Zračni ležaj je najbližje gibanju brez trenja. Tanek film stisnjenega zraka, pogosto debel le 5 do 20 mikrometrov, loči gibljivi element od njegove vodilne površine, tako da ni kovinskega stika, maziva, zdrsa in skoraj nobene obrabe. V ultra-preciznih sistemih, od osi skeniranja CMM do litografskih stopenj in laserskih skenirnih glav, je brez dotika tisto, kar omogoča gibanje v nanometrskem-razmerju. Toda zračni film je le polovica zgodbe. Druga polovica je površina, po kateri se vozi, in zato granit in vse bolj natančna keramika prevladujeta v svetu vrhunskih-linearnih gibanj.
Ta vodnik pojasnjuje, kako so strukturirani granitni zračni ležaji, kako razmišljati o oblikovalskih odločitvah za delujočim sistemom in kje se te komponente uporabljajo. Temelji na več kot treh desetletjih izkušenj pri izdelavi granitnih zračnih lebdečih vodil in podstavkov linearnih motornih platform, vključno z ročnim lepanjem mojstrov tehnikov, ki rutinsko na otip delajo do nanometrske-ravne.
Kako zračni ležaj dejansko deluje
Zračni ležaj nadomešča kotalni ali drsni stik s filmom pod pritiskom zraka, ki se dovaja skozi majhne odprtine ali porozno omejitev. Tlak filma podpira obremenitev in togost filma narašča, ko se reža oži, zaradi česar se sistem sam-stabilizira. Bistvene komponente so:
- Ležajna blazinica ali nosilec, ki vsebuje odprtine, vdelane omejevalnike ali porozne medije, obdelane v stabilno telo
- Vodilna površina (tirnica, osnova ali tir), ki mora biti ravna, gladka in dovolj toga, da zadrži enakomerno režo vzdolž celotnega hoda
- Sistem za dovod zraka, filtriran na pod{0}}mikronske ravni delcev in reguliran na delček bara, ker se nihanja tlaka filma neposredno spremenijo v napake pri gibanju
- Zgornja struktura, običajno stopnja linearnega motorja ali merilni voziček, katerega dinamika vpliva na togost filma
Tipični podatki o zmogljivosti pojasnjujejo, zakaj so se inženirji sprijaznili s kompleksnostjo dovoda zraka: nosilnost od nekaj kilogramov do več ton na blazinico, togost v razponu od deset do sto Newtonov na mikrometer, naravnost gibanja, boljša od 0,1 mikrometra na 100 mm hoda pri dobrem sistemu, in trenje tako blizu nič, da lahko stopnica obdrži položaj s pod-nanometrsko ponovljivostjo pod linearnim motorjem.
Zakaj mora biti vodilna površina granitna ali keramična
Zračni film je tako dober, kot je dobra površina pod njim. O vsem odločajo tri lastnosti materiala:
- Ploskost: reža filma 10 mikrometrov ne dopušča napak vodilne površine istega reda. Dolge tirnice potrebujejo ravnost v eno-mestnem mikrometrskem obsegu v metrih, ultra-natančni drsniki pa potrebujejo pod-mikrometrsko ravnost v krajših razponih. Le lepljenje to zanesljivo doseže, granit pa je klasičen konstrukcijski material, ki ga je mogoče lepiti
- Površinska obdelava: ležaji odprtin potrebujejo gladke površine, da preprečijo turbulenco in asimetrijo v filmu. Drobno{1}}zrnati črni granit se prekriva do zrcalne površine, keramiko, kot sta aluminijev oksid in silicijev karbid, pa je mogoče brusiti in lepiti še bolj fino
- Dimenzijska stabilnost: reža določa zmogljivost ležaja, zato se tirnica ne sme premikati skozi leta. Granitna notranja napetost, nizka toplotna ekspanzija in skoraj-ničelna absorpcija vode ohranjajo geometrijo stabilno desetletja
Obstaja tudi praktična lastnost, ki je v delavnici izjemno pomembna: odpornost na poškodbe. Kontaktni ležaj, ki je opraskan, še vedno deluje; zračni ležaj z dvignjenim robom na tirnici lahko ozemlji film in se zruši. Zaradi trdote in odpornosti proti obrabi granita in keramike, skupaj z dejstvom, da nobeden ne korodira, sta edina realna dolgoročna-izbira za izpostavljene natančne tirnice.
