技术摘要：
本发明公开了一种用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块模块，涉及静压技术领域，包括：静压滑块和与之配合的导轨，所述静压滑块包括本体、压电陶瓷驱动器、气垫、薄膜、多孔质材料、碟形弹簧、调节垫片、螺栓和位移传感器。所述多孔质材料与导轨之间形成气垫间隙， 全部
背景技术：
随着航空航天、高精密仪器仪表、激光和光学等技术的快速发展，迫切地需求加工 出各种高精度的复杂零件、光学零件、高精度平面和复杂形状的工件。精密加工就是在精密 的机床设备上对材料进行微量切削，它是通过刀具和零件之间产生的微小而精确的相对运 动来实现的，可以获得极高的形状精度。产生上述相对运动的关键是精密的运动部件。 精密的运动部件可以分为运动部件直线和回转运动部件。直线运动部件通常指机 床的导轨，常见的有滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种形式。相对于滑动导轨和滚动导 轨，静压导轨部件间不直接接触，摩擦系数更小，长时间使用损耗极小。静压导轨又分为液 体静压导轨和气体静压导轨两类，气体静压导轨由外界供压设备供给一定压力的气体将运 动件与承导件分开，运动件运动时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小，适用于 精密、轻载、高速的场合，在精密机械中的应用愈来愈广。 尽管如此，气体静压导轨的运动精度仍然受到滑块和导轨配合表面加工精度的影 响，并且，当外部载荷发生变化时，往往导致气体静压导轨的滑块和导轨之间的间隙(即气 垫间隙)发生变化，进一步影响了其运动精度。 气体静压导轨分为开式静压导轨和闭式静压导轨两种结构形式。每种结构形式 下，不同的生产厂家又推出了各种结构形式的变体，导致了在设计上存在很多重复工作，并 且对静压导轨的维护和维修带来不便。若能实现气体静压导轨的模块化设计，则可以大大 节省劳动成本，便于维护和维修，降低新产品的开发周期，利于推陈出新。 本发明恰恰着眼于进一步提高气体静压导轨的运动精度，以及气体静压导轨的模 块化设计。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种面向气体静压导轨模块化设计，可适应导轨加工误差和 外部载荷变化，可调气垫间隙的主动控制气垫静压滑块模块。 实现上述目的本发明的技术方案为，一种用于气体静压导轨的主动控制气垫静压 滑块模块，包括静压滑块，还包括与静压滑块配合的导轨。所述静压滑块包括本体、压电陶 瓷驱动器、气垫、薄膜、多孔质材料、蝶形弹簧、调节垫片和位移传感器；所述本体为中空式 结构，其内设有工作腔，该工作腔内设置气垫、压电陶瓷驱动器、薄膜、多孔质材料、蝶形弹 簧和调节垫片。所述本体内与所述导轨配合侧开有矩形槽A，所述薄膜的四周通过胶接或焊 接的方式固定在矩形槽A内，所述气垫下部与薄膜之间通过胶接或焊接的方式固定连接。所 述矩形槽A内进一步开有预压气腔，预压气腔的腔底与所述气垫之间留有预压间隙，以为所 述气垫的上下运动预留出运动空间。所述预压气腔内进一步开有圆柱腔A、所述气垫上部开 4 CN 111590340 A 说 明 书 2/4 页 有圆柱腔C，所述压电陶瓷驱动器的一端设置在圆柱腔A内，另一端设置在圆柱腔C内。所述 气垫内部开有气压腔，其与所述薄膜配合处开有圆柱腔B，圆柱腔B内设有多孔质材料。所述 薄膜上与所述多孔质材料的对应位置上开有薄膜通孔，以构建静压滑块与导轨之间的气 膜。所述薄膜与导轨之间形成气垫间隙，通过控制所述压电陶瓷驱动器的伸长或缩短，可以 实现对气垫间隙大小的主动控制。 