Въздушният лагер е най-близкото нещо, което инженерството има до движението без триене. Тънък филм от въздух под налягане, често с дебелина само от 5 до 20 микрометра, разделя движещия се елемент от неговата водеща повърхност, така че няма контакт с метал, няма смазка, няма приплъзване и практически няма износване. В свръх-прецизните системи, от сканиращи оси на CMM до литографски етапи и лазерни сканиращи глави, тази свобода от контакт е това, което прави движението в нанометров-мащаб възможно. Но ефирният филм е само половината от историята. Другата половина е повърхността, върху която се движи, и това е причината гранитът и все по-прецизната керамика да доминират в света на линейното движение от висок{9}}клас.
Това ръководство обяснява как са структурирани гранитните въздушни лагери, как да мислите за избора на дизайн зад работеща система и къде се прилагат тези компоненти. Тя се основава на повече от три десетилетия опит в изграждането на гранитни въздушни плаващи водачи и основи на линейни моторни платформи, включително работата на ръчно прилепване на майстори техници, които рутинно работят до ниво на нанометър-плоскост чрез усещане.
Как всъщност работи въздушният лагер
Въздушният лагер замества търкалящия се или плъзгащ се контакт с въздушен филм под налягане, подаван през малки отвори или поресто ограничение. Налягането на фолиото поддържа натоварването и твърдостта на фолиото се повишава със стесняване на празнината, което прави системата само-стабилизираща се. Основните компоненти са:
- Лагерната подложка или каретката, съдържаща отвори, вградени ограничители или пореста среда, обработена в стабилно тяло
- Направляваща повърхност (релса, основа или коловоз), която трябва да е равна, гладка и достатъчно твърда, за да поддържа равномерна междина по целия ход
- Системата за подаване на въздух, филтрирана до суб{0}}микронни нива на частици и регулирана до част от бара, тъй като колебанията на налягането на филма се превръщат директно в грешки при движение
- Структурата по-горе, обикновено линеен мотор или измервателна каретка, чиято динамика взаимодейства с твърдостта на филма
Типичните показатели за производителност обясняват защо инженерите се примиряват със сложността на подаването на въздух: капацитет на натоварване от няколко килограма до няколко тона на подложка, твърдост в диапазона от десетки до стотици нютони на микрометър, праволинейност на движението, по-добра от 0,1 микрометър на 100 mm ход на добра система, и триене, толкова близко до нула, че степента може да задържи позиция с под-нанометрова повторяемост при линеен двигател.
Защо направляващата повърхност трябва да е гранит или керамика
Въздушният филм е толкова добър, колкото и повърхността под него. Три свойства на материала решават всичко:
- Плоскост: междина на филма от 10 микрометра не може да толерира грешки на водещата повърхност от същия ред. Дългите релси се нуждаят от плоскост в едно-цифрен микрометров обхват върху метри, а свръх-прецизните плъзгачи се нуждаят от под-микрометрова плоскост при по-къси разстояния. Само прилепването постига това надеждно, а гранитът е класическият прилепващ структурен материал
- Повърхностно покритие: лагерите с отвор се нуждаят от гладки повърхности, за да се избегне турбуленция и асиметрия във филма. Фино{1}}зърнестият черен гранит се припокрива до огледален завършек, а керамиката като алуминиев оксид и силициев карбид може да се шлайфа и прилепва още по-фино
- Стабилност на размерите: празнината определя работата на лагера, така че релсата не трябва да се движи с години. Освободеното вътрешно напрежение на гранита, ниското топлинно разширение и почти-нулевата водопоглъщаемост поддържат геометрията стабилна в продължение на десетилетия
Има и едно практично свойство, което има огромно значение в работилницата: устойчивост на повреди. Контактен лагер, който е надраскан, все още работи; въздушен лагер с повдигнат ръб на релсата може да заземи филма и да се срине. Твърдостта и устойчивостта на износване на гранита и керамиката, съчетани с факта, че нито един от тях не корозира, ги прави единственият реалистичен дългосрочен-избор за открити прецизни релси.
