[发明专利]一种高精度直线驱动气浮定位平台

说明书

本发明揭示了一种高精度直线驱动气浮定位平台，花岗石基座上分别设置有Y1轴气浮轨道、Y1轴直线电机以及Y2轴直线电机，Y1轴气浮轨道的侧面设置有Y1轴气浮轴承，Y1轴气浮轴承的气浮面上设有永久磁铁、二者共同构成气浮滑块，Y1轴直线电机与Y2轴直线电机之间设置有X轴横梁，Y1轴气浮轴承与X轴横梁之间通过角度微调块实现非刚性连接；在使用过程中，Y1轴气浮轴承和Y1轴气浮轨道之间的相斥力与永久磁铁和Y1轴气浮轨道之间的吸附力达到动态平衡。本发明采用单侧气浮支撑结构克服了机构卡死问题，还利用角度微调块实现了非刚性连接方式，并使用直线电机组合的方式杜绝了机构的旋转问题，确保了整体的稳定性和精度保持性。

技术领域

本发明涉及一种气浮定位平台，具体而言，涉及一种可应用于激光切割、数控加工及微观形貌测量等方面的高精度直线驱动气浮定位平台，属于精密微加工领域。

背景技术

对于诸多精密微加工设备而言，高精度定位平台都是其中的关键部分、发挥着提供支承和精确导向的作用。气浮定位平台作为高精度定位平台中的一种特殊类型，近年来逐步成为了国内外高精密技术研究的一个热点。

传统的机械导轨主要由轨道和滑块两部分组成，滑块内设有滚珠作为滚动体，导轨工作时滑块沿导轨方向进行直线运动，整个过程依靠的是滚动体在导轨和滑块之间的滚动摩擦，也正是因为机械摩擦的存在，使得设备在使用过程中易出现发热和磨损，且不可避免会产生迟滞现象，因而也会影响定位精度。与上述传统的机械导轨不同，气浮定位平台由于采用了气浮支撑技术，避免了运动部件之间的接触，不仅充分地满足了用户高几何精度、高定位精度和高稳定性的使用需求，而且还降低了平台使用过程中的能耗。

尽管气浮定位平台的精密度、耐用性显著高于传统技术，但是随着应用的深入，其不足也逐步显现。

首先，以目前应用最为广泛的双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台为例，这一平台主要采用龙门双驱的结构，该结构中相平行的两个轴基本都采用刚性连接，这也就使得如果想要达到平台产品设计时的精度、保证其长时间使用，就需要严格控制零部件加工及装配过程、尽可能地避免各生产环节所存在的误差，这无疑给加工企业带来了较大的困难和更高的加工成本。而且刚性连接的方式也并不符合高精度龙门双驱控制的交叉解耦算法的特性。在刚性连接的前提下，双边直线电机在驱动过程中需要始终保持高度一致，一旦出现任何的细微偏差，都很容易导致H型气浮结构的卡顿甚至整体卡死。

针对上述问题，目前也有部分业内研究者提出使用非刚性连接替代结构中的刚性连接、以提升结构的容错率，但这样一来又会带来一个新的问题、即因非刚性连接所导致的结构旋转。

其次，在目前已有的气浮定位平台中，其气浮滑块多为环抱式结构设计，气浮滑块整体设置于导向轨道上且与导向轨道的上端及两侧、共三个面互不接触。这也就意味着，在针对导向轨道的加工时，需要对其上的多个面进行加工、保证其平面度和直线度，这同样提高了加工企业的加工难度。而且对于一些对精密度要求极高的导向轨道而言，其长度、直线度等参数也很难满足长行程平台的使用需求。就现阶段的加工水平而言，以IKO品牌的最高的UP级精度为例，当导向轨道的长度为1m时，其直线度的加工精度极限为3μm。而导向轨道的长度为5m（该长度需要使用多段导向轨道拼接，厂家生产的最大长度无法达到）时，其直线度的加工精度极限仅为15μm。

综上所述，如何在上述现有技术的条件下，设计出一种全新的、高几何精度、高定位精度和高稳定性的气浮定位平台，避免机械卡死、加工难度大等诸多缺陷，这也就成为了目前本领域内技术人员所亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种高精度直线驱动气浮定位平台，具体如下。

一种高精度直线驱动气浮定位平台，包括花岗石基座，所述花岗石基座的上端面沿Y轴方向分别设置有Y1轴气浮轨道、Y1轴直线电机以及Y2轴直线电机，