进一步的，所述圆柱腔A的底部进一步设有环形凸台，环形凸台内设置调节垫片， 调节垫片与压电陶瓷驱动器之间设有蝶形弹簧，通过调整调节垫片的厚度，可以调节初始 的气垫间隙。所述环形凸台上部进一步开有螺纹孔A，螺纹孔A内设有螺栓，通过拆卸螺栓， 可以更换调节垫片。 更进一步的，所述薄膜上在气垫配合处的外侧还设置有圆形柔性铰链。 更进一步的，所述气垫为圆柱形。 更进一步的，所述本体侧面开有供气孔，供气孔与预压气腔之间通过通气孔A相互 连通。所述气垫外圆柱上至少开有2个通气孔B，以连通预压气腔与气压腔。 进一步的，所述本体上部还开有矩形槽B，矩形槽B内进一步开有传感器安装孔，位 移传感器设置在传感器安装孔内，所述位移传感器的测量端位于静压滑块与导轨配合处， 以测量静压滑块与导轨的配合间隙，作为控制的反馈信号。 进一步的，所述本体上部还设有螺纹孔B，用来将静压滑块模块通过螺栓安装在工 作台上。 更进一步的，所述圆柱腔A内进一步设有密封圈A，所述传感器安装孔内进一步设 有密封圈B。 利用本发明的技术方案制作的一种用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块 模块，其有益效果是：(1)与传统静压导轨滑块装置相比，本申请的主动控制气垫静压滑块 模块，控制系统可以通过位移传感器检测的信号，实时控制压电陶瓷驱动器作高频的伸长 或缩短运动，带动气垫，进一步带动薄膜上下往复运动，实现对气垫间隙的实时控制，以适 应导轨加工误差和外部载荷变化。传统导轨中，导轨加工误差会映射为滑块的运动误差，而 外部载荷变化会导致滑块与导轨之间的配合间隙发生变化，这些都影响了滑块的运动精 度。本发明通过对气垫间隙进行实时控制，来适应导轨加工误差和外部载荷变化，可以显著 提高滑块的运动精度。(2)本发明面向静压导轨的模块化设计，所设计的静压滑块模块适用 的静压导轨形式多样。(3)通过预压气腔的设计，对薄膜和气垫采用预压气体进行预压，可 以起到抑制薄膜以及气垫冲击振动和减小气压脉动的作用，使所设计的静压滑块模块更加 稳定可靠。(4)在薄膜上设有柔性铰链，可以进一步提高主动控制气垫的灵敏度。(5)通过调 整调节垫片的厚度，可以调节初始的气垫间隙，进而实现对初始节流比的调节，以适应气体 静压导轨的结构参数和工况的变化。 附图说明 图1为本发明的用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块模块的结构示意图； 图2为本发明的用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块模块的纵向剖视图； 图3为本发明的用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块模块的横向剖视图； 图4为本发明的静压滑块模块本体的结构示意图； 5 CN 111590340 A 说 明 书 3/4 页 图5为本发明的静压滑块模块本体的仰视图； 图6为本发明的静压滑块模块气垫的结构示意图； 图7为本发明的静压滑块模块薄膜的结构示意图。 以上各图中， 1、静压滑块；2、导轨； 11、本体；111、供气孔；112、通气孔A；113、预压气腔；114、圆柱腔A；115、环形凸台； 116、螺纹孔A；117、矩形槽A；118、矩形槽B；119、传感器安装孔；1110、螺纹孔B；1111、密封圈 A；1112、密封圈B； 12、气垫；121、通气孔B；122、气压腔；123、圆柱腔B；124、圆柱腔C； 13、压电陶瓷驱动器； 14、薄膜；141、柔性铰链；142、薄膜通孔； 15、多孔质材料；16、碟形弹簧；17、调节垫片；18、螺栓； 19、位移传感器；2-15、气垫间隙；11-12、预压间隙。
