一种高推力闭式气体静压转台的制作方法

本发明属于超精密制造设备领域，具体涉及一种径向推力联合闭式气体静压转台，特别是涉及一种高推力闭式气体静压转台。

背景技术：

在超精密加工领域，测量仪器尤为重要。气体静压轴承因其高精度、无污染的特点而广泛应用于测量转台上。但由于气体的可压缩性，气体静压轴承的承载能力和刚度较低从而导致转台性能不能满足高精度大负载应用。

现有技术中的气体静压轴承存在以下问题：

(1)承载能力不足的问题，提高供气压力容易导致气锤自激振动而失去稳定性；

(2)提高气体静压轴承的承载能力时会损失较大刚度，从而会降低转台的精度的问题。

以上问题，导致了现有气体静压轴承技术还不能满足高承载力精密制造装备，例如航天模拟测试设备、圆度仪等的使用要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高推力闭式气体静压转台，可以有效解决现有技术中的问题，可以在提高气体静压转台承载能力的同时并保证一定刚度，满足高承载力精密制造装备的使用要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种高推力闭式气体静压转台，包括气浮轴承定子、上止推板、工件转盘、径向轴承、外壳、下止推板、转子转轴、密封底板、阻尼器、节流器I和节流器II，所述气浮轴承定子固定连接在外壳内侧的上端；所述外壳的下端固定连接密封底板；所述径向轴承过盈配合连接在气浮轴承定子内；所述径向轴承的上下两端分别与上止推板和下止推板固定连接；所述上止推板的上端固定连接工件转盘；所述下止推板的下端固定连接转子转轴；

所述气浮轴承定子、上止推板、下止推板、径向轴承、转子转轴均为圆环形状，工件转盘为圆形；上止推板、径向轴承和下止推板固定连接，保证三者中心线高度重合的同时还要调整好上止推板与下止推板的轴向距离，在装配时调整轴向距离，调整上止推板、径向轴承和下止推板之后再进行固定连接。工件转盘上表面与上止推板中心线垂直，转子转轴设置在下止推板的中心处且两者中心线重合。

所述气浮轴承定子的上表面沿圆周方向均匀分布多个节流孔和多个阻尼孔，阻尼孔位于节流孔的外侧；多个节流孔内分别固定连接一个节流器I，多个节流器I之间通过气浮轴承定子上表面沿圆周方向铣削出来的微小沟槽I连通；多个阻尼孔内分别固定连接一个阻尼器，多个阻尼器之间通过气浮轴承定子上表面沿圆周方向铣削出来的微小沟槽II连通；同一半径方向的节流器I和阻尼器之间通过气浮轴承定子上表面沿径向方向铣削出来的微小沟槽III连通；所述气浮轴承定子的内环面上设有上下两排多个径向安装孔，多个径向安装孔内分别固定连接一个节流器II。

压力气体通过气浮轴承定子上表面的节流器I和阻尼器进入上止推板和气浮轴承定子上表面的间隙形成上浮气体静压轴承止推气膜，由上止推板、气浮轴承定子上表面和气浮轴承定子上表面的节流器I及阻尼器组成上浮气体静压止推轴承。

压力气体从节流器II进入径向轴承和气浮轴承定子内环面之间形成径向气体静压轴承气膜。由径向轴承、气浮轴承定子内环面和节流器II组成径向气体静压轴承。此外，压力气体从气浮轴承定子上表面与上止推板间隙、从气浮轴承定子内环面与径向轴承间隙进入气浮轴承定子下表面与下止推板间隙形成下浮气体静压止推气膜。由气浮轴承定子下表面与下止推板组成下浮气体静压止推轴承。由上浮气体静压止推轴承和下浮气体静压止推轴承形成闭式气体静压止推轴承。

所述的一种高推力闭式气体静压转台还包括驱动模块和测量模块；所述驱动模块传动连接转子转轴；所述测量模块固定连接在外壳内侧的下端，转子转轴位于测量模块的内侧。

所述气浮轴承定子、上止推板、径向轴承、下止推板、转子转轴的中心线重合。

所述工件转盘的上表面与上止推板的中心线垂直设置。

所述上止推板的直径大于下止推板的直径。

所述驱动模块采用力矩电机。

所述测量模块采用圆光栅部件。

所述节流器I沿气浮轴承定子的轴向方向设置。

所述节流器II沿气浮轴承定子的径向方向设置。

本发明的有益效果为：本发明的一种高推力闭式气体静压转台，可以有效解决现有技术中的问题，可以在提高气体静压转台承载能力的同时并保证一定刚度，满足高承载力精密制造装备的使用要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)采用较大直径的上止推板和较小直径的下止推板，有利于提高闭式气体静压止推轴承的承载能力，同时具备一定的刚度以保证转台的精度。

