基于方箱的超精密X-Y气浮平面定位平台制造技术

本发明专利技术涉及基于方箱的超精密X‑Y气浮平面定位平台，在花岗石支承平台上设置有超精密花岗石基准方箱、X向运动气浮导轨部件和Y向运动气浮导轨部件，超精密花岗石基准方箱为矩形框架结构，其设置在Y向运动气浮导轨部件内可实现基准方箱的Y向运动，在基准方箱的外部套设所述X向运动气浮导轨部件，X向运动气浮导轨部件为矩形框架结构，基准方箱与X向运动气浮导轨部件之间的四个接触面均设有气浮结构薄膜，X向运动气浮导轨部件的上端面设有X向驱动直线电机组件和X向检测定光栅组件，X向运动气浮导轨部件可在基准方箱上X向气浮运动。将二维气浮运动定位平台的定位精度从微米向亚微米及甚至纳米级方向趋近。

Ultra-precision X-Y Floating Planar Positioning Platform Based on Square Box

The invention relates to an ultra-precision X_Y air-bearing plane positioning platform based on square box. On the granite support platform, there are ultra-precision granite reference box, X-direction moving air-bearing rail component and Y-direction moving air-bearing rail component. The ultra-precision granite reference box is a rectangular frame structure, which is arranged in the Y-direction moving air-bearing rail component. The Y-direction motion of the reference box can be realized. The X-direction moving air-bearing guide rail component is sleeved outside the reference box. The X-direction moving air-bearing guide rail component is a rectangular frame structure. The four contact surfaces between the reference box and the X-direction moving air-bearing guide rail component are all provided with air-bearing structure film, and the upper surface of the X-direction moving air-bearing guide rail component is provided with air-bearing structure film. X-direction driving linear motor module and X-direction detecting fixed grating module, X-direction moving air-bearing guide rail component can move X-direction on the reference box. The positioning accuracy of the two-dimensional air-bearing motion positioning platform is approached from micron to submicron or even nanometer.

