气浮式直线光栅尺装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种气浮式直线光栅尺装置，其包括：具有光栅导轨的光栅尺座、光栅尺、位于光栅尺上方的具有读数头基座和读数头的读数单元，其中，所述读数头基座上设置有用于使读数单元相对所述光栅尺移动的气浮结构和用于使读数单元随移动部件移动且呈菱形的弹簧结构；其中，所述气浮结构包括：与压缩空气源连接的进气口、与所述光栅导轨配合且具有多个气室的基座导轨、以及其两端分别连通所述进气口和所述多个气室的气道；其中，所述弹簧结构包括：呈梯形且上下相对设置的一对弹簧片及连接一对弹簧片对接处的连接件。本实用新型的气浮式直线光栅尺装置，结构简单，检测速度快，检测信号平稳，使用寿命长，批量制造成本低，工艺性好。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及测量【技术领域】，尤其涉及一种气浮式直线光栅尺装置。 气淳式直线光栅尺装置
【背景技术】
[0002] 随着高精度高速度直驱技术的应用，使得数控机床及自动化设备运动轴移动速度 不断提高，尤其直线电机在数控机床的运用，使运动轴的速度可达到100米/分一 150米/ 分或更高，这就要求直线光栅尺的检测速度也越来越高。
[0003] 现有技术中常采用如图7、图8所示的直线光栅尺装置进行检测，其包括固定安装 在机床的固定部件上且具有光栅导轨的光栅尺座7、安装在光栅尺座上的光栅尺6、安装在 移动部件上的连接座且位于光栅尺上方的具有读数头基座和读数头的读数单元4'，读数单 元以两组微型滚动轴承（平面和侧向）以光栅尺座导轨为导向，其读数单元通过压缩弹簧 Γ、微型滚动轴承2'，并在与移动部件连接的连接座拨杆3'的拨动下，沿着光栅导轨无间 隙移动。
[0004] 上述的微型滚动轴承式读数单元是依靠内置的微型滚动轴承在光栅尺座的光栅 导轨上跟随移动部件移动，因此，当机床高速移动时，读数单元会因微型滚动轴承运转性能 及机械摩擦的影响，使读数单元相对光栅尺的移动速度及性能受到约束，并且，微型滚动轴 承误差造成检测信号的周期性波动会影响测量精度，并缩短读数单元的使用寿命。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种气浮式直线光栅尺装置，其 结构简单，检测速度快，减少检测信号周期性的波动，测量精度高，使用寿命长，制造成本 低，工艺性好。
[0006] 为实现本实用新型的上述目的，本实用新型的一种气浮式直线光栅尺装置，包括： 具有光栅导轨的光栅尺座、安装在光栅尺座上的光栅尺、位于光栅尺上方的具有读数头基 座和读数头的读数单元，其中，所述读数头基座上设置有用于使读数单元相对所述光栅尺 移动的气浮结构和用于使读数单元随移动部件移动且呈菱形的弹簧结构；其中，所述气浮 结构包括：与外界的压缩空气源连接的进气口、与所述光栅导轨配合且具有多个气室的基 座导轨、以及其两端分别连通所述进气口和所述多个气室的气道；其中，所述弹簧结构包 括：呈梯形且上下相对设置的一对弹簧片及连接一对弹簧片对接处的连接件。
[0007] 其中，所述读数头基座包括上基座、下基座及安置在上基座和下基座之间的密封 圈；其中，所述进气口设置在所述上基座上，所述气道的一端与所述进气口连通，另一端向 下贯穿所述密封圈和所述下基座后与所述基座导轨的多个气室连通；其中，所述基座导轨 设置在所述下基座上。
[0008] 其中，所述多个气室分别设置在所述基座导轨与所述光栅导轨相对的面上。
[0009] 其中，所述气道与所述气室的连通处设置有用于截流的截流孔。
[0010] 其中，所述截流孔的直径小于所述气道与其连通处的直径。 toon] 其中，所述上基座上表面两端分别与两组所述一对弹簧片中的下弹簧片用螺钉连 接。
[0012] 其中，所述压缩空气源包括空气源和与空气源连通的压力控制回路，所述进气口 与压力控制回路的出气口连通。
[0013] 其中，所述气道包括：与所述进气口连通的坚直气道和与坚直气道连通的水平气 道，所述水平气道包括相互垂直的第一气道和第二气道。
[0014] 其中，所述光栅尺座上表面安置有一对压板，且一对压板用螺钉对称固定安置于 所述读数单元的两侧。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型的气浮式直线光栅尺装置具有结构简单、读数单元 相对光栅尺运动平稳、检测速度快、减少检测信号周期性的波动、使用寿命长、制造成本低、 工艺性好的优点。
[0016] 下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型的气浮式直线光栅尺读数单元装置的局部剖面示意图；