2)采用径向推力联合闭式气体静压轴承结构(即径向圆柱轴承和上下两个平面止推轴承相结合)，有利于提高加工精度进而提高转台的精度和回转精度。

3)采用气浮轴承定子下表面不开设节流孔、由上浮气体静压止推轴承气膜和径向气体静压轴承气膜为下浮气体静压止推轴承供气的结构方案，可以进一步提高转台的承载能力，同时还能大幅度降低气体消耗量。

4)在气浮轴承定子上表面开设微小的沟槽来均匀扩大上浮气体静压轴承止推气膜的高压区域，进而提高上浮气体静压止推轴承的承载能力和刚度，最终达到提高气体静压转台承载能力并保证一定刚度的目的。

5)在气浮轴承定子上表面设置阻尼孔，可以有效避免“气锤”自激振动现象的出现，改善了气体静压轴承的稳定性。

综上，本发明可以满足测量大质量工件的高承载力精密制造装备，例如航天模拟测试设备、圆度仪等的使用要求性能要求。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图；

图2是本发明的局部结构俯视图。

图中：气浮轴承定子1；微小沟槽I1-1；微小沟槽II1-2；微小沟槽III1-3；节流孔1-4；阻尼孔1-5；上止推板2；工件转盘3；径向轴承4；外壳5；下止推板6；转子转轴7；密封底板8。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：

如图1-2所示，一种高推力闭式气体静压转台，包括气浮轴承定子1、上止推板2、工件转盘3、径向轴承4、外壳5、下止推板6、转子转轴7、密封底板8、阻尼器、节流器I和节流器II，所述气浮轴承定子1固定连接在外壳5内侧的上端；所述外壳5的下端固定连接密封底板8；所述径向轴承4过盈配合连接在气浮轴承定子1内；所述径向轴承4的上下两端分别与上止推板2和下止推板6固定连接，保证径向轴承4、上止推板2和下止推板6中心线高度重合的同时还要调整好上止推板2与下止推板4的轴向距离，这种结构紧凑，有利于减小结构尺寸提高加工精度，该轴向距离是指径向轴承的高度、上浮气体静压轴承止推气膜和下浮气体静压止推气膜的厚度之和，上浮气体静压止推气膜和下浮气体静压止推气膜间隙通过调整上止推板2和下止推板6的轴向距离来实现。所述上止推板2的上端固定连接工件转盘3；所述下止推板6的下端固定连接转子转轴7；所述气浮轴承定子1的上表面沿圆周方向均匀分布多个节流孔1-4和多个阻尼孔1-5，阻尼孔1-5位于节流孔1-4的外侧；多个节流孔1-4内分别固定连接一个节流器I，多个节流器I之间通过气浮轴承定子1上表面的微小沟槽I1-1连通；多个阻尼孔1-5内分别固定连接一个阻尼器，多个阻尼器之间通过气浮轴承定子1上表面的微小沟槽II1-2连通；同一半径方向的节流器I和阻尼器之间通过气浮轴承定子1上表面的微小沟槽III1-3连通；微小沟槽I1-1、微小沟槽II1-2和微小沟槽III1-3的结构设置，有利于改善气体静压轴承气膜的压力分布，进而达到提高气体静压转台性能的目的。所述气浮轴承定子1的内环面上设有上下两排多个径向安装孔，多个径向安装孔内分别固定连接一个节流器II，有利于提高本发明的回转精度和角刚度。多个节流器II、多个节流器I和多个阻尼器之间通过微小沟槽I1-1、微小沟槽II1-2和微小沟槽III1-3构成的同一气路连接，利于保证供气压力均等以提高本发明的角刚度和稳定性。

压缩空气通过气浮轴承定子1上表面的节流器I和阻尼器进入上止推板2和气浮轴承定子1上表面的间隙形成上浮气体静压轴承止推气膜，由上止推板2、气浮轴承定子1上表面和气浮轴承定子1上表面的节流器I及阻尼器组成上浮气体静压止推轴承。