【技术实现步骤摘要】
基于方箱的超精密X-Y气浮平面定位平台
本专利技术属于机械
，具体涉及一种基于方箱的超精密X-Y气浮平面定位平台。
技术介绍
随着科学技术的迅速发展，超精密加工技术在国防建设与国民经济发展中具有不可替代的作用，它是现代高技术战争的重要支撑技术，也是现代基础科学技术发展的重要保障。超精密加工技术在航空航天、精密仪器、军事工业、光学与电通讯、新能源等众多高
日益发挥着巨大作用，超精密机床是实现超精密加工的关键载体，它直接决定了零件加工的精度、效率和可靠性。因此研究和发展超精密机床对我国科技和工业的发展具有重要的现实意义。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。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。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。由于空气静压导轨具有粘性低、振动小、热稳定性好及无污染等优点,超精密加工和测量等精密机械越来越多采用空气静压导轨；空气静压导轨的定位、运动精度可以达到亚微米级甚至纳米级,因此空气静压导轨在超精密加工领域中的应用越来越广泛。尽管与传统运动机构相比，气浮支承显著改善了超精密运动导轨的动力学性能，但气浮支承内部气流运动引起流场的振动仍然不容忽视。微振动的振动幅度较小，一般在几纳米至几百纳米之间；气锤振动即气锤的振幅大，它破坏了气浮支承的稳定性,使得气膜润滑层失效。随着气浮运动导轨的定位精度向纳米甚至亚纳米量级提升，即使是气浮支承的微振动也将成为制约超精密运动导轨性能的关键因素，引起了国际学术界的普遍关注。在追求高速、高精度的情况下，对直线电机驱动的推动力的稳定性和气浮静压导轨的气膜的稳定性也提出了较高要求，微小的扰动都会影响到整个运动系统的精度；因此，亟需研制一款超精密的X-Y方向定位平台。
技术实现思路
本申请针对当前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，提供一种基于方箱的超精密X-Y气浮平面定位平台，解决现有技术中定位平台定位不准确，定位误差大的缺陷。本专利技术的技术方案如下:基于方箱的超精密X-Y气浮平面定位平台，包括花岗石支承平台，在所述花岗石支承平台上设置有超精密花岗石基准方箱、X向运动气浮导轨部件和Y向运动气浮导轨部件，所述超精密花岗石基准方箱为矩形框架结构，超精密花岗石基准方箱设置在Y向运动气浮导轨部件内可实现超精密花岗石基准方箱的Y向运动，在所述超精密花岗石基准方箱的外部套设所述X向运动气浮导轨部件，所述X向运动气浮导轨部件为矩形框架结构，所述超精密花岗石基准方箱与X向运动气浮导轨部件之间的四个接触面均设有气浮结构薄膜，所述X向运动气浮导轨部件的上端面设有X向驱动直线电机组件和X向检测定光栅组件，X向运动气浮导轨部件可在超精密花岗石基准方箱上X向气浮运动。进一步的，所述X向运动气浮导轨部件包括X向上花岗石气浮运动平板、X向下花岗石气浮支承滑块,X向左花岗石气浮支承滑块和X向右花岗石气浮支承滑块，X向上花岗石气浮运动平板、X向下花岗石气浮支承滑块,X向左花岗石气浮支承滑块和X向右花岗石气浮支承滑块围成矩形框架结构，在所述X向上花岗石气浮运动平板上端面设置有若干连接孔，X向上花岗石气浮运动平板下端面设置有多孔集成节流器，在X向上花岗石气浮运动平板内设置有设置有供气管路，供气管路与多孔集成节流器连通；在所述X向下花岗石气浮支承滑块的上端面设置有多孔集成节流器，X向下花岗石气浮支承滑块内设置有供气管路，供气管路与多孔集成节流器连通；在所述X向左花岗石气浮支承滑块的内侧端面设置有多孔集成节流器，X向左花岗石气浮支承滑块内设置有供气管路，供气管路与多孔集成节流器连通；在所述X向右花岗石气浮支承滑块的内侧端面设置有多孔集成节流器，X向左花岗石气浮支承滑块内设置有供气管路，供气管路与多孔集成节流器连通。进一步的，所述Y向运动气浮导轨部件包括两组对称设置的Y向运动气浮导轨单元，每组Y向运动气浮导轨单元均包括Y向下花岗石气浮支承导轨、Y向侧面花岗石气浮支承导轨和Y向上花岗石气浮支承导轨，所述超精密花岗石基准方箱设置在两组Y向运动气浮导轨单元之间，超精密花岗石基准方箱7与两组Y向运动气浮导轨单元的上下接触面设有气浮薄膜，所述Y向运动气浮导轨部件的设有Y向驱动直线电机组件和Y向检测定光栅组件。进一步的，所述超精密花岗石基准方箱两端部的上、下端面及侧端面均设置多孔集成节流器，在超精密花岗石基准方箱内设置供气管路，供气管路与多孔集成节流器连通。进一步的，所述X向检测定光栅组件包括X向检测定光栅尺和X向检测定光栅读数头。进一步的，所述X向检测定光栅组件包括X向检测定光栅尺和X向检测定光栅读数头。进一步的，所述Y向检测定光栅组件包括Y向检测定光栅尺和Y向检测定光栅读数头。进一步的，所述X向驱动直线电机组件包括X向驱动直线电机定子部件和X向驱动直线电机动子部件。进一步的，所述两组对称设置的Y向运动气浮导轨单元之间设置有调整块。本专利技术的有益效果：本专利技术提出一种基于方箱的超精密X-Y气浮平面定位平台，该平台主体结构采用“箱中箱”的对称分布结构，分别实现二维平面中X-Y方向的气浮静压运动，该结构所用X-Y方向运动部件和导轨都以矩形框架结构的超精密花岗石基准方箱为基准，将二维气浮运动定位平台的定位精度从微米向亚微米及甚至纳米级方向趋近。附图说明图1是本专利技术装置的整体结构示意图；图2是图1的A-A向剖视图；图3是图2的B-B向剖视图；图4是超精密花岗石基准方箱的侧端面示意图；图5是图4的D向视图；图6是图4的C向视图；图7是X向上花岗石气浮运动平板的侧端面示意图；图8是图7的J向视图；图9是图7的K向视图；图10是X向下花岗石气浮支承滑块的上端面示意图；图11是X向左花岗石气浮支承滑块的内端面示意图；图12是X向右花本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于方箱的超精密X‑Y气浮平面定位平台，其特征在于：包括花岗石支承平台(1)，在所述花岗石支承平台(1)上设置有超精密花岗石基准方箱(7)、X向运动气浮导轨部件和Y向运动气浮导轨部件，所述超精密花岗石基准方箱(7)为矩形框架结构，超精密花岗石基准方箱(7)设置在Y向运动气浮导轨部件内可实现超精密花岗石基准方箱(7)的Y向气浮运动，在所述超精密花岗石基准方箱(7)的外部套设所述X向运动气浮导轨部件，所述X向运动气浮导轨部件为矩形框架结构，所述超精密花岗石基准方箱(7)与X向运动气浮导轨部件之间的四个接触面均设有气浮结构薄膜，所述X向运动气浮导轨部件的上端面设有X向驱动直线电机组件和X向检测定光栅组件，X向运动气浮导轨部件可在超精密花岗石基准方箱(7)上X向气浮运动。

