Выбор между гранитными направляющими на воздушных подшипниках и механическими роликовыми системами

В стремлении к созданию полупроводниковых технологий следующего поколения и субмикронной метрологии «основа» и «путь» являются двумя наиболее важными переменными. Поскольку конструкторы оборудования стремятся к повышению производительности и повторяемости на нанометровом уровне, выбор междугранитная направляющая воздушного подшипникаИспользование традиционных роликовых подшипников в качестве направляющей стало ключевым инженерным решением. Кроме того, материал самого основания машины — если сравнивать гранит и высокоэффективную керамику — определяет тепловые и вибрационные пределы всей системы.

Сравнение направляющих с воздушными и роликовыми подшипниками из гранита

Принципиальное различие между этими двумя системами заключается в способе поддержания нагрузки и управления трением.

Гранитные направляющие воздушных подшипниковЭто представляет собой пик движения без трения. Используя тонкую пленку сжатого воздуха — обычно от 5 до 20 микрон — движущаяся каретка буквально парит над гранитной направляющей.

• Отсутствие трения и износа:Поскольку отсутствует физический контакт, нет необходимости преодолевать статическое трение, и система никогда не изнашивается. Это обеспечивает невероятно плавное сканирование с постоянной скоростью.

• Усреднение ошибок:Одним из наиболее существенных преимуществ воздушных подшипников является их способность «сглаживать» микроскопические неровности поверхности гранитного рельса, что приводит к более прямолинейному движению, чем у самого рельса.

• Чистота:Благодаря отсутствию необходимости в смазке, эти направляющие по своей природе совместимы с чистыми помещениями, что делает их стандартом для контроля качества кремниевых пластин и производства плоских панельных дисплеев.

Направляющие роликовых подшипниковНапротив, они полагаются на физический контакт высокоточных стальных роликов или шариков.

• Высокая грузоподъемность:Для применений, связанных с большими нагрузками или высокими усилиями резания (например, при прецизионном шлифовании), роликовые подшипники обеспечивают значительно более высокую жесткость и несущую способность.

• Простота в эксплуатации:В отличие от воздушных подшипников, которые требуют постоянной подачи сверхчистого сжатого воздуха и систем фильтрации, роликовые подшипники устанавливаются по принципу «подключи и работай».

• Компактный дизайн:Механические подшипники часто способны выдерживать более высокие нагрузки при меньших габаритах по сравнению с большей площадью поверхности, необходимой для эффективной пневматической подшипниковой опоры.

Хотя роликовые подшипники надежны и экономичны для обеспечения общей точности, воздушные подшипники являются обязательным выбором для применений, где «контакт» является врагом точности.

Применение направляющих на воздушных подшипниках: где точность сочетается с плавностью.

Применение направляющих с воздушными подшипниками вышло за пределы лабораторных условий и распространилось на крупномасштабное промышленное производство.

ВПолупроводниковая промышленностьВоздушные подшипники используются в литографии и зондировании пластин. Возможность перемещения на высоких скоростях без вибрации гарантирует, что процесс сканирования не внесет артефактов в схемы нанометрового масштаба.

In Цифровая визуализация и широкоформатное сканированиеПостоянная скорость воздушного подшипника имеет решающее значение. Любые «заедания» или вибрации механического подшипника приведут к «полосам» или искажениям на итоговом изображении высокого разрешения.

Координатно-измерительные машины (КИМ)Благодаря направляющим с воздушными подшипниками из гранита, зонд может перемещаться с минимальным прикосновением. Отсутствие трения позволяет системе управления станка мгновенно реагировать на мельчайшие изменения поверхности измеряемой детали.

Основа материаловедения: гранит против керамики для оснований машин.

Рабочие характеристики любой направляющей системы ограничены устойчивостью основания, на котором она установлена. На протяжении десятилетий гранит был отраслевым стандартом, но передовые керамические материалы (такие как оксид алюминия или карбид кремния) занимают свою нишу в областях применения, требующих экстремальных нагрузок.

Гранитные основания станковостаются предпочтительным выбором для 90% высокоточных применений.

• Демпфирующие свойства:Гранит обладает природной способностью превосходно поглощать высокочастотные колебания, что крайне важно для метрологии.

• Экономическая эффективность:Для крупномасштабных оснований (до нескольких метров) гранит значительно экономичнее в плане добычи и обработки, чем техническая керамика.

• Тепловая инерция:Большая масса гранита означает, что он медленно реагирует на изменения температуры окружающей среды, обеспечивая стабильную среду для длительных измерений.

Керамические основания машин(В частности, оксид алюминия) используется, когда требуется максимальная производительность.

• Высокое соотношение жесткости к весу:Керамика значительно жестче гранита при том же весе. Это позволяет обеспечить более высокое ускорение и замедление подвижных платформ без деформации основания.

• Исключительная термостойкость:У некоторых керамических материалов коэффициент теплового расширения (КТР) даже ниже, чем у гранита, а их более высокая теплопроводность позволяет основанию быстрее достигать теплового равновесия.

• Твердость:Керамика практически не царапается и устойчива к химической эрозии, хотя она более хрупкая и значительно дороже в производстве в больших форматах.

Приверженность ZHHIMG материаловедению

В ZHHIMG мы считаем, что оптимальное решение редко бывает универсальным. Наша инженерная команда специализируется на гибридной интеграции этих технологий. Мы часто используем виброгасящую массу гранитного основания для обеспечения бесфрикционного движения направляющей с воздушным подшипником, иногда внедряя керамические вставки в критических точках с высоким износом или высокой жесткостью.

Будучи ведущим производителем, мы обеспечиваем мировой рынок геологической надежностью высококачественного гранита и технической сложностью современных систем перемещения. Наше производственное предприятие сочетает в себе традиционную ручную притирку — навык, необходимый для достижения плоскостности, требуемой для воздушных подшипников, — с современным оборудованием для обработки на станках с ЧПУ и лазерной интерферометрией.

Заключение: Как добиться успеха с помощью инженерных решений

Выбор между гранитом и керамикой, или между воздушными и механическими подшипниками, в конечном итоге определяет эксплуатационные пределы вашей технологии. Для инженеров в аэрокосмической, полупроводниковой и метрологической отраслях понимание этих компромиссов является ключом к инновациям. Группа компаний ZHHIMG продолжает расширять границы возможного в области прецизионного перемещения, гарантируя, что ваша машина будет опираться на фундамент абсолютной устойчивости и двигаться с беспрецедентной точностью.