一种精密丝杠驱动式环型气体静压导轨的制作方法

本发明属于超精密制造装备领域，涉及光学元件加工中的超精密铣削、研抛加工机床，具体为一种精密丝杠驱动式环型气体静压导轨。

背景技术：

制造业是国民经济的支柱产业，而超精密加工技术又是制造业发展的最重要牵引。超精密铣削、磨削作为超精密加工技术中的很重要一环，气体静压导轨副是超精密加工机床中保证加工精度的核心部件之一，要求部件高精度、高稳定性、经济性等。

目前在高端光学加工工艺中采用的超精密铣削机床主要用超精密气体静压导轨实现元件的铣削进给，不过基本都采用的是直线电机来驱动的，而在超精密研抛加工机床主要用传统的滑动导轨来实现修整和测量运动，对技术人员的经验依赖较大，目前已经向智能化发展，已经有小部分前沿单位已经开始采用超精密气体静压导轨来实现具有高要求的研抛加工机床，也采用的是直线电机来驱动的。直线电机本身具有高速度、高灵敏性、行程不受限等优点，但由于直线电机极容易受到端部效应、负载变化的影响，造成系统的不稳定和性能的下降；且使用成本较高，需要高端数控系统、光栅闭环控制，本身价格贵，限制超精密铣削机床、研磨机床的推广使用。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种精密丝杠驱动式环型气体静压导轨，精度高，可靠性高，推广性强，抗干扰能力强。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种精密丝杠驱动式环型气体静压导轨，包括气体静压导轨条，分别设置在气体静压导轨条上部和两侧的气体静压导轨溜板，设置在气体静压导轨条下部的气体静压导轨下溜板，设置在气体静压导轨条上的精密丝杠传动装置，以及连接在两侧的气体静压导轨溜板上的传动支架；所述的气体静压导轨下溜板和气体静压导轨溜板组装形成气体静压导轨滑动副，与气体静压导轨条环抱形成一副环型气体静压导轨；所述的精密丝杠传动装置包括由伺服电机驱动的精密丝杠，与精密丝杠配合的精密丝杠螺母，以及固定设置在精密丝杠螺母上的丝杠螺母连接座；精密丝杠平行于环型气体静压导轨设置，丝杠螺母连接座垂直于精密丝杠向上设置；所述的传动支架上端固定有两个球型顶紧块，两个球型顶紧块的球面正对，与丝杠螺母连接座形成沿导轨运动方向的双向点接触，精密丝杠两端连接的伺服电机座和轴承座分别固定在气体静压导轨条上。

优选的，两个球型顶紧块间的间隙比丝杠螺母连接座被顶紧侧的厚度略大，且双向点接触的位置仅单向顶紧。

优选的，气体静压导轨滑动副环抱气体静压导轨条后，各向间隙小于10μm。

优选的，气体静压导轨下溜板上对称设置有多个气体静压导轨圆形气浮块固定套，与气体静压导轨圆形气浮块固定套通过螺纹固定的圆形气浮块顶紧块，以及设置在气体静压导轨下溜板内侧沿导轨方向呈直线放置的多个气体静压导轨圆形气浮块；

所述的气体静压导轨圆形气浮块包括圆形气浮块固定板和圆形气浮块节流块；圆形气浮块固定板的内侧设置圆形气浮块节流块，与气体静压导轨下溜板的气体接口连通，外侧通过设置的球窝与对应的圆形气浮块顶紧块顶紧配合；气体静压导轨圆形气浮块与气体静压导轨条下端面形成间隙配合。

进一步，圆形气浮块节流块为圆形，一面开有多个环槽和一个中心圆槽，圆槽和环槽彼此间通过多个沿圆径向均布的长槽相连通，此面与圆形气浮块固定板内侧的凹槽粘接，另一面呈平面作为静压面。

优选的，气体静压导轨溜板内侧开有多个凹槽，每个凹槽内置有气体静压导轨节流块，气体静压导轨节流块与对应气体静压导轨溜板的气体接口连通；气体静压导轨节流块沿导轨方向呈单列放置。

进一步，气体静压导轨节流块为矩形，一面开有多列进气槽，各列间通过垂直方向的一个横槽贯穿相连通，此面与气体静压导轨溜板内侧的凹槽粘接，另一面呈平面作为静压面。

优选的，伺服电机固定在伺服电机安装座上，通过联轴器与精密丝杠相连接，精密丝杠一端与轴承座内安装的轴承配合，另一端与伺服电机座内安装的轴承配合，伺服电机座和轴承座分别固定在气体静压导轨条两端的伺服电机座调整块和轴承座调整块上。

优选的，所述气体静压导轨条采用的天然花岗岩制成，气体静压导轨溜板和气体静压导轨下溜板采用的是硬化后铝制成。

优选的，所述球型顶紧块和丝杠螺母连接座均采用湛火后的不锈钢制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明利用气体静压导轨提供高精度的移动保证，利用伺服电机驱动的丝杠运动副进行动力控制，气体静压导轨通过精密丝杠驱动，抗干扰，经济性好，推广性强；通过在精密丝杠副螺母上固定的螺母连接座与两个正对的球型顶紧块之间沿导轨运动方向形成双向点接触，不过双向不会同时顶紧，两个顶紧块间的间隙比螺母连接座被顶紧侧的厚度略大，且有一定调整量，而丝杠副的2π误差在运动过程中被消除掉，可以应用于超精密加工机床实现高精度低成本的直线运动。

