浮面、导气槽与下气浮面、导气槽轴与气浮套内表面之间；该若干出气孔沿圆周的方式分布于上气浮面、下气浮面以及气浮套内表面上。

该气浮套包括设置有收容空间的柱体及沿柱体的径向向外延伸形成的支撑部，该轴部收容于收容空间内；该顶部支撑于该支撑部上且当上气浮面的出气孔通气后向远离气浮套方向浮动；该柱体与底部之间保持一定间隙且当下气浮面的出气孔通气后向靠近气浮套方向浮动使其与底部之间的间隙减小。

该若干出气孔沿两个圆周的方式分布于上气浮面上，该沿两个圆周分布的出气孔以轴部中心为圆心且分别以r₁与r₂为半径排列在上气浮面上；其中，

r_{1} = \sqrt[3]{R_{1}^{2} R_{2}}, r_{2} = \sqrt[3]{R_{1} R_{2}^{2}},

R₁与R₂分别为顶部以轴部中心为圆心形成的内外两个圆周的半径。

该气浮转台包括与气浮轴连接的用于驱动气浮轴相对于气浮套转动的力矩电机。

该气浮转台包括上底座及用于支撑上底座的下底座，该支撑部支撑于上底座上；该力矩电机包括转子及定子，该转子与下气浮板连接，该定子设置于下底座上且处于静止状态。

该下底座上设置有进水嘴、出水嘴以及冷却水套，该定子设置于冷却水套内；该冷却水套与下底座之间设置有用于密封两者之间间隙的密封圈。

该气浮转台包括读数装置，该读数装置包括圆光栅尺安装座、安装于圆光栅尺安装座上的圆光栅尺、读数头安装件以及安装于读数头安装件上的读数头；该圆光栅尺安装座安装于气浮轴底部上并可随气浮轴一同向上浮动与旋转，该读数头安装件安装于下底座上且处于静止状态。

本发明中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。

附图说明

图1为本发明气浮转台的结构示意图。

主要元件符号说明

100、气浮转台；10、底座；11、上底座；13、下底座；130、冷却水套；131、进水嘴；132、出水嘴；133、密封圈；30、气浮轴；31、顶部；310、上止推面；32、底部；320、下止推面；35、轴部；37、锁附件；50、气浮套；51、柱体；52、导气槽；53、支撑部； 54、收容空间；55、进气孔；56、上气浮面；57、下气浮面；58、出气孔；59、内表面；70、力矩电机；71、转子；73、定子；90、进气管道；99、读数装置；990、圆光栅尺安装座；991、圆光栅尺；992、读数头；993、读数头安装件；994、固定件。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

请参见图1，本发明涉及一种气浮转台100，其包括底座10、气浮轴30、气浮套50、力矩电机70、进气管道90以及读数装置99。气浮套50安装于底座10上。气浮轴30套装于气浮套50内。底部32与气浮轴30连接并可当进气管道90通气时与气浮轴30一同相对于气浮套50向上浮动，并同时在力矩电机70的作用下相对于气浮套50转动。读数装置99用于控制力矩电机70的转速或定位。

底座10包括上底座11及与上底座11连接的下底座13。上底座11支撑于下底座13上。下底座13上间隔设置有冷却水套130，用于当力矩电机70工作时对力矩电机70冷却降温。下底座13上设置进水嘴131及出水嘴132。当水由进水嘴131进入时，水将经由冷却水套130对力矩电机70进行降温后经由出水嘴132排出。在本实施例中，冷却水套130与下底座13之间设置有用于密封两者之间间隙的密封圈133，防止漏气。

气浮轴30包括轴部35以及设置于轴部35相对两端的顶部31与底部32。气浮套50设置于上底座11上且套设于轴部35外，其包括柱体51、沿柱体51的径向向外边缘延伸形成的支撑部53以及由支撑部53围设形成的收容空间54。支撑部53支撑于上底座11上。轴部35套装于收容空间54内。当气浮套50套设于气浮轴30外时，顶部31支撑于支撑部53上，轴部35沿平行于柱体51的方向收容于收容空间54内。底部32通过锁附件37安装于轴部35远离顶部31的一端，并与柱体51远离支撑部53的末端保持一定间隔。其中，该间隔极小，一般不到一毫米，所以图中未示出。可以理解，在其它一些实施例中，气浮轴30的顶部31与底部32两者中任意一者可设计为与轴部35可拆卸的连接，从而有利于将轴部35套设于收容空间54内。