Гранитни въздушни лагери и керамични въздушни лагери: допълващи се роли
Гранитните и керамичните въздушни носещи системи обикновено се комбинират, а не се конкурират. Типична архитектура за свръх-прецизна платформа изглежда така:
- Гранитна основа и релси: тежката, амортизирана, термично стабилна основа, с припокрити въздушни носещи повърхности и вградени месингови или неръждаеми вложки за монтаж
- Гранитна карета или мост: съчетани с релсите, с отвори, пробити в самия гранит или в сменяеми вложки
- Прецизни керамични въздухоносещи компоненти: подложки и плочи от алуминий, силициев карбид или силициев нитрид, където приложението изисква изключителна твърдост, електрическа изолация (алуминиев оксид и силициев нитрид), по-ниска плътност за движещи се маси или устойчивост на корозия в агресивни среди
Керамиката блести там, където гранитът достига своя предел. Силициевият карбид предлага твърдост-до-тегло няколко пъти по-добро от гранита, което го прави идеален за бързо-движещи се вагони. Двуалуминиевият оксид осигурява електрическа изолация за чувствителните-електростатични етапи и може да се прилепва до изключително качество на повърхността. Силициевият нитрид се справя с ударни и ръбови натоварвания, които биха могли да натрошат крехък камък. В усъвършенстваните оптични инспекционни и полупроводникови платформи хибридните системи с гранитни основи и керамични лагерни елементи стават стандартни.
Ръководство за проектиране: Правилна система за въздушни лагери
1. Първо определете междината на филма
Междината определя твърдостта, товароносимостта, консумацията на въздух и чувствителността към повърхностни грешки. Големите празнини (15 до 20 микрометра) прощават несъвършените повърхности, но консумират повече въздух и предлагат по-ниска твърдост. Тесните междини (5 до 8 микрометра) дават отлична твърдост, но изискват по-добра плоскост и по-чист въздух. Решението за празнината трябва да се вземе заедно със спецификацията за качество на повърхността, а не след нея.
2. Изберете типа ограничение
Простите отвори са евтини и здрави; присъщо компенсираните отвори и порестата среда дават по-добро затихване и по-висока твърдост с по-малък риск от въздушен удар. Порестите въглеродни или керамични вложки са все по-популярни за прецизни етапи, защото разпределят филма равномерно и толерират малки случаи на замърсяване.
3. Проектирайте разпределението на товара
Всяко стъпало на въздушен лагер има проблем с центъра на тежестта:-натоварванията извън центъра разтоварват една подложка и претоварват друга, причинявайки грешки в стъпката. проектите трябва да включват подложки за предварително натоварване (противопоставени лагери) или вакуумно предварително натоварване върху горната повърхност, където приложението позволява, а интерфейсът за монтаж трябва да бъде обработен така, че пътят на натоварване да е симетричен.
4. Посочете правилните допуски, а не най-строгите
За гранитна въздушна пързалка значимите числа са: плоскост на релсата (обикновено 1 до 3 микрометра на 300 mm, до под-микрометър за ултра-прецизност), съвпадаща височина на релса-към-релса, позиция и дълбочина на отвора на отвора и повърхностно покритие на лагерните площадки. Прекомерното-толериране на всяка повърхност умножава разходите, без да подобрява качеството на движение; умението разпределя толерантността там, където физиката се нуждае от нея.
5. Никога не подценявайте ръчното прилепване
CNC обработката довежда гранитна релса до няколко микрометра. Крайният микрометър, където живеят въздушните лагери, принадлежи на ръчно прилепване. Майстори с десетилетия опит, използвайки подлежащи на проверка плочи и повтарящи се цикли на измерване, довеждат опорните повърхности до ниво на нанометър-равнинност и тяхната преценка кога дадена повърхност е готова, което инструментите сами по себе си не могат да заменят напълно, е истински конкурентен актив. Това е занаятът зад всяка надеждна гранитна въздушна пързалка.