【技术特征摘要】
1.基于方箱的超精密X-Y气浮平面定位平台，其特征在于：包括花岗石支承平台(1)，在所述花岗石支承平台(1)上设置有超精密花岗石基准方箱(7)、X向运动气浮导轨部件和Y向运动气浮导轨部件，所述超精密花岗石基准方箱(7)为矩形框架结构，超精密花岗石基准方箱(7)设置在Y向运动气浮导轨部件内可实现超精密花岗石基准方箱(7)的Y向气浮运动，在所述超精密花岗石基准方箱(7)的外部套设所述X向运动气浮导轨部件，所述X向运动气浮导轨部件为矩形框架结构，所述超精密花岗石基准方箱(7)与X向运动气浮导轨部件之间的四个接触面均设有气浮结构薄膜，所述X向运动气浮导轨部件的上端面设有X向驱动直线电机组件和X向检测定光栅组件，X向运动气浮导轨部件可在超精密花岗石基准方箱(7)上X向气浮运动。2.根据权利要求1所述基于方箱的超精密X-Y气浮平面定位平台，其特征在于：所述X向运动气浮导轨部件包括X向上花岗石气浮运动平板(4)、X向下花岗石气浮支承滑块(13),X向左花岗石气浮支承滑块(14)和X向右花岗石气浮支承滑块(17)，X向上花岗石气浮运动平板(4)、X向下花岗石气浮支承滑块(13),X向左花岗石气浮支承滑块(14)和X向右花岗石气浮支承滑块(17)围成矩形框架结构，在所述X向上花岗石气浮运动平板(4)上端面设置有若干连接孔(18)，X向上花岗石气浮运动平板(4)下端面设置有多孔集成节流器(19)，在X向上花岗石气浮运动平板()4内设置有设置有供气管路(20)，供气管路(20)与多孔集成节流器(19)连通；在所述X向下花岗石气浮支承滑块(13)的上端面设置有多孔集成节流器(19)，X向下花岗石气浮支承滑块(13)内设置有供气管路(20)，供气管路(20)与多孔集成节流器(19)连通；在所述X向左花岗石气浮支承滑块(14)的内侧端面设置有多孔集成节流器(19)，X向左花岗石气浮支承滑块(14)内设置有供气管路(20)，供气管路(20)与多孔集成节流器(19)连通；在所述X向右花...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢志伟，张君安，刘波，黄鹏，董皓，方舟，李博，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61