专利名称：超精密气浮丝杠结构的制作方法
技术领域：
本实用新型内容属于传动装置技术领域，涉及一种高精度数控机床及三坐标测量机用直线运动轴传动装置，具体涉及一种超精密气浮丝杠结构。
背景技术：
在超精密机床和坐标测量机中，一般采用CO级滚珠丝杠传动机构或者直接采用直线电机进行驱动。超精密滚珠丝杠由于采用精密配合和预紧的方法，相对普通滚珠丝杠能有效减小传动间隙，可保证其定位精度和分辨率，但是这种结构滚珠丝杠的磨损问题却很难避免，同时，由于接触式传动的本质使其工作过程中会产生一定的热变形，还需要通过冷却或补偿等方法才能控制。直线电机避免了回转运动到直线运动的转化环节，因此具有几乎零间隙和大加速度的优点，但其发热问题相对超精密滚珠丝杠却更为突出。相对上述两种装置，静压丝杠具有无磨擦、无爬行、发热较小的特点，能有效保证传动的精度和分辨率，同时能减小丝杠的磨损，提高其寿命和精度保持性；气浮丝杠由于采用压缩空气做为支撑介质，比液体静压丝杠更具有环保和容易集成的特点。现有文献报道的气浮丝杠通常采用小孔节流或者多孔质材料节流的方法，都是将节流部件集成到螺母中，采用一体化设计， 这种设计虽然减小了节流元件到气囊的距离，但由于节流孔本身的具有的微尺度特性无疑增加了气浮螺母的加工难度，而且其调整具有一定难度，这也正是目前气浮丝杠技术多数还仅限于研究阶段而难以产品化的原因之一，此外，螺母支撑刚度较低则是该技术难以产品化的另一个原因。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺点，提供了一种结构先进、磨损小、易于加工调整、能有效保证传动的精度和分辨率的超精密气浮丝杠结构。为实现以上发明目的而设计的超精密气浮丝杠结构包括丝杠、套装在丝杠上的左、右侧螺母以及调整垫块，其中左侧螺母通过螺钉紧固安装在调整垫块的左侧，其外部为四棱柱形状，在左侧螺母的内部设置有承载螺纹圈数为2η的梯形螺纹(η = 1，2，3，…)， 在梯形螺纹的每一圈承载螺纹面上均设置两个气囊，在螺母四棱柱的四个角上分别设置一个倒角，每个倒角上设置η个节流器安装孔，每个节流器安装孔各与一个气囊相通，在每个节流器安装孔内安装有一个节流器，在左侧螺母上四个倒角中心面位置还分别设置一个进气孔，每个进气孔分别与一组对应的节流器安装孔相通；右侧螺母与左侧螺母的结构相同， 并通过螺钉对称紧固安装在调整垫块的右侧；调整垫块安装在左侧螺母和右侧螺母之间， 在调整垫块上按上、中、下位分别设置有依次相互连通的三个进气孔，在调整垫块两侧分别设置有与下进气孔相通的左分气环和右分气环，下进气孔通过左分气环和右分气环与左侧螺母上的进气孔以及右侧螺母上的进气孔连通。本实用新型的技术解决方案还在于从近调整垫块侧往外，左侧螺母的奇数圈承载螺纹面上设置的两个气囊分别与四棱柱的上、下方倒角上的各一个节流器安装孔相通，而偶数圈承载螺纹面上设置的两个气囊分别与四棱柱的两侧方倒角上的各一个节流器安装孔相通；右侧螺母上气囊与四棱柱上节流器安装孔的连通结构与左侧螺母相同。本实用新型的技术解决方案还在于所述的节流器安装孔由相互连通的上端螺纹孔、中间节流器配合孔与下端小直径通孔组成，在上端螺纹孔入口处安装有一个密封堵头， 节流器设置在中间节流器配合孔位置处，在中间节流器配合孔与节流器之间装有0型密封圈。本实用新型的技术解决方案还在于所述的节流器为一个下壁上设有节流薄壁的构件，在节流薄壁上设置有贯穿节流薄壁的规则微缝隙阵列。本实用新型的技术解决方案还在于调整垫块与左侧螺母之间在左分气环内外两侧分别设置有0型密封圈，调整垫块与右侧螺母之间在右分气环内外两侧分别设置有0型密封圈。与现有技术相比，本实用新型的有益创新点在于采用了独立节流器设计，具有结构先进、磨损小、易于加工调整等特点，同时，本实用新型提出了一种具有规则微缝隙阵列的气浮丝杠节流器形式，可通过优化微特征尺度和阵列形式来改善节流比，以提高螺母支撑刚度，该节流方式还具有不易堵塞的特点。