顶部31与底部32相对的一面设置有上止推面310，支撑部53设置有与上止推面310相对的上气浮面56。底部32与顶部31相对的一面设置有下止推面320，柱体51设置有与下止推面320相对的下气浮面57。柱体51包括与轴部35相对的内表面59。其中，上止推面310与上气浮面56间隙配合，下止推面320与下气浮面57间隙配合，且气浮套50内表面59与轴部35外表面间隙配合。气浮套50内部设置有气流通道。气流通道包括与进气管道90连接的进气孔55、导气槽52以及若干出气孔58。若干出气孔58贯通于导气槽52与上气浮面56、导气槽52与下气浮面57、以及导气槽52与内表面59之间，用以与外部高压气源连接。当进气管道90进气时，气体能经导气槽52引导由若干出气孔58沿不同方向作用于气浮轴30与底部32上。在本实施例中，为了增加气浮套50的刚度，上气浮面56设置有两圈出气孔58。内表面59上亦均匀设置有若干圈出气孔58。同时由于面积限制，下气浮面57上仅设置一圈出气孔58。其中，两圈出气孔58分别以轴部35中心为圆心，r₁与r₂为半径均匀排列在上气浮面56上。其中，

r_{1} = \sqrt[3]{R_{1}^{2} R_{2} r}, r_{2} = \sqrt[3]{R_{1} R_{2}^{2}}

r(R₁与R₂分别为顶部31以轴部35中心为圆心形成的内外两个圆周的半径)。可以理解，在其它一些实施例中，上气浮面56与下气浮面57上出气孔58的数量以及分布位置均可根据需求而定。

力矩电机70包括转子71及与转子71配合的定子73。转子71通过螺钉（图未示）安装于底部32上，其可在气浮套50通气时随气浮轴30与底部32一同相对于气浮套50向上浮动并旋转。定子73设置于下底座13上并镶嵌于冷却水套130内，且处于静止状态。

读数装置99包括圆光栅尺安装座990、圆光栅尺991、读数头992以及读数头安装件993。圆光栅尺安装座990安装于底部32上。圆光栅尺991通过固定件994安装于圆光栅尺安装座990上并可随气浮轴30相对于气浮套50向上浮动并旋转。读数头安装件993安装于下底座13上，读数头992安装于读数头安装件993上且处于静止状态。

下面以气浮转台100由静止状态变化为通气后状态为例对气浮转台100工作原理进行详细说明。其中，当气浮转台100不通气而处于静止状态时，气浮轴30顶部31与气浮套50的支撑部53间隙配合。气浮套50柱体51远离支撑部53的一端与底部32之间保持一定间隔。此时，气浮轴30及转子71等所有部件的重量都直接作用下上气浮面 56上，即气浮轴30的所有轴向气浮间隙都在底部32与气浮套50之间，约0.03mm。

当在工作时，先接通气源(图未示)，高压气体由进气孔55进入气浮套50内，位于上气浮面56、下气浮面57以及内表面59上的出气孔58喷出高压气体，高压气体同时作用于上止推面310、下止推面320以及轴部35上，使气浮轴30带动底部32一起向靠近气浮轴30顶部31方向向上浮动，从而使上止推面310与上气浮面56、内表面59与轴部35保持一定间隙，且下气浮面57与下止推面320之间的间隔变小。当上气浮面56与下气浮面57的气压与气浮轴30、底部32以及位于两者上的所有部件的重量达到一个平衡时，气浮轴30与底部32悬浮停在一个稳定的平衡位置。此时，上气浮面56与上止推面310、下气浮面57与下止推面320间的气浮间隙都是一个稳定值（约0.015mm），如此使气浮轴30及底部32既不能向上浮动亦不能向下下沉，且两者也不会因为气压的改变而上下浮动，从而使整个气浮轴30、底部32以及安装于底部32上的圆光栅尺安装座990以及圆光栅尺991就全都处于一种悬浮状态，与任何非运动件都不接触。

