[发明专利]基于外扶式气/气两相复合的立式直线基准方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于精密仪器与测量技术领域，特别涉及一种基于外扶式气/气两相复合的立式直线基准方法与装置。

背景技术

立式直线基准作为精密/超精密测量仪器与制造装备中的核心技术，其制造水平直接关系到仪器装备的最终使用性能。如高精度光学检测仪器、精密/超精密光机电一体化装备、以及精密/超精密机床等先进装备制造领域中，都对其中所使用的立式直线基准提出了越来越高的要求，即要求所使用的立式直线基准不但要有高的导向精度，同时还要具有高的支承刚度、较强的抗扰动能力和良好的工作稳定性。

目前高精度立式直线基准通常用立式气浮导轨来实现，常用的气浮导轨结构主要由气浮导套和导轨立柱两部分组成，当在气浮导套和导轨立柱之间构建气膜以形成气体支承和润滑后，气浮导套可带动负载沿导轨立柱上下运动，虽然通过合理的结构设计通常情况下可实现较高的直线运动导向精度，但该结构形式的立式气浮导轨使用中仍存在着下述问题：气浮导套及其负载构成的运动系统在封闭气膜压力的作用下处于准平衡状态，在径向上(X向和Y向)支承刚度较低，运动系统极易受到外部扰动的影响，系统的工作稳定性较差。

为改善立式气浮导轨的使用性能，国内外学者和工程技术人员做了很多有益尝试，分别研制出被动补偿式膜压导轨、主动内部节流空气静压导轨、表面节流空气静压导轨、静压控制节流器空气静压导轨、电控节流空气静压导轨、排气控制空气静压导轨等新型空气静压导轨。这些导轨都是在结构上采取一些控制措施，以获得较高刚度或可控刚度，但它们的结构很复杂，控制和调节比较繁琐，效果也不明显。

国防科技大学提出一种采用多孔质节流的新型空气静压导轨，其基本原理为利用多孔质材料的微结构进行节流，同时在导轨表面设置与多孔质节流器相连通的浅沟槽，利用沟槽的阻抗形成二次节流，可达到提高空气导轨刚度和承载能力的目的，但多孔质轴承制造比较复杂，且容易阻塞。

此外，从理论上讲也可采用减小节流孔径或减小气膜厚度的方法来提高气浮导轨的刚度和稳定性，但由于受目前工艺水平的制约，当节流孔径和气膜厚度过小时又会导致加工和装配极为困难。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出一种基于外扶式气/气两相复合的立式直线基准方法，通过构建与主工作气膜支承方向相反的辅助气膜，并与主工作气膜共同作用于导向气浮板两侧，使导向气浮板在双向工作气膜的复合作用下工作，以达到建立一种刚度高、抗扰动能力强、工作稳定性好等优势兼顾的立式直线基准的目的；本发明还提供了一种基于上述方法的外扶式气/气两相复合的立式直线基准装置。

上述目的通过以下的技术方案实现：

一种基于外扶式气/气两相复合的立式直线基准方法，是在气浮导套的外部相邻两侧面处沿X向和Y向分别构建与主工作气膜支承方向相反的两个辅助气膜，并与主工作气膜共同作用于导向气浮板两侧；导向气浮板工作面与内侧主气浮导轨和外侧辅助导轨工作面分别形成正向和负向工作气膜，两气膜工作压力分别为P_内和P_外，且P_内＞P_外；导向气浮板在双向工作气膜的复合作用下工作。

一种基于外扶式气/气两相复合的立式直线基准装置，包括主气浮导轨和气浮导套，主气浮导轨工作面和气浮导套内侧工作面形成正向主工作气膜，且气膜工作压力为P_内，其特征在于在气浮导套的外部设有与导向气浮板A相平行的辅助导轨A，辅助导轨A工作面和导向气浮板A外侧工作面形成负向工作气膜A；还设有与导向气浮板B相平行的辅助导轨B，辅助导轨B工作面和导向气浮板B外侧工作面形成负向工作气膜B；负向工作气膜A和负向工作气膜B的气膜工作压力为P_外，且P_内＞P_外；气浮导套上还设有同时面向主气浮导轨、辅助导轨A和辅助导轨B的节流结构。

本发明具有以下特点及有益效果：

1、本发明通过构建与主工作气膜支承方向相反的辅助气膜，并与主工作气膜共同作用于导向气浮板两侧，使导向气浮板在双向工作气膜的复合作用下工作，明显提升导轨的径向支承刚度，这是区别于现有技术的创新点之一；

2、本发明通过对主工作气膜正向压力P_内和辅助气膜负向压力P_外进行合理设计，并确保P_内＞P_外，可解决现有气浮导轨处于准平衡状态下易受扰动的问题，可显著增强导轨的抗干扰能力和工作稳定性，这是区别于现有技术的创新点之二；