Når en koordinatmålemaskine glider hen over sin vandring uden synlig kontakt, uden smøremiddel og ingen stick slip, kører den næsten helt sikkert på et luftleje, og i de fleste præcisionsmaskiner er overfladen den kører på granit. Parringen af overlappet granit og trykluft er det stille grundlag for moderne metrologiudstyr, halvledertrin og lineære motorplatforme. Denne vejledning forklarer, hvordan et granitluftleje fungerer, hvorfor granit foretrækkes frem for keramik i de fleste applikationer, hvordan belastningskapacitet og stivhed bestemmes, hvad lufttilførslen kræver, og hvordan man specificerer et med en praktisk udvælgelsestjekliste.
Hvordan luftlejestyring fungerer
Et luftleje erstatter fast glidende kontakt med en tynd film af trykluft, typisk fra et par mikrometer til et par titus af mikrometer tykt. Luft føres gennem små åbninger eller et porøst område i lejepuden, spredes ind i mellemrummet mellem puden og styrefladen og undslipper ved kanterne. Trykket inde i filmen bærer belastningen, så vognen flyder i stedet for at røre ved. Fordi der ikke er nogen metal til metal-kontakt, er der ingen statisk friktion at overvinde ved start af bevægelse, ingen slidpartikler og intet smøremiddel til at tiltrække støv eller fordampe i et renrum.
To egenskaber ved filmen betyder lige så meget som den belastning, den bærer. Den første er gennemsnit: filmen slår bro over mikroskopiske højder og lavpunkter på guideoverfladen og filtrerer korte bølgelængdefejl, så nyttelasten ser en meget jævnere bane end den rå overfladeprofil. Den anden er dæmpning: luftfilmen spreder vibrationsenergi, som komplementerer den naturlige dæmpning af selve granit. Tilsammen producerer disse effekter bevægelse med undermikrometer ligehed og nanometerskalaopløsning, hvilket er præcis, hvad CMM-luftlejetrin og optiske inspektionssystemer kræver.
Hvorfor granit i stedet for stål eller keramik
Føringsfladen er halvdelen af luftlejesystemet, og dens kvalitet afgør helheden. Granit giver tre fordele. Den kan lappes til enestående fladhed, rutinemæssigt på mikrometerniveau over store områder, hvilket giver luftfilmen en stabil og forudsigelig spalte. Den har høj indvendig dæmpning, så den kombinerede struktur ikke ringer, som en stålmåde gør. Og den er dimensionsmæssigt rolig: dens termiske udvidelse er en lille brøkdel af stål, og den korroderer ikke, så spaltegeometrien overlever mange års temperaturcyklus og fugtig renrumsluft uden omarbejde.
Keramiske guider, typisk aluminiumoxid eller siliciumcarbid, forekommer i nogle maskiner og har ægte styrker. De er hårdere end granit, tolererer højere kontaktbelastninger, hvor der bruges hybride kugleluftsystemer, og kan være lettere for samme stivhed i visse geometrier. I praksis afhænger valget af ansøgningen. For de fleste CMM- og metrologiplatforme vinder granit på pris pr. nøjagtighedsenhed, på det tilgængelige størrelsesinterval og på reparationsmuligheder, fordi en slidt eller beskadiget granitføring kan genindsættes på plads, mens en keramisk guide normalt betyder at udskifte hele komponenten. Keramik har en tendens til at tjene deres præmie, hvor ekstrem hårdhed, aggressive miljøer eller meget høje accelerationer dominerer.
Belastningskapacitet og stivhed
Belastningskapaciteten i et luftleje er simpelthen det integrerede tryk af filmen over pudeområdet, reduceret af trykprofilen mellem forsyning og kant. En grov praktisk vejledning: Med typiske forsyningstryk omkring 4 til 6 bar og effektive pudedesigns kan et effektivt filmtryk i området fra 1,5 til 3 bar over pudeområdet opnås, så en pude på 50 x 100 mm bærer i størrelsesordenen 75 til 150 kg med margin. Multipad-vogne tilføjer kapacitet direkte.
Stivhed er ændringen af mellemrummet pr. enhed af belastningsændringen, og det er det, der forhindrer nyttelasten i at synke mod styret, når belastningen skifter. Filmstivheden stiger med forsyningstrykket og med et mindre designmellemrum, men for lille et mellemrum gør lejet følsomt over for fejl i overfladen og over for partikler. Veldesignede lejer på overlappet granit løber i midten af serien, der kombinerer meningsfuld stivhed med tolerance over for den virkelige verdens overfladekvalitet. Når du sammenligner leverandører, skal du spørge efter kurven for belastning versus spalte og filmstivhedstallet ved din driftsbelastning, ikke kun et maksimalt belastningstal, fordi et leje, der flyder højt ved let belastning og dykker ved tung belastning, vil vise det i dine rethedsdata.
Air Film Gap og Air Supply Krav
Designgabet er valgt, så det passer til styrets planhed og luftens renhed. Større huller tillader overfladefejl og partikler, men reducerer stivheden; præcisionsmaskiner kører normalt mellemrum tæt på 5 til 12 mikrometer på overlappet granit. Det er grunden til, at guidefladheden er specificeret så stramt: filmen kan kun gennemsnittet fejl, der er små i forhold til dens egen tykkelse.