图1为本实用新型一个具体实施例结构的轴向剖视图；图2为本实用新型超精密气浮丝杠结构的右视图；图3为气囊部分的局部放大视图；图4为调整垫块的右视图；图5为节流器的轴向剖视图；图6为节流器的俯视图；图7为节流器的节流薄壁区的微缝隙整列示意图。图中各标号的名称分别为1-丝杠，2-调整垫块，2a-进气孔，2b-进气孔，2c-进气孔，2d-左分气环，2e-右分气环，3-左侧螺母，3a-进气孔，3b-节流器安装孔，3c-气囊， 3d-压力气膜，3e-(螺母四棱柱上方)倒角，3f-(螺母四棱柱一侧方)倒角，3g-(螺母四棱柱下方)倒角，3h-(螺母四棱柱另一侧方)倒角，4-右侧螺母，5-节流器，5a-节流薄壁， 5b-规则微缝隙阵列，6-密封堵头。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明，但本实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。参见图1 4，本实用新型所述的超精密气浮丝杠结构包括丝杠1、调整垫块2和安装在调整垫块2两侧的左侧螺母3和右侧螺母4，左侧螺母3内部设置梯形螺纹，外部为四楞柱形状，端部(即近调整垫块端)设置有法兰，在梯形螺纹的每一圈承载螺纹面上均设置两个气囊3c，在四楞柱的上、下及两侧方的四个角上分别设置一个倒角;3e、3g、3f、3h(参见图2)，每个倒角上设置η (n= 1,2,3,…，2η为承载螺纹圈数)个节流器安装孔北，每个节流器安装孔北与一个气囊3c相通，从螺母法兰往外，奇数圈承载螺纹面上设置的两个气囊3c分别与倒角!Be及3g上的各一个节流器安装孔北相通，面偶数圈承载螺纹面上设置的两个气囊3c则分别与倒角3f及池上的各一个节流器安装孔北相通。在每个节流器安装孔北内安装有一个节流器5，并在每个节流器安装孔北的入口处安装一个密封堵头6。 在调整垫块2上按上(平)、中(直)、下(平)位置设置三个依次连通的进气孔h、2b和 2c,同时在调整垫块2两侧设置左分气环2d和右分气环加，左分气环2d和右分气环Ie与下进气孔2c相通，调整垫块2与左侧螺母3之间在左分气环2d内外两侧分别采用0型密封圈密封，调整垫块2与右侧螺母4之间在右分气环2e内外两侧分别采用0型密封圈密封 (参见图1和图4)。在左侧螺母3上四个倒角中心面位置分别设置一个进气孔3a，每个进气孔3a分别与其对应的节流器安装孔北相通。所述右侧螺母4与左侧螺母3的结构完全相同，对称安装在调整垫块2的两侧。左、右侧螺母3、4分别与调整垫块2采用螺钉紧固连接，安装后左侧螺母3与右侧螺母4内部的螺纹组成一个完整的内螺纹，丝杠1贯穿其中。 工作时在每个气囊3c周围以及在丝杠1的外螺纹面与左侧螺母3和右侧螺母4的承载螺纹面之间形成气膜3d(参见图4)，右侧螺母4上节流器5与密封堵头6的安装形式与左侧螺母3完全相同。左侧螺母3的节流器安装孔北由相互连通的上端螺纹孔、中间节流器配合孔与下端小直径通孔组成，在上端螺纹孔入口处安装密封堵头6，节流器5设置在中间节流器配合孔位置处，在中间节流器配合孔与节流器5之间采用0型密封圈密封。右侧螺母4的节流器安装孔的结构及设置与左侧螺母3相同。节流器5的一个实施例结构如图5 图7所示。该节流器5为一个下壁上设有节流薄壁fe的构件，在节流薄壁fe上设置有贯穿节流薄壁fe的规则微缝隙阵列恥。本实用新型实际工作过程中，压缩空气依次通过进气孔h、2b和2c后进入左分气环2d和右分气环加，经分流后通过各进气孔3a进入各节流器安装孔北，然后通过节流器 5的节流区规则微缝隙阵列恥减压后，进入各气囊3c ；由于各气膜间隙很小，压缩空气在从气囊3c向四周扩散时形成压力气膜3d使左侧螺母3和右侧螺母4相对丝杠1浮起，避免了金属间直接接触，且压力气膜的磨擦系数又非常小，因此气浮丝杠具有无爬行和几乎零间隙的特点。本实用新型在左侧螺母3和右侧螺母4与调整垫块2安装时通过直口定位，保证左侧螺母3与右侧螺母4螺纹的同轴度小于5 μ m。本实用新型中压缩空气的供气压力一般为5 lOBar，左侧螺母3与右侧螺母4的内螺纹与丝杠1的外螺纹之间的加工间隙为40 50 μ m,通过调整垫块2调整后，气膜间隙一般为15 20 μ m,节流孔北下端通孔的直径一般为1 2mm，节流器5上规则微缝隙阵列恥的缝隙宽度一般小于0. 1mm。由于本实用新型超精密气浮丝杠结构几乎无间隙的特征，因而可实现纳米级的进给分辨率。
