Granite エア ベアリング ガイド: CMM および計測システムの構造、用途、耐荷重、および選択のヒント

座標測定機が目に見える接触や潤滑剤やスティックスリップもなく移動するとき、ほぼ確実にエアベアリングの上に乗っていることになります。ほとんどの精密機械では、座標測定機が乗っている表面は花崗岩です。ラップされた花崗岩と加圧空気の組み合わせは、現代の計測機器、半導体ステージ、リニアモータープラットフォームの静かな基盤です。このガイドでは、花崗岩のエアベアリングがどのように機能するか、ほとんどの用途でセラミックより花崗岩が好まれる理由、耐荷重と剛性の決定方法、空気供給に必要なもの、実際の選択チェックリストを使用してエアベアリングを指定する方法について説明します。

エアベアリングガイドの仕組み

エアベアリングは、固体の滑り接触を、通常は厚さ数マイクロメートルから数十マイクロメートルの加圧空気の薄膜に置き換えます。空気はベアリングパッドの小さなオリフィスまたは多孔質領域を通って供給され、パッドとガイド面の間の隙間に広がり、エッジで逃げます。フィルム内の圧力によって荷重がかかるため、キャリッジは接触せずに浮きます。金属同士の接触がないため、動作の開始時に克服すべき静摩擦がなく、磨耗粒子がなく、クリーンルーム内で塵を引き寄せたり蒸発したりする潤滑剤もありません。

フィルムの 2 つの特性は、フィルムにかかる負荷と同じくらい重要です。 1 つ目は平均化です。フィルムはガイド表面の微細な高低を橋渡しし、短波長の誤差をフィルタリングして、ペイロードが生の表面プロファイルよりもはるかに滑らかな軌道を描くようにします。 2 つ目は減衰です。空気膜が振動エネルギーを消散し、花崗岩自体の自然な減衰を補います。これらの効果により、サブマイクロメートルの真直度とナノメートルスケールの分解能を備えた動作が生成されます。これはまさにCMMエアベアリングステージや光学検査システムに求められるものです。

なぜ鋼鉄やセラミックではなく花崗岩を使用するのか

ガイド面はエアベアリングシステムの半分を占め、その品質が全体を決定します。花崗岩には 3 つの利点があります。広い面積にわたって日常的にマイクロメートルレベルで卓越した平坦度までラッピングすることができ、空気膜に安定した予測可能なギャップを与えます。内部減衰が高いため、結合された構造はスチールウェイのように鳴りません。また、寸法的にも穏やかです。その熱膨張は鋼鉄のほんの一部であり、腐食しないため、ギャップの形状は、何年にもわたる温度サイクルやクリーンルームの湿った空気に再加工することなく耐えられます。

セラミックガイド、通常はアルミナまたは炭化ケイ素が一部のマシンに使用されており、真の強度を備えています。これらは花崗岩よりも硬く、ハイブリッド ボール エア システムが使用される場合にはより高い接触荷重に耐えることができ、特定の形状では同じ剛性でも軽量化することができます。実際には、選択はアプリケーションによって決まります。ほとんどの CMM および計測プラットフォームでは、精度単位あたりのコスト、利用可能なサイズ範囲、および修理のしやすさの点で花崗岩が有利です。これは、磨耗または損傷した花崗岩のガイドを所定の位置に再研磨できるためですが、セラミック ガイドの場合は通常、コンポーネント全体を交換する必要があります。セラミックは、極端な硬度、攻撃的な環境、または非常に高い加速度が支配的な場所でその価値が高まる傾向があります。

耐荷重と剛性

エアベアリングの負荷容量は、単にパッド領域上のフィルムの積分圧力であり、供給とエッジの間の圧力プロファイルによって軽減されます。実用的な大まかなガイド: 一般的な供給圧力が約 4 ～ 6 bar で効率的なパッド設計の場合、パッド領域全体で 1.5 ～ 3 bar の範囲の有効膜圧力が達成可能であるため、50 x 100 mm のパッドは余裕を持って 75 ～ 150 kg 程度に耐えることができます。マルチパッドキャリッジは容量を直接追加します。

剛性は荷重変化の単位当たりのギャップの変化であり、荷重が移動したときにペイロードがガイドに向かって垂れ下がるのを防ぐものです。フィルムの剛性は供給圧力が高く、設計ギャップが小さいほど増加しますが、ギャップが小さすぎるとベアリングが表面の平面度誤差や粒子の影響を受けやすくなります。ラップされた花崗岩で適切に設計されたベアリングは、実用的な剛性と現実世界の表面品質に対する耐性を兼ね備え、レンジの中央で動作します。サプライヤーを比較するときは、最大荷重数値だけでなく、荷重対ギャップ曲線と動作荷重でのフィルム剛性の数値を尋ねてください。軽荷重では高く浮き、重荷重では沈み込むベアリングが真直度データに示されるからです。

