空气轴承 用空气作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小,耐高温,无污染,因而可用于高速机器、仪器及放射性装置中,但其负荷能力比油低。% |$ F' E1 {" u2 {
空气轴承优点$ J. }9 X+ r1 c, L' D+ i
1.更高精度
' m; z) Q. n7 b7 E/ O1 J& Q$ Q 空气轴承提供极高的径向和轴向旋转精度。由于没有机械接触,磨损程度降到了最低,从而确保精度始终保持稳定。
+ m/ }7 H, N' [: r ^; w; k 由于制造结构的不同,空气主轴旋转时的精确性是天生具备的。特殊的制造技术提高了这一精确性,能够提供极高的旋转和轴向精度。空气主轴的设计是,能够在轴向和径向同时获得小于0.1微米TIR的旋转精确性。由于旋转的转子和静态支撑部分之间没有机械接触,所以没有磨损产生,从而确保精度始终保持稳定——制造商使用统计学加工控制的一个重要特性。
9 C _+ |! Y# K6 C/ X9 U6 ^ 典型的同步径向偏摆值:<10微米(PCB钻孔主轴,高速)+ E! _. R# M2 s& ^* g: A7 J* F
典型的非同步径向偏摆值:<0.025微米(磁盘测试主轴,低速)
# v* Q6 E7 P% D0 E- [) L9 G D1787高端PCB主轴的动态偏摆与转子速度之间的关系, u5 n/ g6 F- F* n7 n
D1640-05磁盘测试主轴的非同步径向偏摆与转子速度之间的关系
6 n3 U+ f. x2 ?6 G' Z1 a 2. 高速
k; N' }) ]: R. ?+ y; I 空气轴承内部的低剪切力,能够在提供极高转速的同时,将动力损失降到最低,并使产生的热量非常小。转速可以超过300,000转/分钟。
2 u q3 F( t" a; @6 |7 g 空气轴承阻力较低,允许较高的速度,并能同时保持较低的振动水平。摩擦对空气轴承旋转的阻碍非常小,并且,因此使得动力损失和热量产生也非常小。这使得转子能够以极高的表面速度运行。有些主轴中,较高的旋转速度会导致轴承硬度的增加——由空气动力学和回转加劲的特点导致的。
6 c; a4 ~: i6 y% p' k& o 各个市场领域中目前最高速西风空气主轴的图示
* w _% ?- `( u: b( j4 M 3.增加刀具寿命
" i$ f) X+ E* w$ R- B 使用空气轴承意味着能够大大延长刀具的寿命。
7 ~: }3 K& h# q6 G( J9 C' G! D/ R 较低的振动和较高的旋转精度,意味着钻头、刀具、砂轮、和钻探工具都会有更长的寿命——降低了保养和运行成本。特别地,在PCB钻孔行业中,目前使用的钻针直径更小至50微米,只有空气主轴才能以所需的速度运行,以确保刀具的寿命达到要求; u& v: S: {8 P3 t! o
砂轮寿命的典型增长:1.5倍~4倍,取决于应用领域和砂轮类型
2 Y8 s$ ~) s6 N/ Y* s1 y' n 直径0.01的PCB钻孔工具寿命与旋转速度之间的关系
4 a( _3 a, L/ ?0 u ] 4.提高表面光度
$ _. s) A$ s' e3 _ 空气主轴精确的、可重复的运动,使得表明光度达到了非常出色的程度。
" ~3 H! L4 R$ R5 _# ~0 G 空气主轴的应用(如:半导体加工)提供了流畅的、精确的、可重复的运动——使得表面光度更佳。与滚珠轴承主轴不同,空气轴承提供了稳定的轴承硬度,能够确保所加工的硬质材料表面以下部分的破损程度最小。由于硬度是由贯穿轴承的、始终如一的空气流提供的,转子所经受的、来自外负载的作用力,在其旋转时稳定的分布在所有点上。这一特性与研磨时产生良好的表面光度息息相关。6 J! u$ l4 T! ~0 y. P% l2 ^8 V
:典型的表面光度:
0 r/ [0 M% m9 L$ _3 S 表面研磨——<0.05微米(2微英寸)CLA. {: J, t+ z; _
菱形转动、或者飞刀切削丙烯酸树脂和软性材料——<0.012微米(0.5微因存)CLA,达到稳定的光学品质
3 r; c, W% l0 Q1 [ 空气轴承硬度值:
1 P3 t5 P( D8 c. X; h7 T. F ——轴向:达到250牛顿/微米(1,400,000磅/英寸)0 {, L# P5 a4 r, p& s9 ?5 |; K
——径向:达到580牛顿/微米(3,300,000磅/英寸): p' d8 ?' ^; V0 J! p4 w
空气主轴精确的、可重复的运动,使得表明光度达到了非常出色的程度。
. A6 w, n5 c7 \; C5 e, e) _: t 空气主轴的应用(如:半导体加工)提供了流畅的、精确的、可重复的运动——使得表面光度更佳。与滚珠轴承主轴不同,空气轴承提供了稳定的轴承硬度,能够确保所加工的硬质材料表面以下部分的破损程度最小。由于硬度是由贯穿轴承的、始终如一的空气流提供的,转子所经受的、来自外负载的作用力,在其旋转时稳定的分布在所有点上。这一特性与研磨时产生良好的表面光度息息相关。+ S k7 T3 c" s* Y) k