Granitni zračni ležaji in keramični zračni ležaji: komplementarne vloge
Granitni in keramični zračni nosilni sistemi so običajno kombinirani in ne tekmujejo. Tipična arhitektura za ultra-precizno platformo izgleda takole:
- Granitna podlaga in tirnice: težka, vlažna, toplotno stabilna podlaga s prekritimi zračnimi nosilnimi površinami in vdelanimi medeninastimi ali nerjavnimi vložki za montažo
- Granitni voziček ali most: usklajen s tirnicami, z odprtinami, izvrtanimi v sam granit ali v zamenljive vložke
- Precizne keramične zračne ležajne komponente: blazinice in plošče iz aluminijevega oksida, silicijevega karbida ali silicijevega nitrida, kjer aplikacija zahteva izjemno trdoto, električno izolacijo (aluminijev oksid in silicijev nitrid), manjšo gostoto za premikajoče se mase ali odpornost proti koroziji v agresivnih okoljih
Keramika zasije tam, kjer granit doseže mejo. Silicijev karbid nudi togost-in-težo, ki je nekajkrat večja od granita, zaradi česar je idealen za-hitro premikajoče se kočije. Aluminijev oksid zagotavlja električno izolacijo za-elektrostatično občutljive stopnje in ga je mogoče lepiti do izjemne kakovosti površine. Silicijev nitrid prenese udarce in robne obremenitve, ki bi lahko zdrobile krhke kamne. Pri naprednih optičnih inšpekcijskih in polprevodniških platformah postajajo privzeti hibridni sistemi z granitnimi podstavki in keramičnimi nosilnimi elementi.
Navodila za načrtovanje: Ustrezen sistem zračnih ležajev
1. Najprej določite vrzel v filmu
Reža določa togost, nosilnost, porabo zraka in občutljivost na površinske napake. Velike reže (15 do 20 mikrometrov) odpustijo nepopolne površine, vendar porabijo več zraka in nudijo manjšo togost. Tesne reže (5 do 8 mikrometrov) zagotavljajo odlično togost, vendar zahtevajo boljšo ravnost in čistejši zrak. Odločitev o vrzeli je treba sprejeti skupaj s specifikacijo kakovosti površine, ne po njej.
2. Izberite vrsto omejitve
Preproste odprtine so poceni in robustne; inherentno kompenzirane odprtine in porozni mediji zagotavljajo boljše dušenje in večjo togost z manjšim tveganjem zračnega kladiva. Porozni ogljikovi ali keramični vložki so vedno bolj priljubljeni za natančne mize, ker enakomerno porazdelijo film in dopuščajo majhne dogodke kontaminacije.
3. Načrtujte porazdelitev obremenitve
Vsaka stopnja zračnega ležaja ima težavo s težiščem: obremenitve izven središča razbremenijo eno blazinico in preobremenijo drugo, kar povzroči napake pri nagibu. zasnove morajo vključevati prednapetostne blazinice (nasprotne ležaje) ali vakuumsko prednapetost na zgornji strani, kjer uporaba to omogoča, montažni vmesnik pa mora biti obdelan tako, da je pot obremenitve simetrična.
4. Določite prave tolerance, ne najstrožjih
Za granitni zračni tobogan so pomembne številke: ravnost tirnice (običajno od 1 do 3 mikrometrov na 300 mm, do sub-mikrometra za ultra-natančnost), usklajena višina tirnice-in-tirnice, položaj in globina odprtine za odprtino ter končna obdelava površine na ležajih. Pre-toleriranje vsake površine pomnoži stroške brez izboljšanja kakovosti gibanja; veščina je dodelitev tolerance tam, kjer jo fizika potrebuje.
5. Nikoli ne podcenjujte ročnega lepljenja
CNC obdelava pripelje granitno tirnico na nekaj mikrometrov. Končni mikrometer, kjer živijo zračni ležaji, pripada ročnemu lepanju. Mojstri z desetletji izkušenj z uporabo preverljivih plošč in ponavljajočih se merilnih ciklov dosežejo nanometrsko ravno-ravnjo naležišč in njihova presoja o tem, kdaj je površina končana, ki je sami instrumenti ne morejo v celoti nadomestiti, je prava konkurenčna prednost. To je obrt za vsakim zanesljivim granitnim toboganom.