权利要求1.一种超精密气浮丝杠结构，包括丝杠(1)、套装在丝杠(1)上的左、右侧螺母(3、4) 以及调整垫块O)，其特征在于左侧螺母C3)通过螺钉紧固安装在调整垫块( 的左侧，其外部为四棱柱形状，在左侧螺母(3)的内部设置有承载螺纹圈数为2η的梯形螺纹，η = 1,2,3,…，在梯形螺纹的每一圈承载螺纹面上均设置两个气囊(3c)，在螺母四棱柱的四个角上分别设置一个倒角(3e、 3f、3g、;3h)，每个倒角上设置η个节流器安装孔C3b)，每个节流器安装孔(3b)各与一个气囊 (3c)相通，在每个节流器安装孔(3b)内安装有一个节流器(5)，在左侧螺母(3)上四个倒角中心面位置还分别设置一个进气孔(3a)，每个进气孔(3a)分别与一组对应的节流器安装孔(3b)相通；右侧螺母(4)与左侧螺母(3)的结构相同，并通过螺钉对称紧固安装在调整垫块(2) 的右侧；调整垫块( 安装在左侧螺母C3)和右侧螺母(4)之间，在调整垫块( 上按上、中、 下位分别设置有依次相互连通的三个进气孔(h、2b、2c)，在调整垫块( 两侧分别设置有与下进气孔Oc)相通的左分气环Od)和右分气环( )，下进气孔Oc)通过左分气环Od) 和右分气环Oe)与左侧螺母( 上的进气孔(3a)以及右侧螺母(4)上的进气孔连通。
2.根据权利要求1所述的超精密气浮丝杠结构，其特征在于从近调整垫块(2)侧往外，左侧螺母(3)的奇数圈承载螺纹面上设置的两个气囊(3c)分别与四棱柱的上、下方倒角C3e、3g)上的各一个节流器安装孔(3b)相通，而偶数圈承载螺纹面上设置的两个气囊 (3c)分别与四棱柱的两侧方倒角(3c、3f)上的各一个节流器安装孔(3b)相通；右侧螺母 (4)上气囊与四棱柱上节流器安装孔的连通结构与左侧螺母(3)相同。
3.根据权利要求1所述的超精密气浮丝杠结构，其特征在于节流器安装孔(3b)由相互连通的上端螺纹孔、中间节流器配合孔与下端小直径通孔组成，在上端螺纹孔入口处安装有一个密封堵头(6)，节流器( 设置在中间节流器配合孔位置处，在中间节流器配合孔与节流器( 之间装有O型密封圈。
4.根据权利要求1或3所述的超精密气浮丝杠结构，其特征在于节流器(5)为一个下壁上设有节流薄壁(5a)的构件，在节流薄壁(5a)上设置有贯穿节流薄壁(5a)的规则微缝隙阵列(5b)。
5.根据权利要求1所述的超精密气浮丝杠结构，其特征在于调整垫块与左侧螺母C3)之间在左分气环Od)内外两侧分别设置有O型密封圈，调整垫块与右侧螺母 (4)之间在右分气环Oe)内外两侧分别设置有O型密封圈。
专利摘要本实用新型涉及一种超精密气浮丝杠结构，包括丝杠、套装在丝杠上的左、右侧螺母及调整垫块，左、右侧螺母外部均为四棱柱形状，螺母内部设置有梯形螺纹，在梯形螺纹的各圈承载螺纹面上均设置两个气囊，在螺母四棱柱的四角上分别设置一个倒角，每个倒角上设置多个各与一个气囊相通的节流器安装孔，在每个节流器安装孔内安装有一个节流器，在螺母四个倒角中心面位置分别设有一个与对应节流器安装孔相通的进气孔；调整垫块装在左、右侧螺母之间，在调整垫块上设有依次连通的三个进气孔，其中的下进气孔分别与设在调整垫块两侧的左、右分气环以及左、右侧螺母的进气孔连通。产品具有磨损小、易于加工调整、能有效保证传动的精度和分辨率等优点。
文档编号F16H25/24GK202091454SQ20112015856
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者薛飞 申请人:西安欣隆鼎机电科技有限公司