Kiedy współrzędnościowa maszyna pomiarowa ślizga się po swoim torze bez widocznego kontaktu, smaru i drgań, prawie na pewno porusza się na łożysku powietrznym, a w większości maszyn precyzyjnych powierzchnia, po której się porusza, jest granitowa. Połączenie docieranego granitu i sprężonego powietrza stanowi cichą podstawę nowoczesnego sprzętu metrologicznego, stopni półprzewodnikowych i platform silników liniowych. W tym przewodniku wyjaśniono, jak działa granitowe łożysko powietrzne, dlaczego w większości zastosowań granit jest preferowany od ceramiki, w jaki sposób określa się nośność i sztywność, jakie są wymagania dotyczące dopływu powietrza i jak określić łożysko za pomocą praktycznej listy kontrolnej wyboru.
Jak działa naprowadzanie na łożysko powietrzne
Łożysko powietrzne zastępuje stały styk ślizgowy cienką warstwą sprężonego powietrza, zwykle o grubości od kilku mikrometrów do kilkudziesięciu mikrometrów. Powietrze doprowadzane jest przez małe otwory lub porowaty obszar w płytce łożyskowej, przedostaje się do szczeliny pomiędzy płytką a powierzchnią prowadzącą i wychodzi na krawędziach. Ciśnienie wewnątrz folii przenosi obciążenie, więc wózek raczej unosi się niż dotyka. Ponieważ nie ma kontaktu metalu z metalem, nie ma tarcia statycznego, które należy pokonać na początku ruchu, nie ma cząstek zużywających się ani smaru, który przyciągałby kurz lub odparowywał w pomieszczeniu czystym.
Dwie właściwości folii są równie ważne jak obciążenie, jakie przenosi. Pierwszym z nich jest uśrednianie: folia łączy mikroskopijne wzloty i upadki na powierzchni prowadnicy, filtrując błędy o krótkiej długości fali, dzięki czemu ładunek widzi znacznie gładszą trajektorię niż surowy profil powierzchni. Drugi to tłumienie: film powietrza rozprasza energię wibracji, co uzupełnia naturalne tłumienie samego granitu. Razem te efekty powodują ruch z submikrometrową prostoliniowością i rozdzielczością w skali nanometrowej, czyli dokładnie to, czego wymagają stopnie łożysk powietrznych CMM i systemy kontroli optycznej.
Dlaczego granit zamiast stali lub ceramiki
Powierzchnia prowadząca stanowi połowę układu łożysk powietrznych i jej jakość decyduje o całości. Granit ma trzy zalety. Można go docierać z zachowaniem wyjątkowej płaskości, rutynowo na poziomie mikrometra na dużych obszarach, co zapewnia warstewce powietrza stabilną i przewidywalną szczelinę. Ma wysokie tłumienie wewnętrzne, więc połączona konstrukcja nie dzwoni tak, jak ma to miejsce w przypadku stalowej prowadnicy. Jest także spokojna wymiarowo: jej rozszerzalność cieplna stanowi niewielki ułamek stali i nie ulega korozji, dzięki czemu geometria szczeliny wytrzymuje lata wahań temperatur i wilgotnego powietrza w pomieszczeniu czystym bez konieczności dodatkowej obróbki.
Prowadnice ceramiczne, zazwyczaj z tlenku glinu lub węglika krzemu, pojawiają się w niektórych maszynach i mają naprawdę mocne strony. Są twardsze od granitu, tolerują większe obciążenia kontaktowe tam, gdzie stosowane są hybrydowe systemy pneumatyczne z kulkami i mogą być lżejsze przy tej samej sztywności w niektórych geometriach. W praktyce wybór sprowadza się do zastosowania. W przypadku większości platform współrzędnościowych i metrologicznych granit wygrywa pod względem kosztu na jednostkę dokładności, dostępnego zakresu rozmiarów i możliwości naprawy, ponieważ zużytą lub uszkodzoną prowadnicę granitową można ponownie dotrzeć na miejsce, podczas gdy prowadnica ceramiczna zwykle oznacza wymianę całego elementu. Ceramika zwykle zarabia na siebie tam, gdzie dominuje ekstremalna twardość, agresywne środowisko lub bardzo duże przyspieszenia.
