本發(fā)明屬于超精密制造裝備領(lǐng)域，涉及光學(xué)元件加工中的超精密銑削、研拋加工機(jī)床，具體為一種精密絲杠驅(qū)動(dòng)式環(huán)型氣體靜壓導(dǎo)軌。

背景技術(shù)：

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，而超精密加工技術(shù)又是制造業(yè)發(fā)展的最重要牽引。超精密銑削、磨削作為超精密加工技術(shù)中的很重要一環(huán)，氣體靜壓導(dǎo)軌副是超精密加工機(jī)床中保證加工精度的核心部件之一，要求部件高精度、高穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等。

目前在高端光學(xué)加工工藝中采用的超精密銑削機(jī)床主要用超精密氣體靜壓導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)元件的銑削進(jìn)給，不過(guò)基本都采用的是直線(xiàn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，而在超精密研拋加工機(jī)床主要用傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)修整和測(cè)量運(yùn)動(dòng)，對(duì)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)較大，目前已經(jīng)向智能化發(fā)展，已經(jīng)有小部分前沿單位已經(jīng)開(kāi)始采用超精密氣體靜壓導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)具有高要求的研拋加工機(jī)床，也采用的是直線(xiàn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。直線(xiàn)電機(jī)本身具有高速度、高靈敏性、行程不受限等優(yōu)點(diǎn)，但由于直線(xiàn)電機(jī)極容易受到端部效應(yīng)、負(fù)載變化的影響，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和性能的下降；且使用成本較高，需要高端數(shù)控系統(tǒng)、光柵閉環(huán)控制，本身價(jià)格貴，限制超精密銑削機(jī)床、研磨機(jī)床的推廣使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種精密絲杠驅(qū)動(dòng)式環(huán)型氣體靜壓導(dǎo)軌，精度高，可靠性高，推廣性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種精密絲杠驅(qū)動(dòng)式環(huán)型氣體靜壓導(dǎo)軌，包括氣體靜壓導(dǎo)軌條，分別設(shè)置在氣體靜壓導(dǎo)軌條上部和兩側(cè)的氣體靜壓導(dǎo)軌溜板，設(shè)置在氣體靜壓導(dǎo)軌條下部的氣體靜壓導(dǎo)軌下溜板，設(shè)置在氣體靜壓導(dǎo)軌條上的精密絲杠傳動(dòng)裝置，以及連接在兩側(cè)的氣體靜壓導(dǎo)軌溜板上的傳動(dòng)支架；所述的氣體靜壓導(dǎo)軌下溜板和氣體靜壓導(dǎo)軌溜板組裝形成氣體靜壓導(dǎo)軌滑動(dòng)副，與氣體靜壓導(dǎo)軌條環(huán)抱形成一副環(huán)型氣體靜壓導(dǎo)軌；所述的精密絲杠傳動(dòng)裝置包括由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密絲杠，與精密絲杠配合的精密絲杠螺母，以及固定設(shè)置在精密絲杠螺母上的絲杠螺母連接座；精密絲杠平行于環(huán)型氣體靜壓導(dǎo)軌設(shè)置，絲杠螺母連接座垂直于精密絲杠向上設(shè)置；所述的傳動(dòng)支架上端固定有兩個(gè)球型頂緊塊，兩個(gè)球型頂緊塊的球面正對(duì)，與絲杠螺母連接座形成沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的雙向點(diǎn)接觸，精密絲杠兩端連接的伺服電機(jī)座和軸承座分別固定在氣體靜壓導(dǎo)軌條上。

優(yōu)選的，兩個(gè)球型頂緊塊間的間隙比絲杠螺母連接座被頂緊側(cè)的厚度略大，且雙向點(diǎn)接觸的位置僅單向頂緊。

優(yōu)選的，氣體靜壓導(dǎo)軌滑動(dòng)副環(huán)抱氣體靜壓導(dǎo)軌條后，各向間隙小于10μm。

優(yōu)選的，氣體靜壓導(dǎo)軌下溜板上對(duì)稱(chēng)設(shè)置有多個(gè)氣體靜壓導(dǎo)軌圓形氣浮塊固定套，與氣體靜壓導(dǎo)軌圓形氣浮塊固定套通過(guò)螺紋固定的圓形氣浮塊頂緊塊，以及設(shè)置在氣體靜壓導(dǎo)軌下溜板內(nèi)側(cè)沿導(dǎo)軌方向呈直線(xiàn)放置的多個(gè)氣體靜壓導(dǎo)軌圓形氣浮塊；

所述的氣體靜壓導(dǎo)軌圓形氣浮塊包括圓形氣浮塊固定板和圓形氣浮塊節(jié)流塊；圓形氣浮塊固定板的內(nèi)側(cè)設(shè)置圓形氣浮塊節(jié)流塊，與氣體靜壓導(dǎo)軌下溜板的氣體接口連通，外側(cè)通過(guò)設(shè)置的球窩與對(duì)應(yīng)的圓形氣浮塊頂緊塊頂緊配合；氣體靜壓導(dǎo)軌圓形氣浮塊與氣體靜壓導(dǎo)軌條下端面形成間隙配合。

