專利名稱：高精度高剛度閉式空氣靜壓導(dǎo)軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閉式空氣靜壓導(dǎo)軌，具體涉及ー種適用于大型立式超精密加工機(jī)床上的空氣靜壓導(dǎo)軌，要求達(dá)到高的精度及承載剛度。
背景技術(shù)：
導(dǎo)軌系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于超精密加工設(shè)備中，是超精密機(jī)床進(jìn)行加工的核心部分，它的直線度、定位精度、剛度等指標(biāo)將直接影響機(jī)床的加工精度。導(dǎo)軌要求滿足大型機(jī)床長(zhǎng)的行程，高剛度，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)振動(dòng)，這些指標(biāo)直接影響到機(jī)床的加工精度。目前國(guó)產(chǎn)的高精度、高剛度大型數(shù)控精密機(jī)床和加工中心所用的空氣靜壓導(dǎo)軌，仍然主要從國(guó)外進(jìn)ロ?，F(xiàn)有導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)形式目前有開(kāi)式和閉式兩種，閉式空氣靜壓導(dǎo)軌可承受各方向載荷和顛覆カ矩，承載能力強(qiáng)，有高的精度和剛度。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于空氣靜壓導(dǎo)軌的生產(chǎn)精度及剛度不能滿足我們使用性能要求，高精度、高剛度、對(duì)驅(qū)動(dòng)方式、節(jié)流方式、氣腔結(jié)構(gòu)等一系列問(wèn)題都尚待進(jìn)ー步深入研究，現(xiàn)在的節(jié)流方式有多孔石墨節(jié)流、小孔節(jié)流、毛細(xì)管節(jié)流、狹縫節(jié)流、表面節(jié)流等，但這些単一的節(jié)流方式都不能滿足高剛度輸出。發(fā)明專利《一種閉式靜壓導(dǎo)軌》(公開(kāi)號(hào)CN101829904A)公開(kāi)了ー種閉式靜壓導(dǎo)軌，但該導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)只能用于臥式車床上，并且該靜壓導(dǎo)軌為液體靜壓導(dǎo)軌，如果速度比較高和工作時(shí)間長(zhǎng)的情況下，潤(rùn)滑油會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，使機(jī)床產(chǎn)生熱變形，影響加工精度。發(fā)明專利《高剛度空氣靜壓導(dǎo)軌氣浮墊》(公開(kāi)號(hào)CN10156976)公開(kāi)了ー種空氣靜壓導(dǎo)軌的氣浮墊，該導(dǎo)軌節(jié)流結(jié)構(gòu)只采用了小孔節(jié)流，這種單一的節(jié)流方式一般應(yīng)用于剛度要求不高設(shè)備中，如果在高精度高剛度的要求下，単一的小孔節(jié)流不能滿足高剛度要求，所以這類導(dǎo)軌在超精密機(jī)床應(yīng)用上就會(huì)受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供了ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高、承載剛度高和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的閉式空氣靜壓導(dǎo)軌。