[发明专利]一种基于光学材料的高精度高刚度气体静压导轨

说明书

一种基于光学材料的高精度高刚度气体静压导轨，包括导轨、侧面滑块、上滑块、下滑块和支撑座，导轨采用MgO－Al2O3－SiO2系统微晶玻璃经光学加工方法加工而成，侧面滑块、上滑块、下滑块和支撑座均采用大理石制作而成，导轨上设有上滑块，导轨的两侧分别设有一侧面滑块，导轨的底部两侧均设有一下滑块，侧面滑块与上滑块连接，下滑块与其相邻的侧面滑块连接，导轨的底部设置在支撑座上，上滑块、侧面滑块以及下滑块上均部设有直径为50μm的节流孔，气体静压导轨供气后，侧面滑块、上滑块、下滑块与导轨之间构成气体静压润滑。使导轨能达到极高的面形精度，保证了小间隙气膜的润滑条件，实现了气体静压润滑的高刚度。

技术领域

本发明涉及气体静压导轨技术领域，尤其是一种基于光学材料的高精度高刚度气体静压导轨。

背景技术

随着精密测量和加工技术的发展，测量仪器和加工设备对支撑零部件的性能提出了更高的要求，气体静压导轨具备满足这些性能的潜力，但其存在承载和刚度低的缺点，使其仅在小载荷的测量仪器和加工设备中得到应用。如何提升气体静压导轨的承载和刚度，一直是国内外众多学者重点研究的问题。

根据气体静压导轨的工作原理，提高气体静压导轨的方法有：(a)减小节流孔径，导致导轨气膜工作间隙减小，美国Profession Instrument公司制造了直径100mm，平均间隙2.5μm的10B型静压气体轴承，径向承载800N，刚度达到374N·μm-1。(b)增大有效节流面积，这种方法受空间限制。(c)提高气源压力，这种方法容易导致气体静压导轨的不稳定。

减小节流孔径将使最佳刚度(工作区间)对应的气膜间隙减小。气膜间隙减小的条件下，为了保证小气膜间隙的气体润滑，对气体静压滑块单元带来的极高的加工要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光学材料的高精度高刚度气体静压导轨。为了使导轨达到高精度，首先要实现其高刚度。本发明采用减小节流孔径的方式提高气体静压导轨刚度，根据理论计算，减小节流孔径会导致气膜工作间隙(最大刚度对应的间隙附近区间)减小，工作间隙减小将对导轨的加工制造和装配提出更高的要求，因此，本发明采用光学材质作为导轨材料，这样可以采用光学加工的方法制作导轨，保证了小间隙气膜的润滑状态。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于光学材料的高精度高刚度气体静压导轨，其特征在于：包括导轨、侧面滑块、上滑块、下滑块和支撑座，所述导轨采用MgO－Al2O3－SiO2系统微晶玻璃经光学加工方法加工而成，所述侧面滑块、上滑块、下滑块和支撑座均采用大理石制作而成，所述导轨上设有上滑块，所述导轨的两侧分别设有一侧面滑块，所述导轨的底部两侧均设有一下滑块，所述侧面滑块与上滑块连接，所述下滑块与其相邻的侧面滑块连接，所述导轨的底部设置在支撑座上，导轨以及设置在导轨上的侧面滑块、上滑块和下滑块由支撑座支撑，所述上滑块、侧面滑块以及下滑块上均部设有直径为50μm的节流孔,气体静压导轨供气后，侧面滑块、上滑块、下滑块与导轨之间构成气体静压润滑。导轨材料采用的是MgO－Al2O3－SiO2系统微晶玻璃(光学材料)，利用其机械强度高，绝缘性能优良、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、耐磨、热稳定性好的特性，其作为导轨原材料十分合适。导轨的材料为光学材料，导轨也就采用光学加工方法加工成型，其加工方法为：经磁流变抛光(MRF)和计算机控制修形(CCOS)后，利用干涉仪(Zygo公司生产的WATTS180型)进行面形的测量，通过测量结果决定下一次的加工方式(MRF或者CCOS)和去除量，在加工和测量之间反复迭代，直至面形满足加工的要求。上述加工方法在光学加工领域是常规加工技术，本发明采用光学加工的方法加工微晶玻璃，使其能达到极高的面形精度，由于有了较高的加工精度，保证了小间隙条件下的气体静压润滑条件，实现了气体静压润滑的高刚度。

本发明中，所述侧面滑块通过螺母与上滑块相连接，所述下滑块通过螺母与其相邻的侧面滑块连接。