進(jìn)一步，圓形氣浮塊節(jié)流塊為圓形，一面開(kāi)有多個(gè)環(huán)槽和一個(gè)中心圓槽，圓槽和環(huán)槽彼此間通過(guò)多個(gè)沿圓徑向均布的長(zhǎng)槽相連通，此面與圓形氣浮塊固定板內(nèi)側(cè)的凹槽粘接，另一面呈平面作為靜壓面。

優(yōu)選的，氣體靜壓導(dǎo)軌溜板內(nèi)側(cè)開(kāi)有多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽內(nèi)置有氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊，氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊與對(duì)應(yīng)氣體靜壓導(dǎo)軌溜板的氣體接口連通；氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊沿導(dǎo)軌方向呈單列放置。

進(jìn)一步，氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊為矩形，一面開(kāi)有多列進(jìn)氣槽，各列間通過(guò)垂直方向的一個(gè)橫槽貫穿相連通，此面與氣體靜壓導(dǎo)軌溜板內(nèi)側(cè)的凹槽粘接，另一面呈平面作為靜壓面。

優(yōu)選的，伺服電機(jī)固定在伺服電機(jī)安裝座上，通過(guò)聯(lián)軸器與精密絲杠相連接，精密絲杠一端與軸承座內(nèi)安裝的軸承配合，另一端與伺服電機(jī)座內(nèi)安裝的軸承配合，伺服電機(jī)座和軸承座分別固定在氣體靜壓導(dǎo)軌條兩端的伺服電機(jī)座調(diào)整塊和軸承座調(diào)整塊上。

優(yōu)選的，所述氣體靜壓導(dǎo)軌條采用的天然花崗巖制成，氣體靜壓導(dǎo)軌溜板和氣體靜壓導(dǎo)軌下溜板采用的是硬化后鋁制成。

優(yōu)選的，所述球型頂緊塊和絲杠螺母連接座均采用湛火后的不銹鋼制成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明利用氣體靜壓導(dǎo)軌提供高精度的移動(dòng)保證，利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行動(dòng)力控制，氣體靜壓導(dǎo)軌通過(guò)精密絲杠驅(qū)動(dòng)，抗干擾，經(jīng)濟(jì)性好，推廣性強(qiáng)；通過(guò)在精密絲杠副螺母上固定的螺母連接座與兩個(gè)正對(duì)的球型頂緊塊之間沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向形成雙向點(diǎn)接觸，不過(guò)雙向不會(huì)同時(shí)頂緊，兩個(gè)頂緊塊間的間隙比螺母連接座被頂緊側(cè)的厚度略大，且有一定調(diào)整量，而絲杠副的2π誤差在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被消除掉，可以應(yīng)用于超精密加工機(jī)床實(shí)現(xiàn)高精度低成本的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，通過(guò)氣膜的均化作用來(lái)提高導(dǎo)軌的精度，并且下端面背壓浮動(dòng)可調(diào)的方式，可以保證氣體靜壓導(dǎo)軌更小的氣膜間隙、更高剛度和精度。