:典型的表面光度:) ^- d+ A# u) u% h; j) {
表面研磨——<0.05微米(2微英寸)CLA; j: f D! b$ W Q1 P
菱形转动、或者飞刀切削丙烯酸树脂和软性材料——<0.012微米(0.5微因存)CLA,达到稳定的光学品质% G) Y+ b+ |5 r; P9 }
空气轴承硬度值:
8 g, ]$ x! C5 A3 H4 r ——轴向:达到250牛顿/微米(1,400,000磅/英寸)
( O4 i; K' G' C6 w( N* T ——径向:达到580牛顿/微米(3,300,000磅/英寸) 4 l5 J8 F; N) N9 q
C滚动元件轴承和空气轴承的硬度比较4 w0 j" _; G- m! J
5.延长轴承寿命
% T- j2 ?9 I" M. j n" Y4 s 由于没有机械接触、并且供给清洁的空气(没有油和水),因此轴承的寿命大大延长了。
5 }! n* v/ B. s! u4 Y" D 轴承内部没有任何金属与金属之间的接触,如果供给的空气清洁、且没有油和水,将确保实际上无限的寿命,此外,由于运行的性质,空气轴承会从轴承尾部不断排除空气,这就形成了阻碍外部有害污染物(如:原料碎片、或者切割液)进入的天然屏障。这增加了机器的利用率,减少了停机时间,从而提高了整体的效率。. k" X# `' z! | t
滚珠轴承和空气轴承寿命的比较
5 ]+ \& g! X1 S5 f 6.温度上升缓慢
- |1 R; I- C Z% v: A0 s7 M; G 低摩擦,稳定的空气流、和有效的动力传送,使温度上升幅度降到最低。" H; n8 r* M5 X- N) T8 @
由于多种因素(如:低摩擦,稳定的空气流、和有效的动力传送),主轴转子的热效应非常小。此外,特殊材料和结构方法的选择,以及内部的液体冷却管道,几乎完全消除了温度的上升,因此,无需预热阶段。3 K/ f' z' R" f, {/ u
水冷却PCB钻孔主轴在200,000转/分钟的速度时的热成像) M" H0 U2 U8 f. o
7.减少保养
: r1 H* N1 y7 f8 J 只需要极少的保养。对空气供给和冷却系统的定期检查,就是确保完全可靠性所需完成的全部工作。) U! r' k' Z7 ~4 ]0 B6 ^3 b
通常,对空气供给进行定期检查就足以确保完全的轴承可靠性。如果主轴是在设计规范限定的条件下运行的,主轴拥有很长的运转寿命。一般保养通常包括:确保空气和水供给保持清洁,并达到正确的标准。
* @" j/ q+ l0 ]2 e! X 注意:将夹头或者其他支撑装置安装到主轴上,必须遵循特定的保养规定。
8 J; ?5 C4 L+ T9 r) c0 @0 _- i8 A 典型的空气过滤要求:0.1微米8 O* {) u" Q o3 y3 j$ S0 b
8.增大负载能力
9 G: N. z3 M7 N9 [. a# g 空气轴承能够支撑很大的负载,所以使得它们能够被应用于很多行业的机械工具中。; m- D( [# Z/ H" y% n
空气轴承设计能够具备较高的负载能力、较高的硬度能力、或者两者同时兼备。在很多空气轴承的应用中,主轴速度相对较低,因此能够组成径向和轴向半径较大的轴承。
7 K% Y+ i& x* ?+ E 径向轴承的负载可达500千克。0 h1 o$ [. ?/ R+ [( U
轴向轴承的负载可达500千克。
& n) I0 o: U: [( R. b: W( P: Y 9.降低震动0 o8 W }* v4 r0 A* H
空气主轴运行时,只产生最小幅度的振动和可闻噪音。" Z* U3 `0 V2 n' A$ k
由于达到了高度的平衡标准、而且没有机械接触,西风空气主轴产生的振动幅度和可闻噪音都是最小的。( [8 v+ X; p0 D
典型的平衡标准:G0.4或者更高。
! ?5 l* n& [; X! ~( t( D% o 典型的振动幅度:<0.2毫米/秒(低速主轴)。<1.0毫米/秒(高速主轴)。) N2 I* y! G* L
典型的噪音水平:70~80调整分贝 ! y' j* f! p+ z: P! b
D1733PCB主轴径向振动与转子速度之间的关系+ L5 y- i- ^9 L- x
10.清洁+ M+ E% @' t: J. D7 I0 e% Q
唯一使用的润滑剂是空气;因此,对于必须要求无污染的工件、或者工作环境来说,空气轴承技术是理想的。: S' H4 [, p/ p \
在从空作环境中去除脂、油、和油雾后,使用空气主轴的条件将保持更加清洁。空气轴承对环境不产生反作用,因此,是无尘环境(如:磁盘驱动器制造)的理想应用产品。事实上,特殊设计的西风空气主轴还能在高度真空的条件下使用,如:已经在半导体硅晶片制造方面的应用。
$ w9 A+ x$ h% W% O2 O$ @ 主轴可以运行的、典型的无尘室标准:100级。 K( Q, S( ^1 ^' Y- W
绝对无尘环境 |