压缩空气从节流器II进入径向轴承4和气浮轴承定子1内环面之间形成径向气体静压轴承气膜。由径向轴承4、气浮轴承定子1内环面和节流器II组成径向气体静压轴承。此外，压力气体从气浮轴承定子1上表面与上止推板2间隙、从气浮轴承定子1内环面与径向轴承4间隙进入气浮轴承定子1下表面与下止推板6间隙形成下浮气体静压止推气膜。由气浮轴承定子1下表面与下止推板6组成下浮气体静压止推轴承。由上浮气体静压止推轴承和下浮气体静压止推轴承形成闭式气体静压止推轴承。

工作时，压缩空气通过气路进入气浮轴承定子1的上表面的节流器I和阻尼器，在上止推板2和气浮轴承定子1的上表面之间形成上浮气体静压轴承气膜，气浮轴承定子1上表面的微小沟槽I1-1、微小沟槽II1-2和微小沟槽III1-3的结构设置，有利于改善上浮气体静压轴承气膜的压力分布，进而提高气膜的压力积分即承载力；压缩气体同时进入径向设置的节流器II，在气浮轴承定子1的内环面和径向轴承4的外环面形成径向气体静压轴承气膜。在气浮轴承定子1和下止推板6之间形成下浮气体静压轴承气膜，由于该下浮气体静压轴承气膜的气体来源于上止推气膜和径向轴承气膜，没有节流孔供气，故下浮气体静压轴承气膜的压力积分较小，这有利于提高整个闭式气体静压轴承的承载力。另外，下止推板6的直径小于上止推板2的直径，进一步增大整个闭式气体静压轴承的承载力，进而提高了气体静压转台的承载力。

具体实施方式二：

如图1-2所示，所述的一种高推力闭式气体静压转台还包括驱动模块和测量模块；所述驱动模块传动连接转子转轴7；所述测量模块固定连接在外壳5内侧的下端，转子转轴7位于测量模块的内侧。所述一种高推力闭式气体静压转台的驱动和测量是用驱动模块和测量模块来完成的，该部分内容为常规内容，而不是本发明的主要内容，故而仅作简要介绍。

具体实施方式三：

如图1-2所示，所述气浮轴承定子1、上止推板2、径向轴承4、下止推板6、转子转轴7的中心线重合，结构紧凑，有利于减小结构尺寸提高加工精度。

具体实施方式四：

如图1-2所示，所述工件转盘3的上表面与上止推板2的中心线垂直设置，工件转盘3上表面与上止推板2中心线垂直安装可以保证测量精度。

具体实施方式五：

如图1-2所示，所述上止推板2的直径大于下止推板6的直径。

具体实施方式六：

如图1-2所示，所述驱动模块采用力矩电机，也可以采用柔性联轴器，用一般电机驱动，视具体需要来选择。

具体实施方式七：

如图1-2所示，所述测量模块采用圆光栅部件9。

具体实施方式八：

如图1-2所示，所述节流器I沿气浮轴承定子1的轴向方向设置。

具体实施方式九：

如图1-2所示，所述节流器II沿气浮轴承定子1的径向方向设置。

本发明的工作原理为：工作时，压缩空气通过气路进入气浮轴承定子1的上表面的节流器I和阻尼器，在上止推板2和气浮轴承定子1的上表面之间形成上浮气体静压轴承气膜，气浮轴承定子1上表面的微小沟槽I1-1、微小沟槽II1-2和微小沟槽III1-3的结构设置，有利于改善上浮气体静压轴承气膜的压力分布，进而提高气膜的压力积分即承载力；压缩气体同时进入径向设置的节流器II，在气浮轴承定子1的内环面和径向轴承4的外环面形成径向气体静压轴承气膜。在气浮轴承定子1和下止推板6之间形成下浮气体静压轴承气膜，由于该下浮气体静压轴承气膜的气体来源于上止推气膜和径向轴承气膜，没有节流孔供气，故下浮气体静压轴承气膜的压力积分较小，这有利于提高整个闭式气体静压轴承的承载力。另外，下止推板6的直径小于上止推板2的直径，进一步增大整个闭式气体静压轴承的承载力，进而提高了气体静压转台的承载力。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。