进一步的，通过气膜的均化作用来提高导轨的精度，并且下端面背压浮动可调的方式，可以保证气体静压导轨更小的气膜间隙、更高刚度和精度。

进一步的，整个气体静压导轨呈环型，中间的气体静压导轨条为天然花岗岩，四测环抱的溜板为铝溜板，溜板上安装的节流块为非金属材料。此类导轨适合用于研抛加工环境湿度非常大的场合，可防锈、防腐蚀。

附图说明

图1为本发明实例中所述环形气体静压导轨的结构示意图。

图2为本发明实例中所述气体静压导轨节流块的内侧结构图。

图3为本发明实例中所述气体静压导轨节流块的结构示意图。

图4为本发明实例中所述圆形气浮块节流块的结构示意图。

图中：气体静压导轨条1、气体静压导轨溜板2、气体静压导轨节流块3、气体静压导轨下溜板4、圆形气浮块固定套5、圆形气浮块顶紧块6、锁紧被母7、圆形气浮块固定板8、圆形气浮块节流块9、联轴器10、螺母座座11、轴承座调整块13、伺服电机安装座14、伺服电机15、精密丝杠16、轴承座12、传动支架17、丝杠螺母连接座18、精密丝杠螺母19、球型顶紧块20、伺服电机座调整块21。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参照图1，本发明一种精密丝杠驱动式环型气体静压导轨，包括气体静压导轨条1、气体静压导轨溜板2、气体静压导轨节流块3、伺服电机安装座14、伺服电机15、联轴器10、精密丝杠16、精密丝杠螺母19、传动支架17、丝杠螺母连接座18、球型顶紧块20和轴承座12，伺服电机15固定在伺服电机安装座14上，通过联轴器10与精密丝杠16相连接，精密丝杠16一端与轴承座12内安装的轴承配合，另一端与伺服电机座14内安装的轴承配合，其中，所述气体静压导轨溜板2共三副，每副气体静压导轨溜板2内侧开有凹槽，内置有气体静压导轨节流块3，设置在气体静压导轨条1下端面的气体静压导轨下溜板4则安装有两个圆形气浮块固定套5，圆形气浮块顶紧块6与圆形气浮块固定套5通过螺纹固定，由配合的锁紧被母7锁紧定位，保持气膜间隙稳定不变；圆形气浮块由圆形气浮块固定板8和圆形气浮块节流块9组成，组成后与气体静压导轨条1下端面形成间隙配合，并与圆形气浮块顶紧块6通过圆形气浮块固定板8上的球窝配合形成顶紧作用，如此四副溜板精配后组装成气体静压导轨滑动副，与气体静压导轨条1环抱，各向间隙小于10μm，一起组成一副环型气体静压导轨，另外传动支架17固定在气体静压导轨两侧的气体静压导轨溜板2上，传动支架17上端固定有两个球型顶紧块20，两个顶紧块30球面正对，与丝杠螺母连接座18形成沿导轨运动方向的双向点接触，精密丝杠16两端连接的伺服电机座14和轴承座12分别固定在气体静压导轨条两端的伺服电机座调整块21和轴承座调整块13，丝杠螺母连接座18通过螺母座座11与精密丝杠螺母19固定。

参照图2和图1，气体静压导轨节流块3共十四块，其中上方和两侧三个方向中，每个方向四块沿导轨方向呈单列放置，下方两块沿导轨方向呈直线放置。

参照图3，气体静压导轨节流块3为矩形，有一面开有十五列，进气槽，各列间通过垂直方向的一个横槽贯穿相连，此面与气体静压导轨溜板2凹槽粘接，另一面很平整为静压面。

参照图4，圆形气浮块节流块9为圆形，有一面开有三个环槽和一个中心圆槽，圆槽和环槽彼此间通过四个沿圆径向均布的长槽相连，此面与圆形气浮块固定板8凹槽粘接，另一面很平整为静压面。

气体静压导轨节流块3与气体静压导轨溜板2之间，及圆形气浮块固定块8与圆形气浮块节流器9之间均通过粘接剂固化。

在传动中，精密丝杠螺母19上固定的丝杠螺母连接座18与两个正对的球型顶紧块20之间沿导轨运动方向形成双向点接触，不过双向不会同时顶紧，两个球型顶紧块20间的间隙比丝杠螺母连接座18被顶紧侧的厚度略大，且有一定调整量，而丝杠副的2π误差在运动过程中被消除掉，可应用于为超精密加工机床实现高精度低成本的直线运动；

本实例中通过对各部件材料的优化，对整体的精度实现进一步的保证和提高，气体静压导轨条1采用天然花岗岩，四侧环抱的溜板为铝溜板，优选采用的是硬化后的LY12，可防锈、防腐蚀。溜板上安装的气体静压导轨节流块3和圆形气浮块节流块9采用非金属材料，可防锈、防腐蚀，优选的采用石墨；石墨的高强度、高密度、高灰度，其空隙分布均匀、密且小，可实现极均匀的透气，且气源流量消耗小，强度高，从而使得气体静压导轨副耗气量小，刚度大，噪音极低，非常适合于超精密加工环境中的需求。球型顶紧块20和丝杠螺母连接座18均采用耐磨的高湛火钢，接触面磨削粗糙度好，精度高，且耐磨性好。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的有点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围有所附的权利要求书及其等效物界定。