基于外扶式气／气两相复合的立式直线基准方法与装置制造方法及图纸

基于外扶式气／气两相复合的立式直线基准方法与装置属于精密仪器与测量技术领域；是在气浮导套的外部相邻两侧面处沿Ｘ向和Ｙ向分别构建与主工作气膜支承方向相反的两个辅助气膜，并与主工作气膜共同作用于导向气浮板两侧；导向气浮板工作面与内侧主气浮导轨和外侧辅助导轨工作面分别形成正向和负向工作气膜，两气膜工作压力分别为Ｐ↓［内］和Ｐ↓［外］，且Ｐ↓［内］＞Ｐ↓［外］；导向气浮板在双向工作气膜的复合作用下工作；其装置是在气浮导套的外部设有辅助导轨Ａ和辅助导轨Ｂ，且在气浮导套上还设有同时面向主气浮导轨、辅助导轨Ａ和辅助导轨Ｂ的节流结构；本发明专利技术建立了一种刚度高、抗扰动能力强、工作稳定性好等优势兼顾的立式直线基准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密仪器与测量
，特别涉及一种基于外扶式气/ 气两相复合的立式直线基准方法与装置。
技术介绍
立式直线基准作为精密/超精密测量仪器与制造装备中的核心技术，其 制造水平直接关系到仪器装备的最终使用性能。如高精度光学检测仪器、 精密/超精密光机电一体化装备、以及精密/超精密机床等先进装备制造领域 中，都对其中所使用的立式直线基准提出了越来越高的要求，即要求所使 用的立式直线基准不但要有高的导向精度，同时还要具有高的支承刚度、 较强的抗扰动能力和良好的工作稳定性。目前高精度立式直线基准通常用立式气浮导轨来实现，常用的气浮导 轨结构主要由气浮导套和导轨立柱两部分组成，当在气浮导套和导轨立柱 之间构建气膜以形成气体支承和润滑后，气浮导套可带动负载沿导轨立柱 上下运动，虽然通过合理的结构设计通常情况下可实现较高的直线运动导 向精度，但该结构形式的立式气浮导轨使用中仍存在着下述问题气浮导 套及其负载构成的运动系统在封闭气膜压力的作用下处于准平衡状态，在径向上(X向和Y向)支承刚度较低，运动系统极易受到外部扰动的影响， 系统的工作稳定性较差。为改善立式气浮导轨的使用性能，国内外学者和工程技术人员做了很 多有益尝试，分别研制出被动补偿式膜压导轨、主动内部节流空气静压导 轨、表面节流空气静压导轨、静压控制节流器空气静压导轨、电控节流空 气静压导轨、排气控制空气静压导轨等新型空气静压导轨。这些导轨都是 在结构上采取一些控制措施，以获得较高刚度或可控刚度，但它们的结构 很复杂，控制和调节比较繁瑣，效果也不明显。国防科技大学提出 一种采用多孔质节流的新型空气静压导轨，其基本 原理为利用多孔质材料的微结构进行节流，同时在导轨表面设置与多孔质节流器相连通的浅沟槽，利用沟槽的阻抗形成二次节流，可达到4是高空气 导轨刚度和承载能力的目的，但多孔质轴承制造比较复杂，且容易阻塞。此外，从理论上讲也可采用减小节流孔径或减小气膜厚度的方法来提 高.气浮导轨的刚度和稳定性，但由于受目前工艺水平的制约，当节流孔径 和气膜厚度过小时又会导致加工和装配极为困难。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出一种基于外扶 式气/气两相复合的立式直线基准方法，通过构建与主工作气膜支承方向相 反的辅助气膜，并与主工作气膜共同作用于导向气浮板两侧，使导向气浮 板在双向工作气膜的复合作用下工作，以达到建立一种刚度高、抗扰动能力强、工作稳定性好等优势兼顾的立式直线基准的目的；本专利技术还提供了一种基于上述方法的外扶式气/气两相复合的立式直线基准装置。 上述目的通过以下的技术方案实现一种基于外扶式气/气两相复合的立式直线基准方法，是在气浮导套的 外部相邻两侧面处沿X向和Y向分别构建与主工作气膜支承方向相反的两 个辅助气膜，并与主工作气膜共同作用于导向气浮板两侧；导向气浮板工 作面与内侧主气浮导轨和外侧辅助导轨工作面分别形成正向和负向工作气膜，两气膜工作压力分别为P a和P外，且P^P外；导向气浮板在双向工作 气膜的复合作用下工作。一种基于外扶式气/气两相复合的立式直线基准装置，包括主气浮导轨 和气浮导套，主气浮导轨工作面和气浮导套内侧工作面形成正向主工作气 膜，且气膜工作压力为P^，其特征在于在气浮导套的外部设有与导向气浮 板A相平行的辅助导轨A,辅助导轨A工作面和导向气浮纟反A外侧工作面 形成负向工作气膜A;还设有与导向气浮板B相平行的辅助导轨B,辅助导 轨B工作面和导向气浮板B外侧工作面形成负向工作气膜B;负向工作气 膜A和负向工作气膜B的气膜工作压力为P外，且P a〉P外；气浮导套上还 设有同时面向主气浮导轨、辅助导轨A和辅助导轨B的节流结构。