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是高精度高剛度的閉式空氣靜壓導(dǎo)軌，其特征在于包括底座I、左立柱2、導(dǎo)軌3、溜板4、卸荷導(dǎo)軌5、卸荷溜板6、卸荷彈簧7、右立柱8和靜壓氣腔9，底座I上方是豎直左右對(duì)稱放置的用來(lái)支撐導(dǎo)軌3和卸荷導(dǎo)軌5的左立柱2和右立柱8，導(dǎo)軌3和卸荷導(dǎo)軌5水平設(shè)置，并且導(dǎo)軌3設(shè)置在卸荷導(dǎo)軌5下方；導(dǎo)軌3上設(shè)置溜板4，卸荷導(dǎo)軌5上設(shè)置卸荷溜板6 ；左立柱2和右立柱8用來(lái)支撐溜板4及卸荷溜板6的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌3和溜板4之間是封閉式的，兩者之間每個(gè)方向上都設(shè)置有靜壓氣腔9，并且靜壓氣腔9表面上設(shè)計(jì)了由小孔節(jié)流和表面節(jié)流于一體的復(fù)合節(jié)流裝置，即靜壓氣腔9的空氣膜由一種小孔節(jié)流和表面節(jié)流復(fù)合節(jié)流裝置來(lái)節(jié)流后壓入，這種裝置可以提高溜板4的剛度，同時(shí)，溜板4和卸荷溜 板6之間有卸荷彈簧7連接，二者做同步運(yùn)動(dòng)，把溜板4及其承擔(dān)的重量都轉(zhuǎn)移到卸荷導(dǎo)軌5上面，導(dǎo)軌3只承擔(dān)自身重量。本發(fā)明的底座、導(dǎo)軌及左右立柱均采用花崗巖材料制成。由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明空氣靜壓導(dǎo)軌與溜板之間的氣腔供氣采用小孔節(jié)流與表面節(jié)流符合的節(jié)流方式，彌補(bǔ)了單ー節(jié)流孔節(jié)流剛度不高的缺陷，同時(shí)也避免了単一表面節(jié)流不穩(wěn)定問(wèn)題，提高了整個(gè)導(dǎo)軌系統(tǒng)的剛度，同時(shí)，設(shè)計(jì)了卸荷溜板來(lái) 轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)中溜板及其承擔(dān)重量到卸荷導(dǎo)軌上，使得導(dǎo)軌只需承擔(dān)自身重量即可，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的變形大大減小，從而保證了導(dǎo)軌的精度。該閉式空氣靜壓導(dǎo)軌的直線度誤差可達(dá)O. 08 μ m/100mm,導(dǎo)軌的水平方向和豎直方向的剛度均大于800N/ μ m,空氣靜壓導(dǎo)軌支撐及底座均采用花崗巖材料，其面形穩(wěn)定性得到提高。整個(gè)導(dǎo)軌系統(tǒng)的各主要精度面均為平面結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行修研，降低了加工難度，提高了每個(gè)接觸耦合面的定位精度，從而保證了導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)精度。此導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可靠性很高，方便進(jìn)行安裝和調(diào)整，適用于大型立式超精密加工機(jī)床上，保證剛精度高剛度的輸出，這樣可以很好地滿足各種高精度加工對(duì)象的エ藝要求。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為導(dǎo)軌與溜板間的氣腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I底座，2左立柱，3導(dǎo)軌，4溜板，5卸荷導(dǎo)軌，6卸荷溜板，7卸荷彈簧，8右立柱，9靜壓氣腔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述。圖I所示，空氣靜壓導(dǎo)軌系統(tǒng)，包括底座I、左立柱2、導(dǎo)軌3、溜板4、卸荷導(dǎo)軌5、卸荷溜板6、卸荷彈簧7、右立柱8。導(dǎo)軌3及卸荷導(dǎo)軌5由左立柱2和右立柱8進(jìn)行支撐，導(dǎo)軌3和溜板4之間壓入空氣使溜板4進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，溜板4和卸荷溜板6之間由卸荷彈簧7連接，二者同步運(yùn)動(dòng)，使得溜板4及其承擔(dān)的重量都轉(zhuǎn)移到卸荷導(dǎo)軌5上面，卸荷導(dǎo)軌5和卸荷溜板6之間通過(guò)靜壓空氣進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)軌3只需承擔(dān)自身重量。