Łożyska powietrzne eliminują tarcie poprzez całkowite usunięcie kontaktu. - cienka warstwa sprężonego powietrza oddziela ruchomy element od powierzchni odniesienia i teoretycznie zużycie przestaje być zmienne. W praktyce powierzchnia, po której porusza się łożysko, nadal ma ogromne znaczenie, ponieważ porowatość, twardość i-długoterminowa stabilność tej powierzchni odniesienia decydują o tym, czy obietnica „beztarcia” rzeczywiście utrzyma się przez lata użytkowania produkcyjnego. Dwa materiały dominujące w tej rozmowie to granit i zaawansowana ceramika, a wybór między nimi nie jest tak oczywisty, jak sugeruje marketing któregokolwiek z materiałów.
Dlaczego powierzchnia odniesienia ma większe znaczenie niż warstwa powietrza
Wydajność łożyska powietrznego zależy od utrzymania stałej szczeliny powietrznej, zwykle kilku mikronów, pomiędzy płytką łożyskową a powierzchnią odniesienia. Wszelkie różnice w tej powierzchni - mikroskopijne pory, nieregularności powierzchni, stopniowa zmiana płaskości w wyniku zużycia - przekładają się bezpośrednio na zmiany sztywności i błąd pozycjonowania. Dlatego porowatość i twardość materiału powierzchniowego są tak samo ważne, jak sama konstrukcja łożyska powietrznego. Łożysko zaprojektowane z myślą o wydajności poniżej{{5}mikronowej jest tak dobre, jak powierzchnia, po której się porusza.
Granit: ustalona linia bazowa
Od dziesięcioleci granit jest domyślną powierzchnią przenoszącą powietrze, głównie dlatego, że jego zachowanie w tej skali jest dobrze poznane, a jego porowatość, choć nie jest zerowa, jest niska i stała, jeśli materiał zostanie odpowiednio wybrany. Wysokiej jakości czarny granit o gęstości 3100 kg/m3 oferuje drobną, ciasno upakowaną strukturę krystaliczną, która po obróbce tworzy płaską, stabilną powierzchnię odniesienia zdolną do utrzymania płaskości poniżej- mikrona na dużych obszarach - naprawdę dużych obszarach w sposób bardziej ekonomiczny niż większość ceramicznych alternatyw o porównywalnej wielkości.
Właściwości tarcia granitu pod łożyskiem powietrznym są w zasadzie pomijalne po utworzeniu się filmu powietrznego, ponieważ podczas normalnej pracy nie ma kontaktu fizycznego. Odporność granitu na zużycie staje się istotna w przypadku skrajnych przypadków: przypadkowego kontaktu, połknięcia gruzu lub lądowania płytki łożyskowej podczas-cykli wyłączenia zasilania. Granit jest twardszy niż większość metali, ale bardziej miękki niż ceramika techniczna, a powtarzające się zdarzenia kontaktowe przez lata użytkowania mogą powodować mierzalną degradację powierzchni, szczególnie na poziomie mikroskopowym, która wpływa na sztywność-powietrza.
Ceramika: tam, gdzie kontrola twardości i porowatości uzasadnia najwyższą jakość
Zaawansowana ceramika - powszechnie wybieranymi jest tlenek glinu i węglik krzemu. - oferują dwie zalety strukturalne w porównaniu z granitem do zastosowań w łożyskach powietrznych: prawie{{2}zero porowatości przy odpowiedniej obróbce i znacznie wyższą twardość. Niższa porowatość oznacza mniej mikroskopijnych-nieregularności szczeliny powietrznej, co może przełożyć się na bardziej stałą sztywność łożyska na powierzchni roboczej. Wyższa twardość oznacza lepszą odporność na zużycie kontaktowe, które stopniowo niszczy powierzchnię granitu w powtarzających się cyklach.
Kompromisem są-koszty i skala. Procesy produkcji ceramiki, w wyniku których uzyskuje się materiał o naprawdę niskiej-porowatości i-wolnym od defektów, nie są ekonomicznie skalowalne w przypadku dużych powierzchni wymaganych przez niektóre platformy kontrolne lub platformy półprzewodnikowe. Ceramiczne powierzchnie nośne powietrzem najlepiej sprawdzają się w przypadku mniejszych,-precyzyjnych wrzecion o dużej wartości-, małych-stolikach metrologicznych, zastosowaniach, w których powierzchnia jest niewielka, ale wymagania dotyczące wydajności są ekstremalne.
Nośność: mniej materiału powierzchniowego, niż ludzie zakładają
Nośność łożyska powietrznego zależy przede wszystkim od konstrukcji płytki łożyskowej, ciśnienia doprowadzanego powietrza i powierzchni płytki -, a nie bezpośrednio od tego, czy powierzchnia odniesienia jest granitowa czy ceramiczna. Materiał odniesienia wpływa na nośność pośrednio,-długoterminowo utrzymując płaskość. Powierzchnia, która ulega degradacji pod długotrwałym obciążeniem lub powtarzającymi się zdarzeniami kontaktowymi, stopniowo traci płaskość, a zniszczona powierzchnia odniesienia zmniejsza z czasem efektywną nośność układu łożyskowego, nawet jeśli sama płytka łożyskowa nie uległa zmianie. Jest to wolniejszy i bardziej subtelny tryb awarii niż po prostu awaria łożyska, co jest jednym z powodów, dla których jest pomijany podczas wstępnych dyskusji na temat specyfikacji.
Praktyczny sposób na podjęcie decyzji
W przypadku większości zastosowań z łożyskami powietrznymi - stoły XY, platformy silników liniowych, ogólne systemy ruchu precyzyjnego - granit pozostaje bardziej ekonomicznym i sprawdzonym wyborem, szczególnie w większych obszarach roboczych, gdzie koszt ceramiki i skala produkcji stają się czynnikami ograniczającymi. Ceramika zyskuje na popularności w zastosowaniach, w których obowiązują naprawdę ekstremalne wymagania dotyczące porowatości lub twardości: wrzeciona o ultra-wysokiej-precyzyjności, stoliki-małych formatów, w których koszt powierzchni nie jest czynnikiem ograniczającym, lub środowiska o podwyższonym ryzyku zużycia-kontaktowego, które skróciłoby czasnawierzchnia granitowaużyteczne życie.
Obrabiamy granitowe powierzchnie nośne powietrzem w ramach naszej standardowej linii produktów z precyzyjnego granitu, a powtarzające się rozmowy z klientami nie dotyczą abstrakcyjnego pytania „który materiał jest lepszy”, - ale dopasowywania materiału powierzchni do rzeczywistego obszaru roboczego, profilu obciążenia i-środowiska ryzyka kontaktowego dla konkretnej osi. Małe wrzeciono-o dużej wartości i stolik-wielkoformatowego XY rzadko wymagają tej samej odpowiedzi.
Pytania, które warto zadać przed określeniem któregokolwiek materiału
Niezależnie od tego, który materiał pojawi się na rysunku, warto potwierdzić kilka pytań u dostawcy: jakie dane dotyczące porowatości i płaskości potwierdzają podaną klasę materiału, a nie tylko ogólną nazwę materiału; w jaki sposób sprawdzana jest płaskość na całym obszarze roboczym, a nie na kuponie próbki; oraz czy dostawca udokumentował doświadczenie w obróbce tego konkretnego materiału w celu uzyskania wykończenia powierzchni-łożyskowego-powietrznego, ponieważ związane z tym tolerancje pozostawiają niewiele miejsca na pierwszą próbę.