Когато една система за движение трябва да позиционира със субмикронна повторяемост, направляващият път се превръща в определящ компонент. Конвенционалните ролкови водачи достигат своите граници точно там, където най-взискателните машини започват работния си обхват - ето защогранитен въздушен носещ водачсе превърна в предпочитано решение за CMM, полупроводникови и лазерни системи. Тази статия обяснява как работят направляващите с въздушни лагери, защо гранитът е естественият партньорски материал и какво трябва да се уточни при проектирането на свръхпрецизенгранитна система за линейно движение.
1. Какво е въздушен лагер и как работи?
Въздушен лагер поддържа движеща се каретка върху тънък филм от въздух под налягане вместо търкалящи се елементи или плъзгащ се контакт. Чистият, сух въздух – обикновено филтриран под 0,1 μm и регулиран на 4–6 бара – протича през отворите в лагерните подложки и излиза през празнина от само 5–10 микрона между подложката и релсата. Полученото поле на натиск повдига шейната така, че никога да не докосва релсата. Няма триене, няма приплъзване, няма смазка и няма износване, което означава, че разделителната способност на позициониране е ограничена само от задвижването и системата за управление, а не от водача.
2. Защо качеството на повърхността и геометрията на направляващия имат значение
Въздушната междина е дълбока няколко микрона, така че повърхността на релсата определя директно качеството на движение:
- Грапавостта на повърхността трябва да е далеч под дебелината на филма; лепнатият гранит достига стойности на Ra, които шлайфаната стомана не може да постигне икономически
- Плоскостта на работната повърхност определя вертикалната грешка на движението на каретката
- Изправеността по целия ход определя движението на страничната грешка - на субмикронно ниво това е разликата между използваема и неизползваема машина
- Въздушният филм също усреднява микронеравностите, така че грапавостта при къса дължина на вълната има по-малко влияние от грешката на формата при дълга дължина на вълната - ето защо плоскостта, а не само полирането, е ключовата спецификация
3. Гранитни направляващи с въздушни лагери срещу конвенционални дизайни на направляващи
В сравнение с рециркулиращи сачмени водачи, кутийни пътища или етапи на огъване, гранитните водачи с въздушни лагери предлагат различен профил на силни страни:
- Нулево износване:липсата на контакт означава липса на влошаване на точността с течение на времето; търкалящите се водачи губят точност, тъй като топките и състезанията се износват
- Без предаване на вибрации:въздушният филм заглушава високочестотните смущения, вместо да ги предава в детайла
- Без лубрикант и без частици:от съществено значение за чистите помещения за полупроводници и оптичната метрология
- Безшумно движение без триене:позволява инкрементално позициониране на нанометрово ниво с линейни моторни задвижвания
- Ограничения за спазване:въздушните лагери имат по-слабо затихване срещу нискочестотни външни сили, изискват чисто захранване със сгъстен въздух, а релсите от гранит трябва да се обработват и поддържат правилно. Конвенционалните водачи остават практичен избор, когато натоварванията са много високи, околната среда е мръсна или разходите доминират.
4. Приложения в CMM, оптична метрология, лазерни системи и полупроводниково оборудване
Ще намерите гранитни направляващи с въздушни лагери навсякъде, където субмикронното движение е производствено изискване:
- Машини за измерване на координати: гранитни основи с въздушни лагери пренасят измервателната шейна върху гранитната маса с движение на грешка в нанометров мащаб
- Оптични метрологични инструменти: интерферометрите и тестерите за плоскост използват плъзгачи с въздушни лагери, за да избегнат вибрациите на еталонната оптика
- Фемтосекундни и пикосекундни лазерни системи: етапите за позициониране на лъча трябва да се движат без вибрации, когато фокусното петно се измерва в микрони
- Полупроводниково оборудване: етапите за проверка на пластини и литография съчетават въздушно носещи гранитни основи с линейни двигатели за високоскоростно сканиране без частици
5. Съображения за проектиране: плоскост, праволинейност, подаване на въздух и капацитет на натоварване
Когато определят гранитен водач с въздушен лагер, инженерите трябва да се споразумеят за следните параметри в началото на проекта:
- Плоскост:клас на плоскост на припокритата работна повърхност, проверен с автоколиматор или лазерен интерферометър по цялата дължина на релсата
- Изправеност:хоризонтална и вертикална праволинейност на траекторията на движение, цитирана по целия ход
- Подаване на въздух:изисквано налягане, дебит на подложка, степен на филтриране и точка на оросяване - плюс безопасно поведение, когато въздушното налягане падне
- Товароносимост:натоварване на подложка, умножено по броя на подложките, с граница на безопасност за динамични натоварвания и изместени центрове на тежестта
- Околна среда:температурна стабилност, изолация от вибрации на основата и клас на чисти помещения, където е приложимо
Тъй като всяка машина е различна, тези стойности трябва да бъдат потвърдени с инженерния екип на производителя на водача, вместо да се копират от лист с данни.
6. Персонализирани гранитни въздушни лагери от UNPARALLELED®
Unparalleled Ltd проектира и произвежда гранитни направляващи за въздушни лагери, основи за въздушни лагери и цялостни гранитни платформи за движение за производители на оборудване по целия свят. Нашата работилница интегрира CNC фрезоване, прецизно шлайфане и ръчно прилепване, като всяка работна повърхност се проверява от лазерен интерферометър и електронен нивелир в зона за контрол с контролирана температура. Ние доставяме съвпадащи възли от релса и подложка със сертифицирани доклади за плоскост и праволинейност, а нашите 4 производствени линии поддържат както единични потребителски прототипи, така и серийни обеми. Ако разработвате ултрапрецизна система за движение, споделете вашите цели за пътуване, натоварване и точност с нас - нашите инженери ще предложат спецификация на пътека, която отговаря на вашето приложение и бюджет.