专利名称：精密机械轴承与空气静压轴承联合轴系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连接轴系统，特别是一种应用在半导体专用设备间歇回转工作台上的轴系。(二) 背景技术传统的半导体专用设备间歇回转工作台精密轴系的主要作用是准确传递晶片工位，加 工时为工作台提供必要的刚度。因此，工作台精密轴系的结构型式对晶片加工质量、加工效 率具有及其重要的影响。间歇回转工作台精密轴系过去一般采用精密机械轴系，其缺点是精度低、刚性差，只能用于加工精度要求不高的场合；也有一种传统的方式是采用液体静压主 轴，这种方式克服了精密机械轴系精度低的缺点，但需要一套液压系统，因油液渗漏污染环 境、污染芯片不适合净化间使用。为此，有些设备采用空气静压轴承，它旋转精度比液体静 压主轴高，对环境无污染，适合净化间使用；但因空气的可压縮性，主轴刚性较低，在大负 载工作台上使用影响加工精度；且具有因空气静压轴承对材料及其热处理、加工精度等方面 要求极为苛刻，制造成本高等不利因素。(三) 发明内容本发明的目的是提供一种精密机械轴承与空气静压轴承联合轴系，要解决传统用于半导 体专用设备间歇回转工作台的轴系功能单一、难以实现在净化间超精密加工的技术问题。 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种精密机械轴承与空气静压轴承联合轴系，包括连接于主轴上的上轴承和下轴承，其 特征在于主轴4为阶梯轴形状，其中部有一圈凸缘4. 1，由主轴中部的凸缘向主轴上端有直 径渐小的三级台阶，从下至上顺序套有传动盘9、连接套2和调整锁套3，传动盘9与连接套2 在纵向由销子8连接，连接套2穿过工作台1，由销钉15与工作台台面固定，调整锁套3为一连 接在主轴4与连接套2之间的T形圈，其上段的内圈由上螺母5与主轴4固定连接，其下段有弹 簧6，底端顶在主轴4的阶梯上，由主轴中部的凸缘向主轴下端有直径渐小的一级台阶，该段 主轴上顺序套有上轴承、隔套12、下轴承、压盖14和下螺母22，两轴承之间置有隔套12，两 轴承之外套有轴套ll，在主轴的凸缘4. 1上套有滑套10，该滑套10由销钉与轴套11的上端固 定连接，下轴承17下面的压盖14由销钉与轴套11的下端固定连接，轴套11为T形套，其外凸 圈连接一倒T形筒座7，该筒座7置于工作台1与机架18之间，筒座7的筒壁内有轴向的气道19，该气道的进气孔20位于筒座7的侧面靠底部，该气道的出气端21分布于筒座7的顶面，筒 座7的下部向内筒壁突出一圈平台，该平台与T形轴套11的外凸圈由销钉固定在一起，筒座7 的底面有一凹环，凹环内嵌有密封环13，该密封环13由销钉与筒座7的底面固定连接。 上轴承16和下轴承17是精密滚子轴承或滚针轴承。本发明所述的联合轴系在传递工位过程，空气由筒座7底部的进气孔进气，再由其顶部 的24个节流孔排出，进入工作台1和筒座7之间的结合面，在空气压力作用下，使工作台l和 压环2微量抬升，这样在筒座7和工作台1之间形成一层很薄的气膜；销子8同时具有导向和带 动工作台l旋转两大功能。连接套2与调整锁套3之间装有弹簧6，工作台l通过弹簧平衡气膜 压力，保证抬升过程平稳及控制抬升间隙。空气轴浮起后，主轴4在电机的带动下开始旋 转，从而实现传递工位的目的。在这一过程因工作台1浮起在筒座7上，利用这层气膜的摩擦 系数小、低速无爬行现象的优点，实现提高旋转精度、定位精度的目的。所述联合轴系在传递工位过程完成后，卸掉空气压力，在重力、弹簧力等共同作用下工 作台l下降并回到原始位置。这样工作负载通过工作台1直接传递到筒座7上，再传递到机架 上，从而大大提高了连接刚度，使工作更加平稳，显著提高了加工精度。