6. Načrtujte dovod zraka kot del stroja
Določite filtracijo na 0,1 mikrometra, regulacijo tlaka z nizkim valovanjem in rutino čiščenja za izpade. Natančen zračni ležajni sistem, zasnovan za čisto, suho in stabilno oskrbo, bo desetletje deloval-brez vzdrževanja; tisti, ki je povezan z umazano trgovinsko linijo, ne bo.
Kjer se ti sistemi uporabljajo
- Granitni zračni drsniki CMM: skeniranje in portalni CMM uporabljajo granitne podlage in tirnice z nosilci z zračnimi ležaji za nanometrsko-sondiranje ponovljivosti
- Stopnje pregledovanja in litografije polprevodniških rezin: granitne podlage s keramičnimi zračnimi elementi, pogosto z linearnimi motorji, ki se poganjajo neposredno
- Laserski sistemi za obdelavo in skeniranje: brez trenja, hitro, brez ustvarjanja delcev, kar je pomembno v optičnih okoljih
- Instrumenti za optično meroslovje: interferometri in profilometri na granitnih zračnih drsnikih za sledljive pod-mikrometrske meritve
- Linearne motorne platforme na splošno: povsod, kjer neposredne{0}}pogonske stopnje potrebujejo nič{1}}zdrsa in dolge, ravne vožnje
Pogosto zastavljena vprašanja
Kakšno ravnost dejansko potrebuje granitna zračna tirnica?
Običajno delovno pravilo je, da morajo površinske napake nad nosilno površino ostati pod približno eno četrtino reže filma. Za razmik 10 mikrometrov to pomeni ravnost tirnice v območju 2 do 3 mikrometrov po površini, kar je bolje pri ultra-natančnih drsnikih. Ugledni dobavitelji potrjujejo vrednosti ravnosti z merilnimi poročili, namesto da bi navedli eno številko za celoten del.
Ali je mogoče zračne ležaje izdelati iz granita in keramike skupaj?
Da, in ta hibridni pristop je standarden v-sistemih višjega cenovnega razreda. Granit zagotavlja stabilno podlago in tirnice, medtem ko keramične blazinice in plošče zagotavljajo trdoto, izolacijo ali zmanjšanje teže, kjer je to potrebno. Oba materiala se obdelujeta in prekrivata različno, zato mora proizvajalec imeti nadzor nad obema, zato nabava obeh pri enem izkušenem dobavitelju poenostavi odgovornost za kakovost.
Kako dolgo trajajo granitni zračni ležaji?
V bistvu za nedoločen čas, če ostane dovod zraka čist. Ker med delovanjem ni stika med ležajem in tirnico, ni obrabnega mehanizma, razen ravnanja s poškodbami in kontaminacijo. Dobro-vzdrževani sistemi, nameščeni v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, še danes delujejo po izvirnih specifikacijah.
Katere podatke moram navesti za ponudbo zračnih ležajev po meri?
Navedite obremenitev (težo in težišče), dolžino in smer potovanja, zahtevano togost in ravnost, pogoje za dovod zraka, profil gibanja s pospeški in risbo pritrdilnega vmesnika. Sposoben proizvajalec bo odgovoril s predlogom za vrzel v filmu in omejitvijo, specifikacijami za ravnost in končno obdelavo ter ponudbo z vključenim obsegom pregleda.
Zadnja beseda
Zračni ležaji zagotavljajo gibanje, ki mu ni kos noben kontaktni sistem, vendar ga zagotavljajo samo na površini, ki je ravna, stabilna in obdelana po skoraj popolnem standardu. Zato je granit že desetletja zasidran v tej tehnologiji in zakaj keramika širi zmožnosti teh sistemov. Izbira proizvajalca, ki nadzoruje oba materiala, obdeluje velike dele v posameznih nastavitvah in se še vedno zanaša na mojstrske ročne laperje za končni mikrometer, je najkrajša pot do stopnje, ki deluje prvi dan in še vedno deluje deset let pozneje.
Izdelujemogranitni zračni ležajbaze, tirnice in vozički skupaj znatančen keramični zračni ležajkomponent, podprto z več kot 30-letnimi izkušnjami mojstra ročnega lepanja in popolno-hišno obdelavo in kalibracijo. Pošljite nam svojo scensko zasnovo za inženirski pregled in ponudbo.