空気膜ギャップと空気供給要件

設計ギャップは、ガイドの平面度と空気の清浄度に合わせて選択されます。ギャップが大きいと、表面誤差や粒子が許容されますが、剛性が低下します。精密機械は通常、ラップされた花崗岩上で 5 ～ 12 マイクロメートル近くのギャップを実行します。これが、ガイドの平坦度が非常に厳密に指定される理由です。フィルムは、それ自体の厚さに比べて小さい誤差しか平均化できません。

空気供給にも同様の注意が必要です。一般的な要件は、4 ～ 8 bar の清浄な乾燥空気で、精密作業用に 0.1 マイクロメートル以上のフィルターでろ過され、ライン内の結露を防ぐのに十分な露点を持ち、通常はライン圧力で 10 ℃ 未満です。オイルは大敵です。微量のオイルミストでも最終的にはフィルムに移行し、ガイドに堆積します。そのため、オイルフリーのコンプレッサーまたはコアレッシングフィルターとカーボンフィルターが標準です。圧力リップルはステージ上のモーションリップルとして直接現れるため、レギュレーターとリザーバーは消費量が安定するようなサイズにする必要があります。消費量はパッドのサイズとギャップによって異なり、小さなパッドの場合は毎分数リットルから、大型のマルチパッドキャリッジの場合は100リットルをはるかに超えるため、予期せぬシャットダウンによりマシンがガイドに落ち着く可能性がある場合には、冗長性またはアキュムレータを備えた合計から供給を設計する必要があります。

花崗岩エアベアリングが使用される場所

同じ物理学が複数のマシン ファミリに提供され、重点はそれぞれで異なります。

実用的な選択チェックリスト

見積もりを依頼する前に、6 つの項目を確認してください。準備に 1 時間かかり、数週間の反復作業を節約できます。

荷重: ペイロードの質量、その重心オフセット、および荷重が一定であるかサイクル中に変化するかを示します。プリロードの方向と、モーターやケーブルからの動的力もここに属します。

トラベルとエンベロープ: 各軸に必要なストローク、利用可能なスペース、ハード ストップとケーブル管理の位置を指定します。ガイドの長さによってベアリング パッドの数と間隔が設定されます。

精度要件: 真直度、移動軌跡の平坦度、全ストロークにわたるピッチ、ロール、ヨー、再現性として表します。ここの数値は、花崗岩ガイドのラッピング仕様を決定します。

空気供給: 機械の入口で利用可能な圧力、露点、ろ過を確認し、ラインが圧力低下を引き起こす可能性のある他の機器と共有されているかどうかを確認します。

環境: 温度範囲と安定性、湿度、床の振動、および該当する場合はクリーンルーム クラス。これらにより、材料のグレード、ギャップのサイズ、および絶縁マウントが必要かどうかが決まります。

取り付けインターフェイス: 挿入位置を含む、キャリッジに取り付けられるものとガイドをサポートするものの図面を提供します。これにより、花崗岩コンポーネントは配送後に現地で穴あけを必要とせず、すぐに組み立てられる状態で到着します。

設置、清掃、メンテナンス

エア ベアリング システムはほぼメンテナンス不要ですが、いくつかの習慣によって保護されます。破片や偶発的な接触を防ぐために、アイドル状態ではガイド表面を覆ったままにしてください。ラップをかけた花崗岩は、中性洗剤またはイソプロピル アルコールと糸くずの出ない布で拭きます。長年にわたって表面を鈍くする可能性がある強力なアルカリ性クリーナーは避けてください。エアをオフにした状態で乾燥したガイド上でキャリッジをスライドさせないでください。負荷がかかった状態でスタート ストップが 1 回でもあると、パッド上に平坦なスポットが残る可能性があります。機械に設計されたリフトまたは補正機能を使用してください。スケジュールに従ってフィルタとレギュレータをチェックし、機械がギャップの測定値を提供する場合はギャップの測定値を監視します。これは、ゆっくりと狭くなるギャップは、故障になるずっと前にフィルタの経年劣化や表面の汚れを示していることが多いためです。これらの習慣により、長年の使用後に花崗岩ガイドを再研磨し、システムを新しい性能に戻すことができます。これは、この技術の静かな経済的利点の 1 つです。

荷物を積んで旅行を始めましょう

CMM エア ベアリング ステージ、計測プラットフォーム、またはカスタム リニア モーター マシンをご指定の場合は、上記のチェックリスト、または単に荷重、移動量、精度目標、およびインターフェイスの図面をお送りください。私たちは製造します花崗岩のエアベアリング社内のコンポーネントと一致するラップガイド、そして当社の測定機花崗岩コンポーネントラインは、レール、車両、およびそれらが走行するベースをカバーします。当社のエンジニアはお客様の要件を検討し、パッド レイアウト、ギャップ クラス、ガイドの平坦度を推奨し、通常は数営業日以内にリードタイム付きの見積を返します。お客様の図面に基づいたカスタム製造が当社の標準的な慣行であり、図面のレビューは無料です。