[发明专利]一种空气主轴气压保护系统

说明书

本发明公开了一种空气主轴气压保护系统，包括空气主轴、主供气支路、备用供气支路和控制器。主供气支路包括第一供气管路、压力传感器、第一电磁阀、第一过滤组件和第一气源，第一供气管路的一端与空气主轴连通，另一端与第一过滤组件的一端连通，第一过滤组件的另一端与第一气源连通，第一电磁阀设置在第一供气管路上，压力传感器设置在第一供气管路靠近空气主轴的一端。备用供气支路包括第二供气管路、蓄能器和第二电磁阀，第二供气管路的一端与第一供气管路连通，另一端与蓄能器连通，第二电磁阀设置在第二供气管路上。第一电磁阀、压力传感器和第二电磁阀均与控制器电连接，能够对空气主轴进行气压保护，且成本较低。

技术领域

本发明涉及超精密加工技术领域，尤其涉及一种空气主轴气压保护系统。

背景技术

在减薄机和芯片切割机类半导体装备中会用到一些空气主轴。这些空气主轴一般是采用空气轴承来支撑其旋转，同时配有电机来提供其转轴旋转的动力。例如半导体晶片减薄机的空气主轴在不通气时，旋转轴和空气轴承是接触的，通入规定压力的气体后旋转轴和空气轴承就会被气膜隔离开。要实现空气主轴的正常工作，就需要使用者提供持续、稳定的气源，以保证气膜的持续润滑作用。当供气系统出现故障，突然停止给空气主轴供气，这时空气主轴的压力监测传感器就会通知空气主轴电机紧急制动，而此时主轴仍然处在高速旋转的状态下，只能带着旋转轴进行制动，但因为惯性的原因旋转轴并不能够立即停止转动。这个时候如果供给气压从正常值下降到极限值的时间短于空气主轴从正常转速到被制动后停止转的时间，就会引起旋转轴和固定的空气轴承之间的气膜提前消失而导致摩擦力急剧增加，从一个非常小的一个摩擦力变成一个非常大的一个摩擦力，进一步使得旋转轴与空气轴承之间产生大量的摩擦热。如果摩擦热使各接触材料的升温在各接触材料的熔点范围内，就会引起旋转轴和空气主轴间的接触面产生划伤，破坏接触面的形位公差和表面粗糙度，从而引起整个空气主轴的原有的机械特性失效，这样以后空气主轴虽然还能旋转但是却没有办法满足加工精度指标，但这还只是一种相对轻微的损害，可以通过更换配件来对空气主轴进行维修。另一种比较严重的情况就是这些热量如果没有办法被及时带走，而大量积压的热量使各材料迅速升温而超出了各接触材料的熔点，那么空气轴承和旋转轴就会融合在一起，导致空气主轴再也无法旋转，一旦出现这种致命的损伤只能报废空气主轴。

而保护空气主轴在断气时不受损伤的关键方法就是让控制供给气压从正常值下降到极限值的时间长于空气主轴从正常转速到被制动后停止转的时间。

传统的解决方法主要有：

(1)压缩制动时间。在给空气主轴提供动力的电机的相关电路中，增加电力制动装置。例如增加制动电阻后，向电机内通入反向制动电流来实现紧急制动。但是空气主轴中旋转轴的惯量比较大因此往往需要通入比较大的反向制动电力来起到制动效果，而通入较大的电力必须要配比较大的制动电阻，一方面，这些制动电阻会占用设备内部比较大的空间；另一方面，制动电阻工作时会在设备内部产生大量的热量，而这些热量会影响高精度设备的加工精度和元器件的使用状态。

(2)在工厂提供气源的装置里增加备用气泵。在主气泵失效时切换至备用气泵以减少压降，保持气膜的稳定性。但是工厂的气源装置往往会给工厂内很多设备提供气体，因此，气源的传输距离一般较长，因此，即使工厂提供了备用气泵来提供备用气源，也无法瞬时提供一个及时的供给。同时，备用总气泵的规格比较大，成本较高。若为了保证气源的瞬时供给，则必定要增加传输管路的横截面接，这样会大大增加成本。

发明内容

本发明提供一种空气主轴气压保护系统，能够快速对空气主轴断气时进行气压保护，保证空气主轴的加工精度，且成本较低。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种空气主轴气压保护系统，包括：

空气主轴；