[发明专利]一种节流气浮轴承以及基于该轴承的快轴伺服系统

说明书

本发明公开了一种节流气浮轴承，包括相互适配的轴承基座，在轴承基座上用于与气浮导轨适配的内表面上设有多孔质节流层；沿进气方向上，多孔质节流层的气体流通阻力逐渐增大。进一步提供了一种节流气浮轴承以及基于该轴承的快轴伺服系统，包括气浮导轨、电机和刀架；节流气浮轴承套接在气浮导轨上，且通过安装基座定位；所述气浮导轨的一端与电机输出端连接、另一端安装刀架。本发明提供节流气浮轴承具有较大的刚度，进而利于获得一种刚度高、行程大的高频响高精度快刀伺服系统，从而提高大起伏微结构或自由曲面光学元件的加工效率与精度。

技术领域

本发明涉及光学元件加工设备技术领域，具体涉及一种节流气浮轴承以及基于该轴承的快轴伺服系统。

背景技术

近年来，自由曲面光学元件在航天、通信、医疗等各行各业的应用越来越广泛，其特征为非回转对称型、结构复杂，因此，实现自由曲面光学元件的高效率、高精度加工是一项巨大的挑战。磨削、抛光等传统加工工艺存在效率低的问题，随着超精密加工技术的发展，金刚石车削技术广泛应用于复杂曲面的加工，具有成本低、效率高的优势。而基于快刀伺服技术的金刚石车削是最有前景的自由曲面光学元件加工方式之一，快刀伺服装置固定在车床Z轴溜板上，根据主轴角度和刀具径向位置，快刀伺服装置可以驱动刀具高频率往复运动，可实现复杂曲面加工过程较高的尺寸精度、形状精度、表面完整性和加工效率。

中国发明专利(申请号201910630709.2)公开了一种压电陶瓷驱动的快刀伺服装置，采用了二级杠杆放大机构对刀具的位移进行放大；采用压电陶瓷驱动，快刀伺服装置行程较小，通过位移放大机构虽然可以将行程放大，但会导致快刀伺服装置的刚度和精度降低。中国发明专利(申请号201611047489.3)公开了一种音圈电机驱动的快刀伺服机构，运动行程从一毫米到数十毫米，可以满足较大起伏微结构或自由曲面结构的高效加工；但其空气静压轴承采用小孔节流式，轴承刚度较低，切削力扰动、环境噪声等因素对刀具的振动影响较大，从而可能降低自由曲面元件的加工质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有基于音圈电机的快刀伺服装置的刚度较低，影响切削质量，而基于压电陶瓷的快刀伺服装置，行程较小，本发明提供了解决上述问题的一种节流气浮轴承以及基于该轴承的快轴伺服系统，本发明提供节流气浮轴承具有较大的刚度，进而利于获得一种刚度高、行程大的高频响高精度快刀伺服系统，从而提高大起伏微结构或自由曲面光学元件的加工效率与精度。

本发明通过下述技术方案实现：

一种节流气浮轴承，包括相互适配的轴承基座，在轴承基座上用于与气浮导轨适配的内表面上设有多孔质节流层；沿进气方向上，多孔质节流层的气体流通阻力逐渐增大。

与传统的小孔节流等气浮轴承相比，本发明提供了一种梯度节流式的多孔质气浮轴承，在轴承基座上用于与气浮导轨适配的内表面上设有多孔质节流层，气流通过多孔质节流层上的孔隙透过进入轴承与气浮导轨之间的间隙起到润滑作用；可通过调节多孔质节流层的性能参数(如孔隙率、孔径等)，使沿进气方向上多孔质节流层的气体流通阻力逐渐增大呈梯度变化，利于增大多孔质气浮轴承与气浮导轨间气膜的压力梯度，进一步改善多孔质气浮轴承的节流效果，提高快轴伺服装置的横向刚度，从而降低切削力扰动、环境噪声等因素的影响。

进一步地，所述多孔质节流层内孔径相同时，在沿进气方向上，多孔质节流层的孔隙率逐渐降低。

为达到控制多孔质节流层气体流通阻力的大小，可调节多孔质节流层的孔隙率和孔径，可同时调整两个变量，或者调节其中一个变量。如作为其中优选方案之一，将多孔质节流层内孔隙的内径固定，改变孔隙率大小，在沿进气方向上，多孔质节流层的孔隙率逐渐降低，则气体流通阻力逐渐增大，形成压力梯度。

进一步地，所述多孔质节流层的孔隙率相同时，在沿进气方向上，多孔质节流层的孔径逐渐降低。