当力矩电机70通电开始工作，转子71转动并带动气浮轴30以及底部32一同转动。同时，与气浮轴30相连的圆光栅尺安装座990以及圆光栅尺991亦随底部32一同转动。由于读数头992安装于下底座13上固定不动，读数头992从转动的圆光栅尺991上读取光栅信号并上传到控制***（图未示），控制***根据光栅信号进一步控制力矩电机70转速或定位，从而达到对气浮转台100高精度控制目的。

其中，本实施例中，在加工气浮轴30、气浮套50以及底部32这三件工件的工艺上，在机床对工件加工完毕之后，还另外增加人工精细研磨工序反复对气浮套50的上气浮面56以及下气浮面57进行精细研磨，以确保上气浮面56以及下气浮面57的平面度和平行度达到精密级程度。同时，对气浮轴30的上止推面310和轴部35的表面进行研磨，保证上止推面310与轴部35的垂直度。对底部32的下止推面320进行研磨，保证其平面度。这样组装后，保证气膜间隙是均匀的，不会出现因为平行度不好，出现楔形间隙或平面度不好而出现间隙不均匀现象，影响其精度。

本发明中，气浮套50分别设置有上气浮面56及下气浮面57，从而大幅度提高了气浮转台100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。同时，气浮转台100结合力矩电机70直接驱动，从而省去中间传动机构。气浮轴30与气浮套50配合为气浮转台100提供较高的径向和轴向精度及高刚度，力矩电机70提供较大的转动扭矩和保持力矩并同时配合高精度圆光栅尺991后，气浮转台100能提供较高的转动精度和定位精度。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种气浮转台，其特征在于：该气浮转台包括气浮轴及套设于气浮轴上的气浮套，该气浮轴包括轴部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，该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；上气浮面上设置有朝向上止推面的若干出气孔，下气浮面上设置有朝向下止推面的若干出气孔，该气浮套内表面上均匀设置有朝向轴部的若干出气孔；该若干出气孔通过设置于气浮套内的导气槽与外部高压气源连接。

2.如权利要求1所述的气浮转台，其特征在于：该气浮轴的底部和/或顶部与轴部可拆卸的连接。

3.如权利要求1所述的气浮转台，其特征在于：气浮套内设置有气流通道，气流通道包括与高压气源连接的进气孔，该若干出气孔贯通于导气槽与上气浮面、导气槽与下气浮面、导气槽轴与气浮套内表面之间；该若干出气孔沿圆周的方式分布于上气浮面、下气浮面以及气浮套内表面上。

4.如权利要求3所述的气浮转台，其特征在于：该气浮套包括设置有收容空间的柱体及沿柱体的径向向外延伸形成的支撑部，该轴部收容于收容空间内；该顶部支撑于该支撑部上且当上气浮面的出气孔通气后向远离气浮套方向浮动；该柱体与底部之间保持一定间隙且当下气浮面的出气孔通气后向靠近气浮套方向浮动使其与底部之间的间隙减小。

5.如权利要求3所述的气浮转台，其特征在于：该若干出气孔沿两个圆周的方式分布于上气浮面上，该沿两个圆周分布的出气孔以轴部中心为圆心且分别以r₁与r₂为半径排列在上气浮面上；其中，

Figure 2013104427641100001DEST_PATH_IMAGE001

6.如权利要求1所述的气浮转台，其特征在于：该气浮转台包括与气浮轴连接的用于驱动气浮轴相对于气浮套转动的力矩电机。

7.如权利要求6所述的气浮转台，其特征在于：该气浮转台包括上底座及用于支撑上底座的下底座，该支撑部支撑于上底座上；该力矩电机包括转子及定子，该转子与下气浮板连接，该定子设置于下底座上且处于静止状态。

8.如权利要求7所述的气浮转台，其特征在于：该下底座上设置有进水嘴、出水嘴以及冷却水套，该定子设置于冷却水套内；该冷却水套与下底座之间设置有用于密封两者之间间隙的密封圈。

9.如权利要求7所述的气浮转台，其特征在于：该气浮转台包括读数装置，该读数装置包括圆光栅尺安装座、安装于圆光栅尺安装座上的圆光栅尺、读数头安装件以及安装于读数头安装件上的读数头；该圆光栅尺安装座安装于气浮轴底部上并可随气浮轴一同向上浮动与旋转，该读数头安装件安装于下底座上且处于静止状态。