進(jìn)一步的，整個(gè)氣體靜壓導(dǎo)軌呈環(huán)型，中間的氣體靜壓導(dǎo)軌條為天然花崗巖，四測(cè)環(huán)抱的溜板為鋁溜板，溜板上安裝的節(jié)流塊為非金屬材料。此類(lèi)導(dǎo)軌適合用于研拋加工環(huán)境濕度非常大的場(chǎng)合，可防銹、防腐蝕。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)例中所述環(huán)形氣體靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)例中所述氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)例中所述氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)例中所述圓形氣浮塊節(jié)流塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：氣體靜壓導(dǎo)軌條1、氣體靜壓導(dǎo)軌溜板2、氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊3、氣體靜壓導(dǎo)軌下溜板4、圓形氣浮塊固定套5、圓形氣浮塊頂緊塊6、鎖緊被母7、圓形氣浮塊固定板8、圓形氣浮塊節(jié)流塊9、聯(lián)軸器10、螺母座座11、軸承座調(diào)整塊13、伺服電機(jī)安裝座14、伺服電機(jī)15、精密絲杠16、軸承座12、傳動(dòng)支架17、絲杠螺母連接座18、精密絲杠螺母19、球型頂緊塊20、伺服電機(jī)座調(diào)整塊21。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明一種精密絲杠驅(qū)動(dòng)式環(huán)型氣體靜壓導(dǎo)軌，包括氣體靜壓導(dǎo)軌條1、氣體靜壓導(dǎo)軌溜板2、氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊3、伺服電機(jī)安裝座14、伺服電機(jī)15、聯(lián)軸器10、精密絲杠16、精密絲杠螺母19、傳動(dòng)支架17、絲杠螺母連接座18、球型頂緊塊20和軸承座12，伺服電機(jī)15固定在伺服電機(jī)安裝座14上，通過(guò)聯(lián)軸器10與精密絲杠16相連接，精密絲杠16一端與軸承座12內(nèi)安裝的軸承配合，另一端與伺服電機(jī)座14內(nèi)安裝的軸承配合，其中，所述氣體靜壓導(dǎo)軌溜板2共三副，每副氣體靜壓導(dǎo)軌溜板2內(nèi)側(cè)開(kāi)有凹槽，內(nèi)置有氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊3，設(shè)置在氣體靜壓導(dǎo)軌條1下端面的氣體靜壓導(dǎo)軌下溜板4則安裝有兩個(gè)圓形氣浮塊固定套5，圓形氣浮塊頂緊塊6與圓形氣浮塊固定套5通過(guò)螺紋固定，由配合的鎖緊被母7鎖緊定位，保持氣膜間隙穩(wěn)定不變；圓形氣浮塊由圓形氣浮塊固定板8和圓形氣浮塊節(jié)流塊9組成，組成后與氣體靜壓導(dǎo)軌條1下端面形成間隙配合，并與圓形氣浮塊頂緊塊6通過(guò)圓形氣浮塊固定板8上的球窩配合形成頂緊作用，如此四副溜板精配后組裝成氣體靜壓導(dǎo)軌滑動(dòng)副，與氣體靜壓導(dǎo)軌條1環(huán)抱，各向間隙小于10μm，一起組成一副環(huán)型氣體靜壓導(dǎo)軌，另外傳動(dòng)支架17固定在氣體靜壓導(dǎo)軌兩側(cè)的氣體靜壓導(dǎo)軌溜板2上，傳動(dòng)支架17上端固定有兩個(gè)球型頂緊塊20，兩個(gè)頂緊塊30球面正對(duì)，與絲杠螺母連接座18形成沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的雙向點(diǎn)接觸，精密絲杠16兩端連接的伺服電機(jī)座14和軸承座12分別固定在氣體靜壓導(dǎo)軌條兩端的伺服電機(jī)座調(diào)整塊21和軸承座調(diào)整塊13，絲杠螺母連接座18通過(guò)螺母座座11與精密絲杠螺母19固定。

參照?qǐng)D2和圖1，氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊3共十四塊，其中上方和兩側(cè)三個(gè)方向中，每個(gè)方向四塊沿導(dǎo)軌方向呈單列放置，下方兩塊沿導(dǎo)軌方向呈直線(xiàn)放置。

參照?qǐng)D3，氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊3為矩形，有一面開(kāi)有十五列，進(jìn)氣槽，各列間通過(guò)垂直方向的一個(gè)橫槽貫穿相連，此面與氣體靜壓導(dǎo)軌溜板2凹槽粘接，另一面很平整為靜壓面。

參照?qǐng)D4，圓形氣浮塊節(jié)流塊9為圓形，有一面開(kāi)有三個(gè)環(huán)槽和一個(gè)中心圓槽，圓槽和環(huán)槽彼此間通過(guò)四個(gè)沿圓徑向均布的長(zhǎng)槽相連，此面與圓形氣浮塊固定板8凹槽粘接，另一面很平整為靜壓面。

氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊3與氣體靜壓導(dǎo)軌溜板2之間，及圓形氣浮塊固定塊8與圓形氣浮塊節(jié)流器9之間均通過(guò)粘接劑固化。

在傳動(dòng)中，精密絲杠螺母19上固定的絲杠螺母連接座18與兩個(gè)正對(duì)的球型頂緊塊20之間沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向形成雙向點(diǎn)接觸，不過(guò)雙向不會(huì)同時(shí)頂緊，兩個(gè)球型頂緊塊20間的間隙比絲杠螺母連接座18被頂緊側(cè)的厚度略大，且有一定調(diào)整量，而絲杠副的2π誤差在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被消除掉，可應(yīng)用于為超精密加工機(jī)床實(shí)現(xiàn)高精度低成本的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；

本實(shí)例中通過(guò)對(duì)各部件材料的優(yōu)化，對(duì)整體的精度實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的保證和提高，氣體靜壓導(dǎo)軌條1采用天然花崗巖，四側(cè)環(huán)抱的溜板為鋁溜板，優(yōu)選采用的是硬化后的LY12，可防銹、防腐蝕。溜板上安裝的氣體靜壓導(dǎo)軌節(jié)流塊3和圓形氣浮塊節(jié)流塊9采用非金屬材料，可防銹、防腐蝕，優(yōu)選的采用石墨；石墨的高強(qiáng)度、高密度、高灰度，其空隙分布均勻、密且小，可實(shí)現(xiàn)極均勻的透氣，且氣源流量消耗小，強(qiáng)度高，從而使得氣體靜壓導(dǎo)軌副耗氣量小，剛度大，噪音極低，非常適合于超精密加工環(huán)境中的需求。球型頂緊塊20和絲杠螺母連接座18均采用耐磨的高湛火鋼，接觸面磨削粗糙度好，精度高，且耐磨性好。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的有點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍有所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。