Nośność i sztywność
Nośność w łożysku powietrznym to po prostu zintegrowany nacisk folii na powierzchnię podkładki, obniżony przez profil ciśnienia pomiędzy dopływem a krawędzią. Przybliżony praktyczny przewodnik: przy typowym ciśnieniu zasilania około 4 do 6 barów i wydajnych konstrukcjach podkładek, możliwe jest osiągnięcie efektywnego ciśnienia folii w zakresie od 1,5 do 3 barów na powierzchni podkładki, więc podkładka o wymiarach 50 x 100 mm wytrzymuje od 75 do 150 kg z marginesem. Wózki z wieloma podkładkami bezpośrednio zwiększają pojemność.
Sztywność to zmiana szczeliny na jednostkę zmiany obciążenia i to ona zapobiega osiadaniu ładunku w kierunku prowadnicy w miarę przesuwania się ładunku. Sztywność folii wzrasta wraz z ciśnieniem zasilania i przy mniejszej szczelinie konstrukcyjnej, ale zbyt mała szczelina powoduje, że łożysko jest wrażliwe na błędy płaskości powierzchni i cząstki. Dobrze zaprojektowane łożyska na docieranym granicie mieszczą się w środku zakresu, łącząc znaczną sztywność z tolerancją na rzeczywistą jakość powierzchni. Porównując dostawców, zapytaj o krzywą obciążenia w funkcji szczeliny oraz sztywność folii przy obciążeniu roboczym, a nie tylko o maksymalną wartość obciążenia, ponieważ łożysko, które unosi się wysoko przy małym obciążeniu i nurkuje przy dużym obciążeniu, pokaże to w danych dotyczących prostoliniowości.
Wymagania dotyczące szczeliny powietrznej i dopływu powietrza
Szczelinę konstrukcyjną dobiera się tak, aby odpowiadała płaskości prowadnicy i czystości powietrza. Większe szczeliny wybaczają błędy powierzchni i cząstki, ale zmniejszają sztywność; maszyny precyzyjne zwykle tworzą szczeliny w okolicach 5 do 12 mikrometrów na docieranym granicie. Dlatego też płaskość prowadnicy jest tak ściśle określona: folia może uśredniać jedynie błędy, które są małe w stosunku do jej własnej grubości.
Dopływ powietrza wymaga takiej samej opieki. Typowe wymagania to czyste, suche powietrze pod ciśnieniem od 4 do 8 barów, filtrowane do wielkości 0,1 mikrometra lub lepszej do prac precyzyjnych, z punktem rosy wystarczająco niskim, aby zapobiec kondensacji w przewodach, zwykle poniżej 10 stopni C przy ciśnieniu w przewodzie. Olej jest wrogiem: nawet ślady mgły olejowej w końcu wnikają w folię i osadzają się na prowadnicy, dlatego sprężarki bezolejowe lub filtry koalescencyjne i węglowe są standardem. Regulatory i zbiorniki powinny być tak dobrane, aby pobór utrzymywał się na stałym poziomie, ponieważ tętnienia ciśnienia pojawiają się bezpośrednio na scenie jako tętnienia ruchu. Zużycie zależy od rozmiaru podkładki i odstępu, od kilku litrów na minutę w przypadku małych podkładek do znacznie ponad stu w przypadku dużych wózków z wieloma podkładkami, dlatego też zasilanie powinno być zaprojektowane od całości, z redundancją lub akumulatorem, w przypadku którego nieoczekiwane wyłączenie pozwoliłoby maszynie osiąść na prowadnicach.
Gdzie stosowane są granitowe łożyska pneumatyczne
Ta sama fizyka służy kilku rodzinom maszyn, a w każdej z nich nacisk jest inny.
| Aplikacja | Za co odpowiada łożysko powietrzne | Dlaczego granit pasuje |
| Maszyny współrzędnościowe i pomiarowe | Utrzymuje wózek sondy bez tarcia, powtarzalnym ruchem po szynach X i Y | Docierana płaskość i tłumienie zapewniają submikrometryczną prostoliniowość podczas długiego przesuwu |
| Systemy metrologiczne | Zapewnia ruch referencyjny wolny od dryftu dla czujników optycznych i dotykowych | Stabilność termiczna utrzymuje ważność kalibracji pomiędzy kolejnymi kontrolami |
| Etapy XY | Obsługuje ładunki na planarnych układach Multi Pad z napędami o rozdzielczości nanometrowej | Wysoka sztywność połączona z doskonałą płaskością dużych płyt |
| Platformy silników liniowych | Zastępuje mechaniczne prowadnice, w których kontakt powodowałby powstawanie zmarszczek i cząstek | Niemagnetyczny, czysty i kompatybilny z profilami o dużym przyspieszeniu |
| Sprzęt do kontroli półprzewodników | Umieszcza płytki i czujniki bez wytwarzania pozostałości zużycia | Bez smaru, bez cząstek, stabilny w warunkach pomieszczenia czystego |
Praktyczna lista kontrolna wyboru
Zanim poprosisz o wycenę, przeanalizuj sześć elementów. Przygotowanie zajmuje godzinę i oszczędza tygodnie iteracji.
