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。 J( d6 P* G' P( C- D
图1
, |, _# U. u {' [$ G- I3 [5 r" {图1
2 k) ]. p9 p0 N/ r. f# \图2
# a) {1 p. m- W3 j9 F0 B7 B3 e& S图27 s8 ?; M' j+ D; V* A7 J; Y
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:* Z) ]* U3 E* x c( C3 D
图3( a- g; U9 U: {& Q* e6 y
图3. z2 T* y; f$ y* @. Q2 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。
/ o' v6 ?$ V5 ^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。$ T, D, a/ w1 n& r; r5 @
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。
B" L4 D) _" g+ Q, V图4
* T+ {& s! N3 R( o图4
8 W8 N. S' C/ O5 g }& }& p( H/ o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。
5 t- I5 e7 G& e0 V6 |: f; ]9 q( }; y闭式静压导轨具有如下特点:: s( d* S6 {4 A6 F8 z
(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;
. F# w, P: W) |& _+ k(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;
) I+ K1 o; F. h- [! x(3)导轨制造及调整比较复杂;# O* q y0 S; W
(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。
) { z: h, |. M t* X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。; H1 E% m( n# h( m/ h0 {0 e$ g
1 b4 m% K6 J" a r* U& d' l- o" x$ b6 j' h
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平面封闭型 重力平衡型 真空预载荷型 圆筒封闭型
/ f6 u9 @" v" H(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。; V5 r/ v0 d( a* H' ]0 n
(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;7 a) z$ C! C% o/ p# 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;
" k0 o7 M6 r! | B8 E9 M) H(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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