气浮导轨按工作原理分为两种基本类型:空气动压导轨和空气静压导轨。动压型如图1左图所示,两个面相对移动且间隙呈楔形,沿移动方向间隙逐渐变小。由于相对移动,气体因其黏性作用,被拖带压入楔形间隙中,从而产生压力,构成动压悬浮。静压型如图1右图所示,是将外部的压缩气体,通过节流孔导入间隙中,借助其静压使之悬浮起来,节流孔的作用是当间隙变化时,调整间隙内的压力,从而使导轨具有刚度。气浮导轨是由导轨和溜板组成的滑动副,导轨和溜板之间为气膜润滑。$ o) s7 A. B. t S+ e" Y- ?- v: c
图1
4 ]' q- c1 l8 p% W1 t7 d, {图1$ L5 \$ Y1 B& N8 Z7 Y) c" H
图2
4 h$ X& w2 @3 _. |+ R图2
$ O" B. Y& W, ?- e( P开式静压导轨如图2、图3所示,图2左图为平面型,图2右图为平-V型,图3左图为双三角型,图3右图为平面回转型,它们具有如下特点:' q5 W1 K0 X. [/ z9 u% J$ J' V
图3& Z0 Z" Z/ X! ]& J$ s7 Y
图3+ D" L1 b& `5 ]: Q
(1)承受正向载荷的能力很大,承受偏载以及颠覆力矩的能力差,不能够承受反向载荷;(2)导轨结构简单,制造以及调整方便;(3)在当导轨尺寸确定以后,气腔压力就只由载荷决定,所以小载荷时气膜刚度低。
+ A" p4 b9 p2 w$ C' j3 g) x综上所述,开式静压导轨适用于偏载荷及颠覆力矩小,载荷均匀,水平放置或者仅有小角度倾角的场合。
5 W7 G; u' |3 f闭式静压导轨的运动件,除在其运动方向具有一个自由度外,其余运动自由度都由导轨的结构所约束,故属于几何封闭。图4所示为闭式静压导轨常用的几何形式,图4中左1为侧导轨在外侧的平导轨,左2为侧导轨在同一导轨两侧的平导轨,左3为平面回转导轨,左4为菱形导轨。
! y: b _' O D4 r8 s2 }& J( O图4
7 ?+ |: q& i! Z! [( W图4
& b5 H& b. X1 e/ H* {图4中左1和左2的平导轨虽有相同的气腔数,但对于侧面间隙受热变形的影响,后者比前者小,且克服了采用可变节流器时侧面气腔过长的缺点。图4中左3的菱形导轨特点是加工面少,适用于载荷不太大,运动件不太长或回转工作台场合。# J6 L0 W% r' ?5 ~+ w f, Q/ x" |
闭式静压导轨具有如下特点:
7 e! ^; x; ~! k(1)能够承受正反向的载荷,能够承受偏载荷以及颠覆力矩的能力比较强;
9 P; g, f; f, Q3 K2 x1 U2 t; G+ d(2)气膜刚度较高,所以对导轨本身的结构的刚度要求比较高;
. K2 k8 Z& ~7 C6 B ^# O- [0 ?( M(3)导轨制造及调整比较复杂;
5 F% Z2 {! m& W* W3 k. A# R; C: d(4)为了减少功率的损耗,闭式静压导轨一般是采用不等面积气腔的结构。! B1 ?9 z# o( Z3 t
同时气浮导轨按安装特征可以分为平面封闭型、圆筒封闭型、重力平衡型和真空预载荷型。
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5 l% o+ f2 v8 k1 [5 y6 H5 s平面封闭型 重力平衡型 真空预载荷型 圆筒封闭型
. }: X* B" h# Q$ ~. U1 J- i: E(1)平面封闭型:在气浮方向上设计一对方向相对的两个气膜,形成气膜预加载。适用于高精度、高刚度、大负载的导轨。! J c0 K% q: a# |
(2)重力平衡型:结构简单,加工方便,但刚度低,用于负载变动较小的场合;- f4 i, C$ T6 q
(3)真空预载荷型:用压力气体产生浮力,形成悬浮状态,用真空发生装置产生真空以提高刚度,由于真空的吸附作用,使得这种止推导轨具有双向的刚度,配上x、y两向驱动,可用单层结构,实现二维运动,即开始结构具有闭式特点,提高了工作台的工艺性能;8 o: G; }2 b2 Z: t, V6 A
(4)圆筒封闭型:该导轨结构简单,但加工复杂,圆柱形导轨得圆柱度和溜板的间隙由机械加工决定,对加工工艺要求较高。而承载能力较小,刚度差,常用于轻载。
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