本发明公开了一种用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块模块，涉及静压技术领域，包括：静压滑块和与之配合的导轨，所述静压滑块包括本体、压电陶瓷驱动器、气垫、薄膜、多孔质材料、碟形弹簧、调节垫片、螺栓和位移传感器。所述多孔质材料与导轨之间形成气垫间隙， 全部
背景技术：
随着航空航天、高精密仪器仪表、激光和光学等技术的快速发展，迫切地需求加工 出各种高精度的复杂零件、光学零件、高精度平面和复杂形状的工件。精密加工就是在精密 的机床设备上对材料进行微量切削，它是通过刀具和零件之间产生的微小而精确的相对运 动来实现的，可以获得极高的形状精度。产生上述相对运动的关键是精密的运动部件。 精密的运动部件可以分为运动部件直线和回转运动部件。直线运动部件通常指机 床的导轨，常见的有滑动导轨、滚动导轨和静压导轨三种形式。相对于滑动导轨和滚动导 轨，静压导轨部件间不直接接触，摩擦系数更小，长时间使用损耗极小。静压导轨又分为液 体静压导轨和气体静压导轨两类，气体静压导轨由外界供压设备供给一定压力的气体将运 动件与承导件分开，运动件运动时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小，适用于 精密、轻载、高速的场合，在精密机械中的应用愈来愈广。 尽管如此，气体静压导轨的运动精度仍然受到滑块和导轨配合表面加工精度的影 响，并且，当外部载荷发生变化时，往往导致气体静压导轨的滑块和导轨之间的间隙(即气 垫间隙)发生变化，进一步影响了其运动精度。 气体静压导轨分为开式静压导轨和闭式静压导轨两种结构形式。每种结构形式 下，不同的生产厂家又推出了各种结构形式的变体，导致了在设计上存在很多重复工作，并 且对静压导轨的维护和维修带来不便。若能实现气体静压导轨的模块化设计，则可以大大 节省劳动成本，便于维护和维修，降低新产品的开发周期，利于推陈出新。 本发明恰恰着眼于进一步提高气体静压导轨的运动精度，以及气体静压导轨的模 块化设计。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种面向气体静压导轨模块化设计，可适应导轨加工误差和 外部载荷变化，可调气垫间隙的主动控制气垫静压滑块模块。 实现上述目的本发明的技术方案为，一种用于气体静压导轨的主动控制气垫静压 滑块模块，包括静压滑块，还包括与静压滑块配合的导轨。所述静压滑块包括本体、压电陶 瓷驱动器、气垫、薄膜、多孔质材料、蝶形弹簧、调节垫片和位移传感器；所述本体为中空式 结构，其内设有工作腔，该工作腔内设置气垫、压电陶瓷驱动器、薄膜、多孔质材料、蝶形弹 簧和调节垫片。所述本体内与所述导轨配合侧开有矩形槽A，所述薄膜的四周通过胶接或焊 接的方式固定在矩形槽A内，所述气垫下部与薄膜之间通过胶接或焊接的方式固定连接。所 述矩形槽A内进一步开有预压气腔，预压气腔的腔底与所述气垫之间留有预压间隙，以为所 述气垫的上下运动预留出运动空间。所述预压气腔内进一步开有圆柱腔A、所述气垫上部开 4 CN 111590340 A 说 明 书 2/4 页 有圆柱腔C，所述压电陶瓷驱动器的一端设置在圆柱腔A内，另一端设置在圆柱腔C内。所述 气垫内部开有气压腔，其与所述薄膜配合处开有圆柱腔B，圆柱腔B内设有多孔质材料。所述 薄膜上与所述多孔质材料的对应位置上开有薄膜通孔，以构建静压滑块与导轨之间的气 膜。所述薄膜与导轨之间形成气垫间隙，通过控制所述压电陶瓷驱动器的伸长或缩短，可以 实现对气垫间隙大小的主动控制。 