与现有技术相比本发明还具有以下特点和有益效果本发明为半导体专用设备间歇回转 工作台提供了一种精度高、刚度高、低摩擦、运行平稳、适合净化间使用的精密机械轴承与 空气静压轴承联合轴系，兼有空气静压轴承与精密机械轴系的优点。本发明在传递晶片工位时具有空气轴承的优点，如运行平稳、摩擦力小等，在旋转工位 过程中，工作台由一层气膜浮起在筒座上，从电机上传递到该轴系的径向力主要由精密机械 轴系承担，并通过筒座7而传递到机架上，使所述的间歇回转工作台联合轴系转动灵活，实 现提高旋转精度、定位精度的目的；旋转工位过程结束后，卸掉空气压力，在弹簧、重力等 共同作用下，工作台直接被压紧在筒座上，使工作台负载通过筒座而传递到机架，从而有效 地提高了工作台的连接刚度。因而实现了半导体专用设备间歇回转工作台正确传递工位，和 加工时为工作台提供必要刚度的主要作用。本发明采用上述的精密机械轴系与空气静压轴承联合轴系后，显著提高了定位精度、加 工精度，使用所述轴系的磨削设备加工的晶片，表面粗糙度Ra值由通常的0.2um降低到 0.012ym，实现了超精密磨削的目的。本发明可通过筒座下部外凸台上的螺钉过孔而固定在设备上；静压空气轴转子可直接作 为间歇回转工作台、或与间歇回转工作台固定连接使用。本发明上半部分采用空气静压轴承，与中央主轴采用间隙浮动连接，工作台与筒座之间的配合面为气膜空间；工作台在浮起或下降时可在中央主轴上滑动。下半部分采用精密机械 轴系，中央主轴与轴承内圈采用过盈配合连接，而轴承外圈则与筒座采用过盈配合连接。本发明可由中央主轴上部的螺母调节空气静压轴承间隙的大小；也可根据负载大小而调 节进入所述轴系的压縮空气压力。以满足不同的应用场合。精密机械轴承与空气静压轴承联合轴系通过调节进气孔压縮气体的压力，调整气膜承载 能力与刚度；确保工作台运转平稳。调整锁套3在主轴4上的位置控制气膜厚度。连接套2可 在传动盘9上滑动，以适应空气轴间隙大小变化。连接套2与调整锁套3之间装有弹簧6，工作 台l通过弹簧平衡气膜压力，保证抬升过程平稳。轴系使用的压縮空气经过干燥、过滤后进 入筒座7，排放后对环境无污染，因此该轴系适合净化间使用。(四)
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 图l是本发明的结构示意图。附图标记l一工作台、2 —连接套、3 —调整锁套、4一主轴、4. l一凸缘、5 —上螺母、 6 —弹簧、7 —筒座、8 —销子、9一传动盘、IO —滑套、ll一轴套、12 —隔套、13 —密封环、 14一压盖、15 —销钉、16 —上轴承、17 —下轴承、18 —机架、19一气道、20 —进气孔、21 — 出气端、22 —下螺母。
具体实施方式
实施例参见图l所示，这种精密机械轴承与空气静压轴承联合轴系，包括连接于主轴上 的上轴承16和下轴承17，上轴承16和下轴承17可以是精密滚子轴承，也可以是精密滚针轴 承。其主轴4为阶梯轴形状，其中部有一圈凸缘4. 1，由主轴中部的凸缘向主轴上端有直径渐 小的三级台阶，从下至上顺序套有传动盘9、连接套2和调整锁套3，传动盘9与连接套2在纵 向由销子8固定连接，连接套2穿过工作台1，由销钉15与工作台台面固定，调整锁套3为一连 接在主轴4与连接套2之间的T形圈，其上段的内圈由上螺母5与主轴4固定连接，其下段套有 弹簧6或环向间隔置有数个小弹簧，底端顶在主轴4的阶梯上，由主轴中部的凸缘向主轴下端 有直径渐小的一级台阶，该段主轴上顺序套有上轴承、隔套12、下轴承、压盖14和下螺母22 ，两轴承之间置有隔套12，两轴承之外套有轴套ll，在主轴的凸缘4. I上套有滑套IO，该滑 套10由销钉与轴套11的上端固定连接，下轴承17下面的压盖14由销钉与轴套11的下端固定连 接，轴套11为T形套，其外凸圈连接一倒T形筒座7，该筒座7置于工作台1与机架18之间，筒 座7的筒壁内有轴向的气道19，该气道的进气孔20位于筒座7的侧面靠底部，该气道的出气端 21分布于筒座7的顶面，筒座7的下部向内筒壁突出一圈平台，该平台与T形轴套11的外凸圈由销钉固定在一起，筒座7的底面有一凹环，凹环内嵌有密封环13，该密封环13由销钉与筒 座7的底面固定连接。