6. Планирайте подаването на въздух като част от машината
Посочете филтриране до 0,1 микрометър, регулиране на налягането с ниска пулсация и рутинна продухка за престой. Прецизна въздушна лагерна система, проектирана около чисто, сухо и стабилно захранване, ще работи-без поддръжка в продължение на десетилетие; един, свързан към мръсна магазинна линия, няма да го направи.
Къде се прилагат тези системи
- CMM гранитни въздушни пързалки: сканиращи и портални CMM използват гранитни основи и релси с въздушни лагери за сондиране на нанометрова-повторяемост
- Етапи за проверка и литография на полупроводникови пластини: гранитни основи с керамични въздухоносещи елементи, често с линейни двигатели, задвижващи директно
- Системи за лазерна обработка и сканиране: без триене, бързо, без генериране на частици, което има значение в оптичните среди
- Инструменти за оптична метрология: интерферометри и профилометри върху гранитни въздушни пързалки за проследими под{0}}микрометрови измервания
- Линейни моторни платформи като цяло: навсякъде, където директните-стъпала на задвижване се нуждаят от нулево приплъзване-приплъзване и дълъг, прав ход
Често задавани въпроси
От каква плоскост всъщност се нуждае една гранитна въздушна носеща релса?
Общо правило за работа е, че повърхностните грешки над носещата земя трябва да останат под приблизително една четвърт от празнината на филма. За междина от 10 микрометра, това означава плоскост на релсата в рамките на 2 до 3 микрометра по цялата земя и по-добре при свръх-прецизни плъзгачи. Уважаемите доставчици удостоверяват стойностите на плоскост с доклади от измервания, вместо да цитират едно число за цялата част.
Могат ли въздушните лагери да бъдат направени от гранит и керамика заедно?
Да, и този хибриден подход е стандартен в-системите от висок клас. Гранитът осигурява стабилна основа и релси, докато керамичните подложки и плочи осигуряват твърдост, изолация или намаляване на теглото, където е необходимо. Двата материала се обработват и припокриват по различен начин, така че производителят трябва да контролира процеса и върху двата, поради което снабдяването и с двата от един опитен доставчик опростява отговорността за качеството.
Колко дълго издържат гранитните въздушни лагери?
По същество за неопределено време, ако подаването на въздух остане чисто. Тъй като няма контакт между лагера и релсата по време на работа, няма механизъм за износване, освен справяне с повреда и замърсяване. Добре-поддържаните системи, инсталирани през 90-те години на миналия век, все още работят с оригинални спецификации днес.
Каква информация трябва да предоставя за персонализирана оферта за въздушен лагер?
Осигурете натоварването (тегло и център на тежестта), дължината и посоката на движение, необходимата твърдост и изправеност, условията на подаване на въздух, профила на движение с ускорения и чертежа на интерфейса за монтаж. Един способен производител ще отговори с предложение за междина на филма и ограничение, спецификации за плоскост и покритие и оферта с включен обхват на проверка.
Последна дума
Въздушните лагери доставят движение, което никоя контактна система не може да съпостави, но те го доставят само върху повърхност, която е плоска, стабилна и завършена до почти перфектен стандарт. Ето защо гранитът закотвя тази технология от десетилетия и защо керамиката разширява възможностите на тези системи. Изборът на производител, който контролира и двата материала, обработва големи части в единични настройки и все още разчита на майсторски ръчни лапачи за крайния микрометър, е най-краткият път до етап, който работи в първия ден и продължава да работи десет години по-късно.
Ние произвеждамегранитен въздушен лагероснови, релси и вагони заедно спрецизен керамичен въздушен лагеркомпоненти, подкрепени от над 30 години майсторски опит в ръчното прилепване и пълна-вътрешна обработка и калибриране. Изпратете ни своя сценичен дизайн за инженерен преглед и оферта.