Lufttilførslen har brug for samme pleje. Typiske krav er ren, tør luft ved 4 til 8 bar, filtreret til 0,1 mikrometer eller bedre til præcisionsarbejde, med et dugpunkt lavt nok til at forhindre kondens i ledningerne, almindeligvis under 10 grader C ved ledningstryk. Olie er fjenden: Selv spor af olietåge migrerer til sidst ind i filmen og aflejres på guiden, så oliefri kompressorer eller koalescerings- og kulfiltre er standard. Regulatorer og reservoirer bør dimensioneres, så forbruget forbliver stabilt, fordi trykbølgen optræder direkte som bevægelsesbølgen på scenen. Forbruget afhænger af pudens størrelse og mellemrum, fra nogle få liter i minuttet for små puder til langt over hundrede for store multi-pad-vogne, så forsyningen bør designes ud fra det samlede antal, med redundans eller en akkumulator, hvor en uventet nedlukning ville lade maskinen sætte sig på sine styr.
Hvor granitluftlejer bruges
Den samme fysik tjener flere maskinfamilier, og vægten er forskellig for hver enkelt.
| Anvendelse | Hvad luftlejet gør | Hvorfor granit passer |
| CMM og målemaskiner | Bærer sondeslæden med friktionsfri, repeterbar bevægelse på X- og Y-skinner | Overlappet fladhed og dæmpning giver submikrometer rethed over lang vandring |
| Metrologisystemer | Giver driftfri referencebevægelse for optiske og taktile sensorer | Termisk stabilitet holder kalibreringen gyldig mellem genkontroller |
| XY stadier | Understøtter nyttelast på plane multi-pad-layouts med nanometeropløsningsdrev | Høj stivhed kombineret med fremragende fladhed på tværs af store plader |
| Lineære motorplatforme | Erstatter mekaniske føringer, hvor kontakt ville tilføje krusninger og partikler | Ikke magnetisk, ren og kompatibel med høje accelerationsprofiler |
| Halvlederinspektionsudstyr | Placerer wafers og sensorer uden at generere slidaffald | Ingen smøremiddel, ingen partikler, stabil i renrumsforhold |
En praktisk udvælgelsestjekliste
Før du anmoder om et tilbud, skal du gennemgå seks emner. De tager en time at forberede og sparer ugers iteration.
Belastning: angiv nyttelastmassen, dens tyngdepunktsforskydning, og om belastningen er konstant eller ændrer sig under cyklussen. Forspændingsretning og dynamiske kræfter fra motorer og kabler hører også til her.
Kørsel og konvolut: Giv det nødvendige slag i hver akse, den tilgængelige plads og placeringen af hårde stop og kabelstyring. Styrelængde indstiller antallet og afstanden mellem lejepuder.
Nøjagtighedskrav: udtryk dem som rethed, fladhed af den tilbagelagte bane, stigning, rulning og krøjning over hele slaget og repeterbarhed. Tallene her driver lapningsspecifikationen for granitguiden.
Luftforsyning: Bekræft tilgængeligt tryk, dugpunkt og filtrering ved maskinens indløb, og om ledningen deles med andet udstyr, der kan forårsage trykfald.
Miljø: temperaturområde og stabilitet, fugtighed, gulvets vibrationer og renrumsklasse, hvis det er relevant. Disse bestemmer materialekvalitet, spaltestørrelse og om der er behov for isoleringsbeslag.
Monteringsgrænseflade: Angiv tegningerne af, hvad der fastgøres til vognen, og hvad der understøtter guiden, inklusive indsatspositioner, så granitkomponenten ankommer klar til at samles i stedet for at have brug for lokal boring efter levering.
Installation, rengøring og vedligeholdelse
Et luftlejesystem er næsten vedligeholdelsesfrit, men nogle få vaner beskytter det. Hold styreoverfladen dækket, når den ikke er i brug, for at forhindre snavs og utilsigtet kontakt. Rengør overlappet granit med mildt rengøringsmiddel eller isopropylalkohol og en fnugfri klud; undgå aggressive alkaliske rengøringsmidler, der kan sløve overfladen over år. Skub aldrig en vogn på en tør guide med luften slukket, fordi selv et startstop under belastning kan efterlade et fladt sted på puden; brug løfte- eller kompensationsfunktionerne, der er designet i maskinen. Tjek filtre og regulatorer efter en tidsplan, og hold øje med mellemrumsaflæsningerne, hvis maskinen leverer dem, da et langsomt indsnævret mellemrum ofte indikerer ældning af filter eller overfladeforurening, længe før det bliver en fejl. Med disse vaner kan granitguiden gendannes efter mange års drift og systemet genoprettes til ny ydeevne, hvilket er en af de stille økonomiske fordele ved teknologien.
Start med din last og rejse
Hvis du specificerer et CMM-luftlejetrin, en metrologiplatform eller en tilpasset lineær motormaskine, så send os tjeklisten ovenfor eller blot belastning, vandring, nøjagtighedsmål og interfacetegninger. Vi fremstillergranit luftlejekomponenter og matchede lappede guider i huset, og voresmålemaskine granit komponentline dækker de skinner, vogne og baser, de kører på. Vores ingeniører vil gennemgå dine krav, anbefale pudelayout, mellemrumsklasse og guideplanhed og returnere et tilbud med leveringstid, normalt inden for et par arbejdsdage. Specialfremstilling til din tegning er vores standardpraksis, og tegningsgennemgangen er gratis.