Obciążenie: podać masę ładunku, przesunięcie jego środka ciężkości oraz to, czy obciążenie jest stałe, czy zmienia się w trakcie cyklu. Należą tu również kierunek napięcia wstępnego i siły dynamiczne z silników i kabli.
Skok i obwiednia: podaj wymagany skok w każdej osi, dostępną przestrzeń oraz położenie twardych ograniczników i sposób zarządzania kablami. Długość prowadnicy określa liczbę i rozstaw płytek łożyskowych.
Wymagania dotyczące dokładności: wyraź je jako prostoliniowość, płaskość przebytej ścieżki, nachylenie, przechylenie i odchylenie w całym zakresie skoku oraz powtarzalność. Liczby wpływają na specyfikację docierania prowadnicy granitowej.
Dopływ powietrza: sprawdź dostępne ciśnienie, punkt rosy i filtrację na wlocie maszyny oraz czy linia jest współdzielona z innymi urządzeniami, które mogą powodować spadki ciśnienia.
Środowisko: zakres temperatur i stabilność, wilgotność, wibracje podłogi i klasa pomieszczenia czystego, jeśli dotyczy. Decydują one o gatunku materiału, wielkości szczeliny i konieczności stosowania mocowań izolacyjnych.
Interfejs montażowy: należy dostarczyć rysunki elementów mocowanych do wózka i elementów podtrzymujących prowadnicę, w tym położenie wkładek, tak aby element granitowy był gotowy do montażu i nie wymagał miejscowego wiercenia po dostawie.
Instalacja, czyszczenie i konserwacja
Układ łożysk powietrznych jest prawie bezobsługowy, ale chroni go kilka nawyków. Na biegu jałowym należy przykrywać powierzchnię prowadnicy, aby zapobiec zanieczyszczeniom i przypadkowemu kontaktowi. Wyczyść docierany granit łagodnym detergentem lub alkoholem izopropylowym i niestrzępiącą się szmatką; unikaj agresywnych alkalicznych środków czyszczących, które mogą zmatowić powierzchnię przez lata. Nigdy nie przesuwaj wózka po suchej prowadnicy z wyłączonym powietrzem, ponieważ nawet jeden przystanek startowy pod obciążeniem może pozostawić płaską plamę na podkładce; korzystać z funkcji podnoszenia lub kompensacji zaprojektowanych w maszynie. Sprawdzaj filtry i regulatory zgodnie z harmonogramem i obserwuj odczyty szczeliny, jeśli maszyna je zapewnia, ponieważ powoli zwężająca się szczelina często wskazuje na starzenie się filtra lub zanieczyszczenie powierzchni na długo przed wystąpieniem usterki. Dzięki tym nawykom prowadnica granitowa może zostać ponownie dotarta po wielu latach pracy, a system może zostać przywrócony do nowej wydajności, co jest jedną z cichych korzyści ekonomicznych tej technologii.
Zacznij od ładunku i podróży
Jeśli określasz stopień łożyska powietrznego CMM, platformę metrologiczną lub niestandardową maszynę z silnikiem liniowym, prześlij nam powyższą listę kontrolną lub po prostu obciążenie, przesuw, docelowe wartości dokładności i rysunki interfejsów. Zajmujemy się produkcjągranitowe łożysko powietrznekomponenty i dopasowane docierane prowadnice we własnym zakresie oraz naszeelement granitowy maszyny pomiarowejLinia obejmuje szyny, wagony i podstawy, po których się poruszają. Nasi inżynierowie sprawdzą Twoje wymagania, zarekomendują układ podkładek, klasę szczeliny i płaskość prowadnic, a następnie zwrócą ofertę z terminem realizacji, zwykle w ciągu kilku dni roboczych. Produkcja na zamówienie według Twojego rysunku jest naszą standardową praktyką, a przegląd rysunku jest bezpłatny.