[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

摘要

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。 1

主权项

1.一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能够实现直径为50μm节流孔，满足气体静压导轨小间隙条件下的润滑要求；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；气体静压导轨刚度、节流孔径、气膜的工作间隙之间的关系是：随着节流孔径的减小，气膜的工作间隙减小，其气膜的工作间隙对应的气体静压导轨刚度增大，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，其对应的工作间隙约为6μm，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；长方形的上滑块上布置了四个节流孔，且四个节流孔均布置在上滑块的对角线上，每根对角线上分布有两个节流孔，节流孔距两对角线交点的距离相等，对节流孔在上滑块对角线上的位置进行优化，随着节流孔之间在长度方向上的距离的变化，将上滑块上节流孔之间在长度方向上的距离和上滑块的长度的比例作为节流孔在上滑块对角线位置上的变量，优化目标是上滑块的刚度最大；利用有限差分方法对上滑块在上滑块上节流孔之间在长度方向上的不同距离下进行计算，得到上滑块上节流孔之间在长度方向上的不同距离对应的静态特性曲线即不同的节流孔位置对应的静态特性曲线，得到当上滑块在上滑块上节流孔在长度方向之间的距离和上滑块的长度的比例为0.6时刚度曲线对应的刚度最大；长方形的侧面滑块上布置了两个节流孔，且两节流孔对称布置在侧面滑块水平中心线上；对两节流孔在侧面滑块水平中心线上的位置进行优化，随着侧面滑块上两节流孔之间距离的变化，将侧面滑块上两节流孔之间的距离和侧面滑块的长度的比例作为两节流孔在侧面滑块中心线位置上的变量，优化目标是侧面滑块的刚度最大；利用有限差分方法对侧面滑块在侧面滑块上两节流孔之间的不同距离下进行计算，得到侧面滑块上两节流孔之间的不同距离对应的静态特性曲线即不同的节流孔位置对应的静态特性曲线，得到当侧面滑块在侧面滑块上两节流孔之间的距离和侧面滑块的长度的比例为0.4时刚度曲线对应的刚度最大；长方形的下滑块上布置了两个节流孔，且节流孔对称布置在下滑块的垂直中心线上；对两节流孔在下滑块垂直中心线上的位置进行优化，随着下滑块上两节流孔之间的距离的变化，将下滑块上两节流孔之间的距离和下滑块的宽度的比例作为节流孔在下滑块垂直中心线位置上的变量，优化目标是下滑块的刚度最大；利用有限差分方法对下滑块在下滑块上两节流孔之间的不同距离下进行计算，得到下滑块上两节流孔之间的不同距离对应的静态特性曲线即不同的节流孔位置对应的静态特性曲线，得到当下滑块在下滑块上两节流孔之间的距离和下滑块的宽度的比例为0.4时刚度曲线对应的刚度最大。