进一步的，所述圆柱腔A的底部进一步设有环形凸台，环形凸台内设置调节垫片， 调节垫片与压电陶瓷驱动器之间设有蝶形弹簧，通过调整调节垫片的厚度，可以调节初始 的气垫间隙。所述环形凸台上部进一步开有螺纹孔A，螺纹孔A内设有螺栓，通过拆卸螺栓， 可以更换调节垫片。 更进一步的，所述薄膜上在气垫配合处的外侧还设置有圆形柔性铰链。 更进一步的，所述气垫为圆柱形。 更进一步的，所述本体侧面开有供气孔，供气孔与预压气腔之间通过通气孔A相互 连通。所述气垫外圆柱上至少开有2个通气孔B，以连通预压气腔与气压腔。 进一步的，所述本体上部还开有矩形槽B，矩形槽B内进一步开有传感器安装孔，位 移传感器设置在传感器安装孔内，所述位移传感器的测量端位于静压滑块与导轨配合处， 以测量静压滑块与导轨的配合间隙，作为控制的反馈信号。 进一步的，所述本体上部还设有螺纹孔B，用来将静压滑块模块通过螺栓安装在工 作台上。 更进一步的，所述圆柱腔A内进一步设有密封圈A，所述传感器安装孔内进一步设 有密封圈B。 利用本发明的技术方案制作的一种用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块 模块，其有益效果是：(1)与传统静压导轨滑块装置相比，本申请的主动控制气垫静压滑块 模块，控制系统可以通过位移传感器检测的信号，实时控制压电陶瓷驱动器作高频的伸长 或缩短运动，带动气垫，进一步带动薄膜上下往复运动，实现对气垫间隙的实时控制，以适 应导轨加工误差和外部载荷变化。传统导轨中，导轨加工误差会映射为滑块的运动误差，而 外部载荷变化会导致滑块与导轨之间的配合间隙发生变化，这些都影响了滑块的运动精 度。本发明通过对气垫间隙进行实时控制，来适应导轨加工误差和外部载荷变化，可以显著 提高滑块的运动精度。(2)本发明面向静压导轨的模块化设计，所设计的静压滑块模块适用 的静压导轨形式多样。(3)通过预压气腔的设计，对薄膜和气垫采用预压气体进行预压，可 以起到抑制薄膜以及气垫冲击振动和减小气压脉动的作用，使所设计的静压滑块模块更加 稳定可靠。(4)在薄膜上设有柔性铰链，可以进一步提高主动控制气垫的灵敏度。(5)通过调 整调节垫片的厚度，可以调节初始的气垫间隙，进而实现对初始节流比的调节，以适应气体 静压导轨的结构参数和工况的变化。 附图说明 图1为本发明的用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块模块的结构示意图； 图2为本发明的用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块模块的纵向剖视图； 图3为本发明的用于气体静压导轨的主动控制气垫静压滑块模块的横向剖视图； 图4为本发明的静压滑块模块本体的结构示意图； 5 CN 111590340 A 说 明 书 3/4 页 图5为本发明的静压滑块模块本体的仰视图； 图6为本发明的静压滑块模块气垫的结构示意图； 图7为本发明的静压滑块模块薄膜的结构示意图。 以上各图中， 1、静压滑块；2、导轨； 11、本体；111、供气孔；112、通气孔A；113、预压气腔；114、圆柱腔A；115、环形凸台； 116、螺纹孔A；117、矩形槽A；118、矩形槽B；119、传感器安装孔；1110、螺纹孔B；1111、密封圈 A；1112、密封圈B； 12、气垫；121、通气孔B；122、气压腔；123、圆柱腔B；124、圆柱腔C； 13、压电陶瓷驱动器； 14、薄膜；141、柔性铰链；142、薄膜通孔； 15、多孔质材料；16、碟形弹簧；17、调节垫片；18、螺栓； 19、位移传感器；2-15、气垫间隙；11-12、预压间隙。
