Quan un sistema de moviment s'ha de col·locar amb una repetibilitat sub-micro, la guia es converteix en el component definitori. Les guies de rodament convencionals arriben als seus límits exactament on les màquines més exigents comencen el seu rang de treball, per aixòguia de coixinets d'aire de granits'ha convertit en la solució preferida per als constructors de CMM, semiconductors i sistemes làser. Aquest article explica com funcionen les guies de coixinets d'aire, per què el granit és el material soci natural i què s'ha d'especificar a l'hora de dissenyar un model d'ultra precisió.sistema de moviment lineal de granit.
1. Què és un coixinet d'aire i com funciona?
Un coixinet d'aire suporta un carro en moviment sobre una fina pel·lícula d'aire a pressió en lloc d'elements rodants o contacte lliscant. L'aire net i sec, normalment filtrat per sota de 0,1 μm i regulat a 4-6 bar, flueix a través dels orificis dels coixinets del coixinet i s'escapa per un espai de només 5-10 micres entre el coixinet i el rail. El camp de pressió resultant aixeca el carro de manera que mai no toqui el rail. No hi ha fricció, ni lliscament, ni lubricant ni desgast, la qual cosa significa que la resolució de posicionament només està limitada pel sistema d'accionament i control, no per la guia.
2. Per què importa la qualitat de la superfície i la geometria de la guia
L'espai d'aire té unes quantes micres de profunditat, de manera que la superfície del rail defineix directament la qualitat del moviment:
- La rugositat superficial ha d'estar molt per sota del gruix de la pel·lícula; el granit lapat assoleix valors Ra que l'acer mòlt no pot aconseguir econòmicament
- La planitud de la superfície de treball determina el moviment d'error vertical del carro
- La rectitud durant tot el recorregut determina el moviment d'error lateral: a nivell submicro, aquesta és la diferència entre una màquina utilitzable i una màquina inutilitzable
- La pel·lícula d'aire també té una mitjana de microirregularitats, de manera que la rugositat de longitud d'ona curta té menys influència que l'error de forma de longitud d'ona llarga, per això la planitud, no només el poliment, és l'especificació clau.
3. Guies de rodament d'aire de granit vs. Dissenys de guies convencionals
En comparació amb les guies de boles de recirculació, les vies de caixa o les etapes de flexió, una guia de coixinets d'aire de granit ofereix un perfil diferent de forces:
- Desgast zero:sense contacte significa no degradació de la precisió al llarg del temps; les guies de rodament perden precisió a mesura que es desgasten les pilotes i les curses
- Sense transmissió de vibracions:la pel·lícula d'aire amortitza les pertorbacions d'alta freqüència en lloc de transmetre-les a la peça de treball
- Sense lubricant i sense partícules:essencial per a sales netes de semiconductors i metrologia òptica
- Moviment silenciós i sense fricció:permet un posicionament incremental a nivell nanòmetre amb accionaments de motor lineal
- Limitacions al respecte:Els coixinets d'aire tenen un amortiment més baix contra forces externes de baixa freqüència, requereixen un subministrament net d'aire comprimit i els rails de granit s'han de manipular i recolzar correctament. Les guies convencionals segueixen sent l'opció pràctica on les càrregues són molt altes, els ambients estan bruts o els costos dominan.
4. Aplicacions en CMM, Metrologia Òptica, Sistemes Làser i Equips Semiconductors
Trobaràs guies de coixinets d'aire de granit allà on el moviment submicrònic sigui un requisit de producció:
- Màquines de mesura de coordenades: les bases de granit amb aire porten el carro de mesura sobre la taula de granit amb un moviment d'error a escala nanomètrica
- Instruments de metrologia òptica: els interferòmetres i els provadors de planitud utilitzen corredisses de coixinets d'aire per evitar la vibració de l'òptica de referència
- Sistemes làser de femtosegons i picosegons: les etapes de posicionament del feix s'han de moure sense vibracions quan el punt focal es mesura en micres
- Equips de semiconductors: les etapes d'inspecció i litografia d'hòsties combinen bases de granit amb aire amb motors lineals per a una exploració d'alta velocitat sense partícules.
5. Consideracions de disseny: planitud, rectitud, subministrament d'aire i capacitat de càrrega
Quan s'especifica una guia de rodament d'aire de granit, els enginyers haurien d'acordar els paràmetres següents al principi del disseny:
- Planitud:la classe de planitud de la superfície de treball solapada, verificada amb autocolimador o interferòmetre làser en tota la longitud del carril
- Rectitud:rectitud horitzontal i vertical de la trajectòria del moviment, citada al llarg del recorregut complet
- Subministrament d'aire:pressió requerida, cabal per pastilla, grau de filtració i punt de rosada, a més d'un comportament segur quan la pressió de l'aire cau
- Capacitat de càrrega:càrrega per coixinet multiplicada pel recompte de coixinets, amb un marge de seguretat per a càrregues dinàmiques i centres de gravetat compensats
- Medi ambient:estabilitat de la temperatura, aïllament de vibracions de la base i classe de sala blanca, si escau
Com que cada màquina és diferent, aquests valors s'han de confirmar amb l'equip d'enginyeria del fabricant de les guies en lloc de copiar-los d'un full de dades.
6. Solucions personalitzades de coixinets d'aire de granit de UNPARALLELED®
Unparalleled Ltd dissenya i fabrica guies de coixinets d'aire de granit, bases de coixinets d'aire i plataformes completes de moviment de granit per a constructors d'equips de tot el món. El nostre taller integra fresat CNC, rectificat de precisió i lligat manual, amb cada superfície de treball verificada per interferòmetre làser i nivell electrònic en una àrea d'inspecció amb temperatura controlada. Subministrem conjunts de rail i coixinet coincidents amb informes de planitud i rectitud certificats, i les nostres 4 línies de producció admeten tant prototips personalitzats individuals com volums de sèrie. Si esteu desenvolupant un sistema de moviment d'ultra precisió, compartiu els vostres objectius de viatge, càrrega i precisió amb nosaltres: els nostres enginyers us proposaran una especificació de guia que s'adapti a la vostra aplicació i pressupost.