本发明的轴系由空气轴承和精密机械轴系组成。联合轴系可通过筒座7下部外凸台上的 螺钉过孔而固定在设备上使用。所述轴系的空气轴承主要由筒座7、工作台l、连接套2、弹 簧6调整锁套3以及密封环和供气装置等组成。其中由筒座7与工作台1结合面形成空气轴间 隙。由螺母3调解间隙大小。进入筒座7的压縮空气压力可根据负载大小而调解。连接套2可 在传动盘9上滑动，以适应空气轴间隙大小。工作台动力传递通过连接套2、销子8、传动盘 9以及平键与主轴4连接。精密机械轴系主要由轴套、隔套、主轴和轴承等组成。精密机械轴 系通过螺钉固定在筒座7下部内平台上。精密机械轴系由轴套ll、隔套12、主轴4、以及压 盖、螺母、 一套精密滚子轴承等组成。
权利要求
1. 一种精密机械轴承与空气静压轴承联合轴系，包括连接于主轴上的上轴承和下轴承，其特征在于主轴(4)为阶梯轴形状，其中部有一圈凸缘(4.1)，由主轴中部的凸缘向主轴上端有直径渐小的三级台阶，从下至上顺序套有传动盘(9)、连接套(2)和调整锁套(3)，传动盘(9)与连接套(2)在纵向由销子(8)连接，连接套(2)穿过工作台(1)，由销钉(15)与工作台台面固定，调整锁套(3)为一连接在主轴(4)与连接套(2)之间的T形圈，其上段的内圈由上螺母(5)与主轴(4)固定连接，其下段有弹簧(6)，底端顶在主轴(4)的阶梯上，由主轴中部的凸缘向主轴下端有直径渐小的一级台阶，该段主轴上顺序套有上轴承(16)、隔套(12)、下轴承(17)、压盖(14)和下螺母(22)，两轴承之间置有隔套(12)，两轴承之外套有轴套(11)，在主轴的凸缘(4.1)上套有滑套(10)，该滑套(10)由销钉与轴套(11)的上端固定连接，下轴承(17)下面的压盖(14)由销钉与轴套(11)的下端固定连接，轴套(11)为T形套，其外凸圈连接一倒T形筒座(7)，该筒座(7)置于工作台(1)与机架(18)之间，筒座(7)的筒壁内有轴向的气道(19)，该气道的进气孔(20)位于筒座(7)的侧面靠底部，该气道的出气端(21)分布于筒座(7)的顶面，筒座(7)的下部向内筒壁突出一圈平台，该平台与T形轴套(11)的外凸圈由销钉固定在一起，筒座(7)的底面有一凹环，凹环内嵌有密封环(13)，该密封环(13)由销钉与筒座(7)的底面固定连接。
全文摘要
一种精密机械轴承与空气静压轴承联合轴系，主轴为阶梯轴形状，从下至上顺序套有传动盘、连接套和调整锁套，传动盘与连接套由销子连接，连接套由销钉与工作台台面固定，调整锁套为一T形圈，其上段与主轴连接，其下段有弹簧，由主轴中部凸缘向下端顺序套有上轴承、隔套、下轴承、压盖和下螺母，两轴承之外套有轴套，在主轴的凸缘上套有滑套，该滑套与轴套固定连接，轴套为T形套，其外凸圈连接一筒座，筒座的筒壁内有轴向的气道，该气道的出气端分布于筒座的顶面，筒座的下部与T形轴套的外凸圈固定在一起，筒座的底面嵌有密封环，该密封环由与筒座的底面固定连接。具有精度高、刚度高、低摩擦、运行平稳、适合净化间使用的特点。
文档编号F16C35/00GK101220836SQ20071020338
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者徐旭光, 王仲康 申请人:中国电子科技集团公司第四十五研究所