专利名称：用于气浮轴承的气浮垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及气浮垫，尤其涉及一种用于气浮轴承的气浮垫。
背景技术：
气浮轴承是超精密测量与加工系统的关键部件，它具有清洁、无摩擦等优点。随着纳米技术、先进光学器件及集成电路等气浮轴承应用领域的发展，对气浮轴承的静态性能及定位精度提出了更高的要求。刚度特性是衡量气浮轴承的重要指标之一，影响刚度特性的一个重要因素为气膜厚度，从气浮轴承的刚度与气膜厚度的关系曲线可以看出，随气膜厚度增大气浮轴承的刚度为一条先增加后减小的曲线，因此，存在最佳气膜厚度值使气浮轴承的刚度达到最大。传统气浮轴承由导轨(guider)和滑块(slider)组成，导轨材料为花岗石或合金材料，滑块材料为不锈钢、铝合金或陶瓷，滑块上开有气道及节流孔，气源内的气体经管路、 气道及节流孔注入导轨与滑块间隙内，实现润滑，使滑块与导轨间可进行相对运动，滑块面对导轨的面形成气浮面。传统气浮轴承的缺点是在滑块上直接加工气浮面、开设节流孔，加工难度大、成本高，而且传统气浮轴承的气膜厚度不可调，若气浮轴承的加工及装配没有使气浮轴承的气膜厚度达到最佳值，则该气浮轴承在使用过程中其刚度无法达到最大。气浮面加工精度要求较高，其需在较大的面积范围内达到较高的平面度 (0. 5μπι~2μπι)及粗糙度(0. 2μπι 0.4μπι)加工要求。近年来，为降低加工及装配难度， 减小加工成本，气浮轴承多采用导轨、滑块及气浮垫(air-pad)配合的形式，气浮垫材料多采用不锈钢、铝合金或陶瓷，在气浮垫上加工气浮面、节流孔及气道，气浮垫装于滑块上，实现滑块与导轨间的相对运动。气浮垫与滑块间采用螺钉(螺柱或螺栓)连接或球头铰链连接。对于气浮垫与滑块间通过螺钉(螺柱或螺栓)连接的结构，气膜厚度值完全取决于装配精度，增加了加工及装配难度，且难以使气膜厚度达到最佳范围；对于气浮垫与滑块间通过球头铰链连接的结构，气浮垫通气时(即气浮轴承工作过程中)气膜厚度不可调，只有在气浮垫断气后，通过调节球星铰链后端与滑块间的连接螺纹完成气膜厚度的调节，不能实现气浮轴承工作与气膜厚度调节环节的同步，难以使气膜厚度达到最佳值。现有技术中的一个发明专利“空气轴承结构及使用空气轴承结构的直线驱动装置”(申请号200510085338. 2)提出了一种空气轴承结构及使用空气轴承结构的直线驱动装置，直线移动的可动部侧的轴承面的长度比固定部侧的轴承面的长度长出移动行程长度或长出移动行程长度以上。此发明专利中在滑块上直接加工气浮面，开设节流孔，加工难度大，且气膜厚度不可调。现有技术中的另一个发明专禾Ij“气浮XY两坐标平面运动台”(申请号 200410017014. 0)提出了一种气浮XY两坐标运动平台，通过气浮导轨将叠放的XY运动平台相连接，XY方向由两个直线电机分别驱动，系统的电机定子都固定在机座上，显著减少系统得运动惯量，相对运动的部件用气浮导轨相连，系统无摩擦。但此发明中气浮垫与运动平台 (滑块)间采用螺栓连接，且内部无柔性连接，无法进行气膜厚度的调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于气浮轴承的气浮垫，可在气浮轴承工作时调节气膜厚度，使气浮刚度达到最佳值。为了达到上述的目的，本发明提供一种用于气浮轴承的气浮垫，用于连接滑块和导轨，包括上支座、下支座和连接部件；所述连接部件的一端与所述上支座的一端活动连接，该连接部件相对所述上支座移动，所述上支座的另一端与所述滑块连接；所述连接部件的另一端与所述下支座的一端连接，所述下支座的另一端的端面为气浮面，所述气浮面面向所述导轨；所述连接部件相对所述上支座的移动带动所述下支座移动，从而改变所述气浮面与所述导轨之间的间距。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述上支座设有压力腔和压力腔供气管路；所述压力腔供气管路与所述压力腔连通；所述压力腔的内侧壁上设有上限位面和下限位面， 所述下限位面与上限位面之间间隔一定距离。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述压力腔的一端呈台阶状，在所述台阶处形成该压力腔的上限位面。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述压力腔的内侧壁上设有定位销，所述定位销形成该压力腔的下限位面。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述下限位面与上限位面之间的间距为 20 μ m 50 μ m。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述上支座设有压力腔和压力腔供气管路；所述压力腔供气管路与所述压力腔连通；所述压力腔的内侧壁上设有上限位面和下限位面； 所述连接部件包括连接构件和活塞，所述活塞设置在所述压力腔的上限位面与下限位面之间，所述连接构件的一端与所述活塞连接，该连接构件的另一端与所述下支座连接。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述连接构件为球头铰链，所述球头铰链的球头与所述活塞连接，所述球头铰链的球头座与所述下支座连接。