所述的底座I、左立柱2、導(dǎo)軌3、卸荷導(dǎo)軌5及右立柱8均采用天然泰山青花崗巖材料制成。圖2所示，導(dǎo)軌3和溜板4之間為靜壓空氣，每個(gè)面上都設(shè)有靜壓氣腔9?？諝鈮喝腱o壓氣腔9的方式采用小孔節(jié)流及表面節(jié)流復(fù)合的節(jié)流方式，彌補(bǔ)了單ー節(jié)流孔節(jié)流剛度不高的缺陷，同時(shí)也避免了単一表面節(jié)流不穩(wěn)定問(wèn)題，提高了整個(gè)導(dǎo)軌系統(tǒng)的剛度。本發(fā)明所述的空氣靜壓導(dǎo)軌中主要設(shè)計(jì)的精度面有底座I的上表面，左立柱2和右立柱3的上、下表面，導(dǎo)軌3和卸荷導(dǎo)軌5的上、下表面溜板4的上表面及卸荷溜板6的下表面，這些精度面均可通過(guò)修研來(lái)保證導(dǎo)軌所需的各項(xiàng)精度。本發(fā)明所述的閉式空氣靜壓導(dǎo)軌采用8-10 μ m的氣膜厚度。本發(fā)明所述的閉式空氣靜壓導(dǎo)軌的直線度誤差可達(dá)0.08 μ m/100mm。若采用Slum為氣膜間隙，氣腔供氣壓カ為O. 4MPa，溜板包含4個(gè)氣浮區(qū)域，每個(gè)氣浮區(qū)域設(shè)置雙排節(jié)流孔節(jié)流，計(jì)算可得該閉式空氣靜壓導(dǎo)軌加工方向剛度可達(dá)800N/ μ m。本發(fā)明特別適用于大型立式超精密機(jī)床中。
權(quán)利要求
1.高精度高剛度封閉式空氣靜壓導(dǎo)軌，其特征在于包括底座(I)、左立柱(2)、導(dǎo)軌(3)、溜板(4)、卸荷導(dǎo)軌(5)、卸荷溜板(6)、卸荷彈簧(7)、右立柱(8)和靜壓氣腔(9)， 底座(I)上方是豎直左右對(duì)稱放置的用來(lái)支撐導(dǎo)軌(3)和卸荷導(dǎo)軌(5)的左立柱(2)和右立柱(8)，導(dǎo)軌(3)和卸荷導(dǎo)軌(5)水平設(shè)置，并且導(dǎo)軌(3)設(shè)置在卸荷導(dǎo)軌(5)下方；導(dǎo)軌(3)上設(shè)置溜板(4)，卸荷導(dǎo)軌(5)上設(shè)置卸荷溜板(6)； 導(dǎo)軌⑶和溜板⑷之間是封閉式的，兩者之間每個(gè)方向上都設(shè)置有靜壓氣腔(9)，溜板(4)和卸荷溜板(6)之間有卸荷彈簧(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度高剛度封閉式空氣靜壓導(dǎo)軌，其特征在于所述底座 (I)、左立柱(2)、導(dǎo)軌(3)、卸荷導(dǎo)軌(5)、右立柱⑶均采用花崗巖材料制成。
全文摘要
高剛度高精度封閉式空氣靜壓導(dǎo)軌，屬于超精密加工領(lǐng)域。該裝置包括底座、左立柱、導(dǎo)軌、溜板、卸荷導(dǎo)軌、卸荷溜板、卸荷彈簧、右立柱和靜壓氣腔，底座(1)上方是豎直左右對(duì)稱放置的用來(lái)支撐導(dǎo)軌(3)和卸荷導(dǎo)軌(5)的左立柱(2)和右立柱(8)，導(dǎo)軌(3)和卸荷導(dǎo)軌(5)水平設(shè)置，并且導(dǎo)軌設(shè)置在卸荷導(dǎo)軌下方；導(dǎo)軌上設(shè)置溜板，卸荷導(dǎo)軌上設(shè)置卸荷溜板(6)；導(dǎo)軌和溜板(4)之間是封閉式的，兩者之間每個(gè)方向上都設(shè)置有靜壓氣腔(9)，并且靜壓氣腔的表面上設(shè)計(jì)了由小孔節(jié)流和表面節(jié)流復(fù)合節(jié)流裝置來(lái)提高溜板的剛度，同時(shí)，溜板和卸荷溜板之間有卸荷彈簧連接，二者做同步運(yùn)動(dòng)，把溜板及其承擔(dān)的重量都轉(zhuǎn)移到卸荷導(dǎo)軌上面，導(dǎo)軌只承擔(dān)自身重量。本發(fā)明能達(dá)到高的精度及承載剛度。
文檔編號(hào)B23Q1/01GK102632398SQ20121012509
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者李海涌, 王曉峰, 范晉偉, 陳東菊 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)