CN110005704A - 一种全闭式菱形构型的气浮导轨 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全闭式菱形构型的气浮导轨，包括导轨本体、溜板和直线电机；所述溜板上设有节流孔，溜板包括上溜板、两个侧溜板和两个下溜板，所述上溜板的两端分别与两个侧溜板的一端相连，两个侧溜板的另一端分别与两个下溜板相连；所述溜板形成的空间呈类菱形；所述导轨本体和直线电机设置在溜板内部空间中，直线电机驱动上溜板运动。本发明结构简单，可根据不同的设备需求进行调整，类菱形的导轨本体设计，减小了导轨体积，降低了整体高度，节约加工成本，增大了静压面积，提高导轨的承载能力，提高了导轨的刚度，具有更高的精度。

Description

一种全闭式菱形构型的气浮导轨
技术领域
本发明涉及超精密加工设备领域，尤其涉及一种全闭式菱形构型的气浮导轨。
背景技术
现代工业对产品质量的要求越来越高，超精密加工技术是现代制造技术的发展方向，超精密加工机床是其重要的加工设备。机床中的导轨广泛使用气体导轨，它们的摩擦系数低，运动精度高，是超精密机床中的关键装置。气浮导轨存在的承载能力低、加工精度要求高、刚度小等问题，是目前要解决的关键，合理的设计导轨结构形式有助于提高气浮导轨的综合性能。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种全闭式菱形构型的气浮导轨，降低导轨本体几何尺寸的同时，有效的增加了气浮支持有效面积，相比于以往矩形闭式导轨在相同几何尺寸下，竖直和水平刚度可有效提高50％。
本发明的具体内容如下：一种全闭式菱形构型的气浮导轨，包括导轨本体、溜板和直线电机；所述溜板上设有节流孔，溜板包括上溜板、两个侧溜板和两个下溜板，所述上溜板的两端分别与两个侧溜板的一端相连，两个侧溜板的另一端分别与两个下溜板相连；所述溜板形成的空间呈类菱形；所述导轨本体和直线电机设置在溜板内部空间中，直线电机驱动上溜板运动。
从节流孔中可注入压缩空气，在导轨本体与溜板之间形成气膜，从而将导轨本体与溜板隔开，由于溜板与导轨本体之间无接触，滑动时摩擦力接近于零，保证导轨具有平滑的滑动效果，提高定位精度和速度平稳性；导轨本体采用类菱形设计，减小了导轨体积，降低了整体高度，节约加工成本，增大了静压面积，提高导轨的承载能力，且本发明气浮导轨具有高刚度。
进一步的，所述导轨本体的上部设有凹槽，所述直线电机设置在凹槽内，直线电机的定子通过定子连接座与凹槽的内壁相连接。
进一步的，所述直线电机包括定子和动子，动子设置在定子中，动子通过动子固定板与上溜板相连。直线电机的转子和定子之间没有任何传动元件，省去了传动元件产生的摩擦力，实现了近零摩擦传动，使气浮导轨的运动精度大大提高。同时将直线电机设置在凹槽中，一方面节省空间，另一方面由于凹槽设置在导轨本体的上部，使得导轨易于制作。
进一步的，所述凹槽的上端向两边延伸设有第一台阶部，在上溜板的下端面对应位置设有第二台阶部，所述动子固定板一端设置在第二台阶部的底面，另一端与动子相连，电机可选择水平或竖直放置。
进一步的，所述导轨本体的截面包括中间的矩形部分和两端的梯形部分，所述溜板的内侧表面分别与对应的导轨本体的外侧表面相平行。类菱形的设计与一般的矩形设计相比，使得导轨与溜板之间的静压面积增大，从而降低导轨的高度，节约了加工成本。