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述活塞的外围套有一密封圈。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述下支座设有多个节流孔和节流孔供气管路；所述节流孔供气管路与所述多个节流孔均连通；所述节流孔的排气口设置在所述气浮面上。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述节流孔的直径为0. Imm 0. 25mm。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述上支座与所述下支座之间设有间隙。上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述气浮面与所述导轨之间的间距为5μπι 20 μ m0上述用于气浮轴承的气浮垫，其中，所述气浮面上涂有硬质阳极氧化涂层。本发明的用于气浮轴承的气浮垫包括上支座、连接部件和下支座，上支座用于与滑块连接，连接部件连接上支座和下支座，下支座的一端面形成气浮面，连接部件可相对上支座移动，从而带动下支座移动，达到调节气膜厚度的目的，因此，本发明的用于气浮轴承的气浮垫可在气浮轴承工作时调节气膜厚度，使气浮刚度达到最佳值；本发明的用于气浮轴承的气浮垫的连接部件采用球头铰链使用于气浮轴承的气浮垫具有自动调节能力，能对导轨施加均勻的力，降低气浮面及节流孔加工质量对气浮轴承使用性能的影响；本发明的用于气浮轴承的气浮垫的气浮面上涂有硬质阳极氧化涂层，增加了气浮面的硬度及耐磨性能。
本发明的用于气浮轴承的气浮垫由以下的实施例及附图给出。图1是本发明用于气浮轴承的气浮垫的立体图。图2是本发明用于气浮轴承的气浮垫的剖视图。图3是本发明用于气浮轴承的气浮垫应用于气浮轴承中的示意图。
具体实施例方式以下将结合图1 图3对本发明的用于气浮轴承的气浮垫作进一步的详细描述。本发明的用于气浮轴承的气浮垫包括上支座、下支座和连接部件；所述连接部件的一端与所述上支座活动连接，该连接部件可相对所述上支座在一定范围内移动；所述连接部件的另一端与所述下支座的一端连接，所述下支座的另一端的端面为气浮面；所述连接部件相对所述上支座的移动带动所述下支座移动，从而改变所述气浮面与导轨之间的间距。现以一较佳实施例详细说明本发明的用于气浮轴承的气浮垫参见图1，本实施例的用于气浮轴承的气浮垫包括上支座100、下支座200和连接部件(图中未示)；所述上支座100的一端用于与滑块连接，该端的端面形成安装面110 ；所述下支座200 —端的端面形成气浮面210。参见图2，所述上支座100设有压力腔120和压力腔供气管路130 ；所述压力腔供气管路130与所述压力腔120连通，所述压力腔供气管路130与外部气源相通，外部气源的气通过所述压力腔供气管路130注入所述压力腔120 ；本实施例中，所述压力腔120的一端呈台阶状，该压力腔120在台阶处形成上限位面 121 ；所述压力腔120的内侧壁上设有定位销122，该定位销122的外侧壁形成下限位面 123 ；所述下限位面123与所述上限位面121之间的间距为20 μ m 50 μ m。继续参见图2，本实施例中，所述连接部件包括链接构件和活塞320，该链接构件采用球头铰链310实现；所述活塞320为台阶状，即该活塞320 —端的外径大于该活塞320另一端的外径， 所述活塞320外径大的一端设置在所述压力腔120的下限位面123与上限位面121之间，所述活塞320外径大的一端可在所述压力腔120的下限位面123与上限位面121之间移动；所述球头铰链310的球头311安装在所述活塞320外径小的一端；
所述活塞320外径大的一端的外围套有一密封圈330。继续参见图2，所述下支座200的一端设有空腔对0，用于连接所述球头铰链310， 该空腔240与所述球头铰链310的球头座312相匹配，所述球头铰链310的球头座312安装在该空腔MO内；采用球头铰链的优势在于使用于气浮轴承的气浮垫具有自动调节能力，能对导轨施加均勻的力，降低气浮面及节流孔加工质量对气浮轴承使用性能的影响；所述下支座200还设有多个节流孔220和节流孔供气管路230 ；所述节流孔供气管路230与所述多个节流孔220均连通，该节流孔供气管路230 与外部气源相通，外部气源的气通过所述节流孔供气管路230注入所述多个节流孔220 ；所述节流孔220的排气口设置在所述气浮面210上；所述节流孔220的直径为0. Imm 0. 25mm。所述上支座100与所述下支座200之间设有一间隙400，用于所述球头铰链310在三个旋转自由度Rx、Ry> Rz上的限位；所述上支座100与所述下支座200采用航空铝，所述节流孔220的加工方法为在铝材料上实施钻孔或者激光打孔，为保证所述气浮面210的硬度及耐磨性，在所述气浮面 210上涂上硬质阳极氧化涂层。