本专利技术具有以下特点及有益效果1、本专利技术通过构建与主工作气膜支承方向相反的辅助气膜，并与主工作气膜共同作用于导向气浮板两侧，使导向气浮板在双向工作气膜的复合 作用下工作，明显提升导轨的径向支承刚度，这是区別于现有技术的创新点之一；2、本专利技术通过对主工作气膜正向压力P rt和辅助气膜负向压力P外进行 合理设计，并确保P^P力，可解决现有气浮导轨处于准平衡状态下易受扰 动的问题，可显著增强导轨的抗干扰能力和工作稳定性，这是区别于现有 技术的创新点之二；3、因气体润滑具有极好的误差平均效应，因此辅助气膜的加入对主气 浮导轨的导向精度基本没有影响或影响极小，仍能保留主气浮导轨导向精 度高的优势；且本专利技术装置中辅助导轨结构简单，工艺性好，避免了现有 方法结构复杂、加工和装配困难等问题，这是区别于现有技术的创新点之附图说明图1为基于外扶式气/气两相复合的立式直线基准装置三维结构示意图；图2为图1中A-A向剖面图。图中1、主气浮导轨；2、气浮导套；3、主气浮导轨工作面；4、气 浮导套内侧工作面；5、正向主工作气膜；6、导向气浮板A; 7、辅助导轨 A; 8、辅助导轨A工作面；9、导向气浮板A外侧工作面；10、负向工作 气膜A; 11、导向气浮板B; 12、辅助导轨B; 13、辅助导轨B工作面； 14、导向气浮板B外侧工作面；15、负向工作气膜B; 16、节流结构。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明。如图1所示，主气浮导轨l固定于稳定的基体上，气浮导套2和主气 浮导轨1经过精密装配构成直线运动的主基准，其中气浮导套2由导向气 浮板A和导向气浮板B等四块导向气浮板配装而成。如图2所示，主气浮 导轨工作面3和气浮导套内侧工作面4形成封闭的正向主工作气膜5,且 气膜工作压力为p a 。在正向主工作气膜5的支承下，气浮导套2平衡受力， 处于准平衡状态，且在电机等驱动系统的作用下可带动负载沿主气浮导轨1上下运动。由于气体润滑几乎没有摩擦，且具有极好的误差平均效应，因此对气浮导套内侧工作面4及主气浮导轨工作面3进行超精密研磨，使 气浮工作面达到深亚微米级形状精度和位置精度，同时达到十几纳米级表 面粗糙度，使气浮表面具有极高的气体平均效应和抗腐蚀性，实现高的导 向精度。为避免气浮导套2及其负载易受外部扰动的影响，采取在径向上外加 辅助气体支承的方法提高导轨的刚度和工作稳定性。如图2所示，在气浮 导套2的外部设有与导向气浮板A 6相平行的辅助导轨A 7，辅助导轨A 工作面8和导向气浮板A外侧工作面9形成负向工作气膜A10;此外还设 有与导向气浮板B 11相平行的辅助导轨B 12,辅助导轨B工作面13和导 向气浮^反B外侧工作面14形成负向工作气膜B 15;负向工作气膜A10和 负向工作气膜B 15的气膜工作压力为P外，且有P,冲外；气浮导套2上还 设有同时面向主气浮导轨1、辅助导轨A7和辅助导轨B 12的节流结构16。外扶式气/气两相复合的立式直线基准装置工作原理为通过构建与 正向主工作气膜5支承方向相反的负向工作气膜A 10和负向工作气膜B 15，并与正向主工作气膜5共同作用于导向气浮板A6和导向气浮板B 11 两侧，因正向主工作气膜5工作压力Prt大于两负向工作气膜压力P外，可 保证直线运动精度不受影响或影响很小；导向气浮板A 6和导向气浮板B 11在双向工作气膜的复合作用下工作，使气浮导套2及置于其上的负载在 X向和Y向上受到预紧作用力，避免了气浮导套2在正向主工作气膜5作 用下的准平衡状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外扶式气／气两相复合的立式直线基准方法，其特征在于该方法是在气浮导套的外部相邻两侧面处沿Ｘ向和Ｙ向分别构建与主工作气膜支承方向相反的两个辅助气膜，并与主工作气膜共同作用于导向气浮板两侧；导向气浮板工作面与内侧主气浮导轨和外侧辅助导轨工作面分别形成正向和负向工作气膜，两气膜工作压力分别为Ｐ↓［内］和Ｐ↓［外］，且Ｐ↓［内］＞Ｐ↓［外］；导向气浮板在双向工作气膜的复合作用下工作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭久彬，黄景志，金国良，杨文国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]