进一步的，所述节流孔包括设置在上溜板的上节流孔、设置在侧溜板的侧节流孔和设置在下溜板的下节流孔，所述上节流孔、侧节流孔和下节流孔分别与导轨的对应表面相垂直。节流孔用于通入压缩空气，通过上节流孔、侧节流孔和下节流孔通入压缩空气，为保证气流平稳，下溜板的节流孔设置在中央位置，上溜板的位置与下溜板对应，侧溜板上的节流孔设置在梯形截面的两个侧边。
进一步的，所述节流孔形式包括但不局限于小孔节流、环面节流、狭缝节流、多孔质节流、毛细管节流中的一种或多种。根据具体的需要可选择适合种类的节流孔。
本发明的有益效果：本发明结构简单，可根据不同的设备需求进行调整，类菱形的导轨本体设计，减小了导轨体积，降低了整体高度，节约加工成本，增大了静压面积，提高导轨的承载能力，提高了导轨的刚度，具有更高的精度。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为本发明的全闭式菱形构型的气浮导轨的整体结构剖视图。
具体实施方式
结合图1，本发明的一种全闭式菱形构型的气浮导轨，包括导轨本体1、溜板和直线电机4；溜板上设有节流孔，溜板包括上溜板3、两个侧溜板8和两个下溜板9，上溜板3的两端分别与两个侧溜板8的一端相连，两个侧溜板8的另一端分别与两个下溜板9相连；溜板形成的空间呈类菱形；导轨本体1和直线电机4设置在溜板内部空间中，直线电机4驱动上溜板3运动。
从节流孔中可注入压缩空气，在导轨本体1与溜板之间形成气膜，从而将导轨本体1与溜板隔开，由于溜板与导轨本体1之间无接触，滑动时摩擦力接近于零，保证导轨具有平滑的滑动效果，提高定位精度和速度平稳性；导轨本体1采用类菱形设计，减小了导轨体积，降低了整体高度，节约加工成本，增大了静压面积，提高导轨的承载能力，且本发明气浮导轨具有高刚度。
本实施例优选的，导轨本体1的上部设有凹槽5，直线电机4设置在凹槽5内，直线电机4的定子通过定子连接座2与凹槽5的内壁相连接。
本实施例优选的，直线电机4包括定子和动子7，动子7设置在定子中，动子7通过动子7固定板6与上溜板3相连。直线电机4的转子和定子之间没有任何传动元件，省去了传动元件产生的摩擦力，实现了近零摩擦传动，使气浮导轨的运动精度大大提高。同时将直线电机4设置在凹槽5中，一方面节省空间，另一方面由于凹槽5设置在导轨本体1的上部，使得导轨易于制作。
本实施例优选的，凹槽5的上端向两边延伸设有第一台阶部，在上溜板3的下端面对应位置设有第二台阶部，动子7固定板6一端设置在第二台阶部的底面，另一端与动子7相连，电机可选择水平或竖直放置。
本实施例优选的，动子7固定板6呈T型。动子7固定板6T型部分的顶端与上溜板3相接触，底端与动子7相接触。
为提升传动效果，在导轨本体1的顶端与上溜板3底端的中间位置还均设有对应的预留槽，位于导轨本体1的预留槽分别设置在凹槽5顶端的两边，动子7固定板6的顶端设置在上溜板3的预留槽底部并且T字部分伸出凹槽5边缘。
本实施例优选的，导轨本体1的截面包括中间的矩形部分和两端的梯形部分，溜板的内侧表面分别与对应的导轨本体1的外侧表面相平行。类菱形的设计与一般的矩形设计相比，使得导轨与溜板之间的静压面积增大，从而降低导轨的高度，节约了加工成本。溜板的内部形成类菱形的空间，外部整体为矩形，为组成这种结构，本实施例中的上溜板3和下溜板9为平板式的结构，下溜板9分别设置在导轨本体1的底部两侧，侧溜板8为内侧截面呈梯形的结构。