结合图2和图3，说明本实施例的用于气浮轴承的气浮垫的工作原理气浮垫的上支座100通过所述安装面110螺纹连接到滑块600上，外部气源将具有一定压力的空气通过所述节流孔供气管路230注入所述节流孔220，空气经所述节流孔220的排气口进入所述气浮面210与导轨500之间的间隙，在所述气浮面210与所述导轨500之间形成气膜，借助气膜的静压可使气浮垫侧向悬浮起来，实现所述滑块600与所述导轨500之间的无摩擦移动，此时，所述活塞320被推到所述上限位面121处；外部气源将具有一定压力的空气通过所述压力腔供气管路130注入所述压力腔120，当所述压力腔120内的压力逐渐增大时， 所述活塞320向所述下限位面123移动，所述活塞320的移动带动所述下支座200移动，改变所述气浮面210与所述导轨500之间的间距，即改变气膜厚度；调节所述压力腔供气管路 130及所述节流孔供气管路230的气体压力可调节所述气浮面210与所述导轨500之间的间距，达到调节气膜厚度的目的，因此，本实施例的气浮垫可在气浮轴承工作时调节气膜厚度，使气膜厚度达到最佳值，本实施例中气膜厚度的范围是5 μ m 20 μ m，图3仅给出侧向气浮的布置示例，现实使用中为支撑滑块600及固连其上的部件所需的垂向气浮图3未给出ο
权利要求
1.一种用于气浮轴承的气浮垫，用于连接气浮轴承的滑块和导轨，其特征在于，包括上支座、下支座和连接部件；所述连接部件的一端与所述上支座的一端活动连接，该连接部件相对所述上支座移动，所述上支座的另一端与所述滑块连接；所述连接部件的另一端与所述下支座的一端连接，所述下支座的另一端的端面为气浮面，所述气浮面面向所述导轨；所述连接部件相对所述上支座的移动带动所述下支座移动，从而改变所述气浮面与所述导轨之间的空气间隙。
2.如权利要求1所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述上支座设有压力腔和压力腔供气管路；所述压力腔供气管路与所述压力腔连通；所述压力腔的内侧壁上设有上限位面和下限位面。
3.如权利要求2所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述压力腔的一端呈台阶状，在所述台阶处形成该压力腔的上限位面。
4.如权利要求2所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述压力腔的内侧壁上设有定位销，所述定位销形成该压力腔的下限位面。
5.如权利要求2 4中任一权利要求所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述下限位面与上限位面之间的间距为20 μ m 50 μ m。
6.如权利要求1所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述上支座设有压力腔和压力腔供气管路；所述压力腔供气管路与所述压力腔连通；所述压力腔的内侧壁上设有上限位面和下限位面；所述连接部件包括连接构件和活塞，所述活塞设置在所述压力腔的上限位面与下限位面之间，所述连接构件的一端与所述活塞连接，该连接构件的另一端与所述下支座连接。
7.如权利要求6所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述连接构件为球头铰链，所述球头铰链的球头与所述活塞连接，所述球头铰链的球头座与所述下支座连接。
8.如权利要求6所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述活塞的外围套有一密封圈。
9.如权利要求1、2、3、4、6、7或8所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述下支座设有多个节流孔和节流孔供气管路；所述节流孔供气管路与所述多个节流孔均连通；所述节流孔的排气口设置在所述气浮面上。
10.如权利要求9所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述节流孔的直径为 0. Imm 0. 25mm0
11.如权利要求1所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述上支座与所述下支座之间设有间隙。
12.如权利要求1所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述气浮面与所述导轨之间的间距为5μπι 20μπι。
13.如权利要求1所述的用于气浮轴承的气浮垫，其特征在于，所述气浮面上涂有硬质阳极氧化涂层。
全文摘要
本发明的用于气浮轴承的气浮垫用于连接滑块和导轨，包括上支座、下支座和连接部件；所述连接部件的一端与所述上支座活动连接，该连接部件能相对所述上支座在一定范围内移动；所述连接部件的另一端与所述下支座的一端连接，所述下支座的另一端的端面为气浮面；所述连接部件相对所述上支座的移动带动所述下支座移动，从而改变所述气浮面与所述导轨之间的空气间隙。本发明的用于气浮轴承的气浮垫可在气浮轴承工作时调节气膜厚度，使气浮刚度达到最佳值。
文档编号F16C32/06GK102444669SQ201010508109
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者王茜, 葛黎黎 申请人:上海微电子装备有限公司