[发明专利]一种主动调控节流孔入口气压的气浮支承装置

说明书

技术领域

本发明属于气浮支承装置领域，更具体地，涉及一种主动调控节流孔入口气压的气浮支承装置。

背景技术

气浮支承装置主要应用于超精密加工装备当中，起到支撑精密运动部件的作用。相对于传统的机械接触式导轨支承而言，气浮支承的运动部件与支承件之间无直接接触，避免了运动过程中的接触摩擦，运动精度可以大大提高，因此在超精密加工、电子制造、精密测量、零重力模拟等领域，气浮支撑装置均获得了广泛的应用。

气浮支承装置的基本形式是压缩空气经过一小孔或狭缝节流装置后流入运动部件与支承部件之间的缝隙，形成高压气膜，对运动部件提供一定的支承力。当运动部件与支承部件之间的缝隙(即气膜厚度)减小时，气膜压力增大，气浮支承的承载力增大，并使得气浮支承具有一定的刚度。也就是说，气浮支承装置的承载力和刚度构成了其在各类应用中发挥性能的关键因素之一。

现有技术中已经提出了各种提高气浮支承的承载力和刚度的方法，例如对气浮支承的节流孔和压力腔的结构形状、尺寸等方面进行改进，但这类被动式气浮支承装置在单位面积内的承载力和刚度提高有限，因此制约了其相对重负载在精密加工或高速主轴中的应用；此外，现有技术中也出了采用执行元件来调整节流孔的开口截面积或节流孔长度的主动式气浮支承，此类方案仅对气浮支承的阻尼特性调节效果较好，但对压力的改变十分有限，因此对支撑力和刚度的调节作用也比较有限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种主动调控节流孔入口气压的气浮支承装置，其中通过采用气压主动调节单元的形变来直接改变节流孔入口的气压、从而调节气浮气膜内的气压，同时针对气源压强波动执行自适应调节，测试表明能够显著提高气浮支承的动刚度特性，并达到稳定气浮支承的目的。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种主动调控节流孔入口气压的气浮支承装置，包括气浮支承本体、气压主动调节单元、支承本体检测单元和驱动控制单元，其特征在于：

所述气浮支承本体上设置有进气孔、节流孔和调节单元安装孔，所述进气孔和节流孔分别与调节单元安装孔连通，所述进气孔的进气口处和节流孔的出气口处分别设置有进气阀和出气阀；

所述气压主动调节单元嵌装在调节单元安装孔内，所述气压主动调节单元与气浮支承本体之间，以调节单元安装孔处形成调节腔，所述调节腔分别与进气孔和节流孔连通，所述气压主动调节单元能产生形变，从而改变调节腔的体积大小，以控制调节腔的气压，进而控制从调节腔内进入出气阀的气体的压力；

所述支承本体检测单元用于实时检测气浮支承本体上下运动的速度、加速度和/或气浮支承本体相对于其下方气浮导轨的距离；

所述驱动控制单元分别与检测装置和气压主动调节单元连接，用于将检测装置所测得的信号进行滤波、放大及数据处理，生成驱动信号来驱动气压主动调节单元产生形变以改变调节腔的体积大小，使得气浮支承本体与其下方气浮导轨之间的气浮气膜间距发生变化，同时改变气浮气膜的压强分布，从而实现对气浮支承本体刚度的主动调控。

优选地，所述气压主动调节单元为压电执行器或磁致伸缩执行器，所述驱动控制单元能使压电执行器或磁致伸缩执行器产生形变从而改变调节腔的体积大小。

优选地，所述支承本体检测单元为速度传感器、加速度传感器和/或距离传感器。

优选地，所述距离传感器为激光位移传感器、电涡流传感器、霍尔传感器或者LVDT位移传感器，且其测量精度优于0.5微米，所述速度传感器或加速度传感器为压电式振动速度传感器、磁电式振动速度传感器或者压电式振动加速度传感器，频率测量范围为气浮轴承振动频率的2倍以上。

优选地，所述调节腔在气压主动调节单元未发生形变时的高度为20～50um。

优选地，所述进气阀为节流阀或单向阀。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用主动调节装置来直接改变气浮支承装置的节流孔入口的气压并对相关部件的设置方式进行设计，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

1)本发明可以更显著地提高气浮支撑的动刚度，动刚度的幅度和频率带宽均能获得大幅提高；

2)本发明针对气源压强波动执行自适应调节，能够显著提高气浮支承的抗扰动性能，并达到稳定气浮支承的目的；

3)本发明可以有效抑制气浮支承的微振动，同时具备结构紧凑、便于操控和高精度的特点，因而尤其适用于对支承动刚度要求高的超精密加工或高速主轴等场合。

附图说明

图1是本发明使用时的结构示意图。