[0018] 图2是图1所示气浮式直线光栅尺装置的B-B剖视图；
[0019] 图3是图2所示气浮式直线光栅尺装置的C-C剖视图；
[0020] 图4是本实用新型的气浮式直线光栅尺装置的气浮原理图；
[0021] 图5是本实用新型弹簧结构示意图；
[0022] 图6是图5所示弹簧结构的D-D剖视图；
[0023] 图7是现有技术中的直线光栅尺读数单元局部结构剖面示意图；
[0024] 图8是图7所示的E-E剖视图。
[0025] 附图标记说明：1-上基座；2-进气口；21-空气源；22-压力控制回路；23-出气 口；3_读数头；4-密封圈；5-下基座；6-光栅尺；7-光栅尺座；8-弹簧结构；81-弹簧片； 82-连接件；9-压板；10-气道；11-截流孔；12-上气室；13-下气室；14-侧气室；15-水平 气道；15a-第一气道；15b-第二气道；16-固定部件；17-移动部件；18-堵头；19-坚直气 道；Γ -压缩弹簧；2' -微型滚动轴承；3' -拨杆；4' -读数单元。
【具体实施方式】
[0026] 图1所示为本实用新型的气浮式直线光栅尺装置局部结构示意图，图2所示为图 1中直线光栅尺装置的B-B剖视图，图3为图2中所示的C-C剖视图。
[0027] 由图1、图2、图3可知，本实用新型的气浮式直线光栅尺装置包括：固定安装在机 床固定部件16 (如机座）上且具有光栅导轨的光栅尺座7、安装在光栅尺座7上的光栅尺 6、安装在机床的移动部件17上的位于光栅尺6上方且具有读数头基座和读数头3的读数 单元，其中，读数头基座上设置有用于使读数单元相对光栅尺移动的气浮结构和用于使读 数单元随移动部件移动且呈菱形的弹簧结构8。
[0028] 其中，气浮结构包括：与外界的压缩空气源连接的进气口 2、与光栅导轨配合且具 有多个气室的基座导轨以及其两端分别连通进气口 2和多个气室的气道10 ;其中，如图5、 图6所示，弹簧结构8包括：呈梯形且上下相对设置的一对弹簧片81及连接一对弹簧片对 接处的连接件82。
[0029] 本实用新型的气浮式直线光栅尺装置，通过设置气浮结构，可以使外界的压缩空 气进入读数单元基座导轨的多个气室内，从而使基座导轨在光栅尺座7的光栅导轨中浮 起，即，使读数单元在光栅导轨中浮起，从而使读数单元随着移动部件17移动时，可以在光 栅导轨中实现无摩擦移动，使得读数单元相对光栅尺运动平稳，并且提高光栅尺装置检测 速度，增加使用寿命，减少检测信号周期性的波动。此外，与现有技术的具有内置微型滚动 轴承式读数单元的直线光栅尺相比，本实用新型的气浮式直线光栅尺装置更适合高速移动 情况下位置精度的检测，以及由直线电机驱动所需的高动态性能的要求。
[0030] 此外，本实用新型的气浮式直线光栅尺装置，在读数头基座上部的两端设置与其 连接且呈菱形的弹簧结构8,通过弹簧结构8将读数头基座与机床的移动部件连接为一体， 从而使读数头基座可随移动部件的移动而移动，进而带动整个读数单元在光栅导轨中随着 移动部件移动。在移动过程中，弹簧结构的坚直方向具有一定的弹性力，因此，随着移动部 件移动时，能吸收震动并抵消移动部件与读数单元之间的平行度误差对读数单元移动精度 的影响，与现有技术的直线光栅尺相比，具有结构简单的优点。
[0031] 具体的，如图1、图2、图3所示，本实用新型的读数头基座包括上基座1、下基座5、 以及安置在上基座1和下基座5之间的密封圈4。其中，进气口 2设置在上基座1上，且其 一端与外界压缩空气压力控制回路22的出气口 23相连通；气道10的一端与进气口 2相连 通，另一端向下贯穿密封圈4和下基座5、并与设置在下基座5上的基座导轨的多个气室相 连通。
[0032] 其中，如图1、图2、图3所示，气道10具有与进气口 2连通的坚直气道19和与坚 直气道连通的水平气道15,水平气道包括相互垂直的第一气道15a和第二气道15b (如图3 所示），且第一气道和第二气道的出口端与设置在下基座5基座导轨上的多个气室相连通。 其中，第一气道和第二气道与多个气室连通处设置截流孔，可以起到控制压缩空气流量的 作用；并且，为了工艺加工时便于实现，在第二气道15b的一端设置堵头18,以便气道内的 气体不会泄露。
[0033] 采用本实用新型的上、下基座组合形成读数头基座的方式，使导轨、气道、截流孔、 气室和进气口在加工工艺上及读数头装调更易于实现。
[0034] 其中，如图2所示，本实用新型的下基座5导轨上的多个气室分别设置在基座导轨 与光栅导轨相对应的面上，即，所述多个气室包括设置在基座导轨上表面的多个上气室12、 设置在基座导轨下表面的多个下气室13、以及设置在基座导轨两侧面的侧气室14,并且， 上、下气室和侧气室的一端与水平气道的第一、第二气道相连通，各气室的另一端开口、且 开口与光栅导轨面相通。