本实施例优选的，节流孔包括设置在上溜板3的上节流孔31、设置在侧溜板8的侧节流孔81和设置在下溜板9的下节流孔91，上节流孔31、侧节流孔81和下节流孔91分别与导轨的对应表面相垂直。节流孔用于通入压缩空气，通过上节流孔31、侧节流孔81和下节流孔91通入压缩空气，为保证气流平稳，下溜板9的节流孔设置在中央位置，上溜板3的位置与下溜板9对应，侧溜板8上的节流孔设置在梯形截面的两个侧边。
本实施例优选的，节流孔形式包括但不局限于小孔节流、环面节流、狭缝节流、多孔质节流、毛细管节流中的一种或多种。根据具体的需要可选择适合种类的节流孔。
本发明的类似菱形构型的气浮导轨承载能力为W＝CS(PS-PA)，其中，W为承载能力，C为修正系数，S为气膜的面积，PS为供气压力，PA为使用环境的气压；静态刚度为K＝2.88(W/h0)，其中，K为刚度，W为承载能力，h0为气膜厚度。
如图1所示，本发明的给上节流孔31通入压缩空气，在上溜板3与导轨本体1之间形成静压气膜A，给侧节流孔81通入压缩空气，在侧溜板8与导轨本体1之间形成静压气膜B，给下节流孔91通入压缩空气，在下溜板9与导轨本体1之间形成静压气膜C，使整个溜板被气膜A、B、C支撑悬浮于导轨本体1上，溜板与导轨本体1之间通过气膜隔开，这样就对溜板和导轨本体1的几何误差起到了均化作用，不会将溜板和导轨本体1本身的几何误差直接反映到导轨***的几何运动上去，大大提高了导轨的直线运动精度。导轨本体1采用类似菱形的构型设计，减小了导轨的外形体积，降低了整体的高度和宽度，而且增加了静压气膜的面积，提高了导轨的承载能力。本发明采用直线电机4驱动溜板，没有中间传动***产生摩擦力，这样实现了近零摩擦传动的导轨***。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种全闭式菱形构型的气浮导轨，其特征在于：包括导轨本体、溜板和直线电机；所述溜板上设有节流孔，溜板包括上溜板、两个侧溜板和两个下溜板，所述上溜板的两端分别与两个侧溜板的一端相连，两个侧溜板的另一端分别与两个下溜板相连；所述溜板形成的空间呈类菱形；所述导轨本体和直线电机设置在溜板内部空间中，直线电机驱动上溜板运动。
2.根据权利要求1所述的全闭式菱形构型的气浮导轨，其特征在于：所述导轨本体的上部设有凹槽，所述直线电机设置在凹槽内，直线电机的定子通过定子连接座与凹槽的内壁相连接。
3.根据权利要求2所述的全闭式菱形构型的气浮导轨，其特征在于：所述直线电机包括定子和动子，动子设置在定子中，动子通过动子固定板与上溜板相连。
4.根据权利要求2所述的全闭式菱形构型的气浮导轨，其特征在于：所述凹槽的上端向两边延伸设有第一台阶部，在上溜板的下端面对应位置设有第二台阶部，所述动子固定板一端设置在第二台阶部的底面，另一端与动子相连。
5.根据权利要求1所述的全闭式菱形构型的气浮导轨，其特征在于：直线电机水平或竖直放置于导轨本体上。
6.根据权利要求1所述的全闭式菱形构型的气浮导轨，其特征在于：所述导轨本体的截面包括中间的矩形部分和两端的梯形部分，所述溜板的内侧表面分别与对应的导轨本体的外侧表面相平行。
7.根据权利要求1所述的全闭式菱形构型的气浮导轨，其特征在于：所述节流孔包括设置在上溜板的上节流孔、设置在侧溜板的侧节流孔和设置在下溜板的下节流孔，所述上节流孔、侧节流孔和下节流孔分别与导轨的对应表面相垂直。
8.根据权利要求1所述的全闭式菱形构型的气浮导轨，其特征在于：所述节流孔形式包括但不局限于小孔节流、环面节流、狭缝节流、多孔质节流、毛细管节流中的一种或多种。
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