[0035] 而如图4所示，压缩空气源包括空气源21和与空气源21连通的压力控制回路22、 与压力控制回路连通的出气口 23,其中，进气口 2与压力控制回路22的出气口 23连通。
[0036] 当经压力控制回路处理的洁净的压缩空气从进气口输入后，依次经过坚直气道、 水平气道、多个截流孔而进入到多个气室中，由于基座导轨和光栅导轨之间具有微小的间 隙，因此，当压缩空气进入各气室中时，在各气室开口的另一端与光栅导轨之间形成气膜， 该气膜使基座导轨相对光栅导轨浮起，从而使基座导轨可以沿着光栅导轨移动，即，使读数 单元相对光栅导轨可以无机械摩擦的快速移动。
[0037] 其中，如图2所示，两组弹簧结构的弹簧片81中的下弹簧片分别与上基座1两端 顶面连接，上弹簧片与机床的活动部件17连接。而如图5、图6所示，弹簧片81均呈梯形， 且一对弹簧片上下相对设置，用铆钉连接成菱型，从而使一对弹簧片沿着坚直方向具有一 定的弹性，并能在运动中吸收一定的震动及移动部件之间平行度误差对运动精度的影响， 而由于一对弹簧片对接处采用铆钉连接，因此当弹簧结构随移动部件移动时，在移动方向 上不会产生变形，可以刚性传递移动部件的作用力。此外，本实用新型的弹簧结构可以在模 具成型后铆接组合，因此可以批量生产，降低制造成本。
[0038] 如图2所示，在光栅尺座上面安置一对压板9,且压板对称安置在读数单元的两侧 并用螺钉固定、构成光栅导轨，其整体工艺性好、便于实现，该压板可以通过将铝合金用精 密模具整体拉伸形成，能够批量生产，因此可以降低制造成本。
[0039] 尽管上文对本实用新型作了详细说明，但本实用新型不限于此，本【技术领域】的技 术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种 修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种气浮式直线光栅尺装置，包括：具有光栅导轨的光栅尺座（7)、安装在光栅尺座 (7)上的光栅尺￠)、位于光栅尺（6)上方的具有读数头基座和读数头（3)的读数单元，其 特征在于： 所述读数头基座上设置有用于使读数单元相对所述光栅尺移动的气浮结构和用于使 读数单元随移动部件移动且呈菱形的弹簧结构（8); 其中，所述气浮结构包括：与外界的压缩空气源连接的进气口（2)、与所述光栅导轨配 合且具有多个气室的基座导轨、其两端分别连通所述进气口（2)和所述多个气室的气道 (10)； 其中，所述弹簧结构（8)包括：呈梯形且上下相对设置的一对弹簧片（81)及连接一对 弹簧片对接处的连接件（82)。
2. 根据权利要求1所述的气浮式直线光栅尺装置，其特征在于： 所述读数头基座包括上基座（1)、下基座（5)及安置在上基座（1)和下基座（5)之间的 密封圈⑷； 其中，所述进气口（2)设置在所述上基座（1)上，所述气道（10)的一端与所述进气口 连通，另一端向下贯穿所述密封圈（4)和所述下基座（5)后与所述基座导轨的多个气室连 通； 其中，所述基座导轨设置在所述下基座（5)上。
3. 根据权利要求2所述的气浮式直线光栅尺装置，其特征在于，所述多个气室分别设 置在所述基座导轨与所述光栅导轨相对应的面上。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的气浮式直线光栅尺装置，其特征在于，所述气道 (10)与所述气室的连通处设置有用于截流的截流孔（11)。
5. 根据权利要求2所述的气浮式直线光栅尺装置，其特征在于，所述上基座（1)顶面两 端分别与两组所述一对弹簧片（81)中的下弹簧片连接。
6. 根据权利要求1所述的气浮式直线光栅尺装置，其特征在于，所述连接件（82)为铆 钉。
7. 根据权利要求1所述的气浮式直线光栅尺装置，其特征在于，所述压缩空气源包括 空气源（21)和与空气源（21)连通的压力控制回路（22)，所述进气口（2)与压力控制回路 (23)的出气口连通。
8. 根据权利要求1所述的气浮式直线光栅尺装置，其特征在于，所述气道（10)包括： 与所述进气口连通的坚直气道（19)和与坚直气道连通的水平气道（15)。
9. 根据权利要求1所述的气浮式直线光栅尺装置，其特征在于，所述光栅尺座（7)上表 面安置有一对压板（9)，且一对压板对称安置于所述读数单元的两侧。
【文档编号】B23Q17/24GK203887630SQ201420321301
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】陆洪伦 申请人:北京凯奇数控设备成套有限公司, 陆洪伦