光波超精密——進(jìn)口空氣靜壓導(dǎo)軌

超精機(jī)靜壓氣浮導(dǎo)軌是由高精度的靜導(dǎo)軌、動(dòng)導(dǎo)軌和氣浮軸承等部件組成。高速高壓氣浮軸承在導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，在動(dòng)靜壓導(dǎo)軌之間排放有氣浮軸承，氣體流動(dòng)形成潤(rùn)滑膜，使動(dòng)靜壓導(dǎo)軌表面不直接接觸。氣浮導(dǎo)軌與液壓導(dǎo)軌相比，具有摩擦阻力小、不粘滯、運(yùn)動(dòng)精度高的特點(diǎn)，在超精密機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等高精密儀器設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。當(dāng)氣浮軸承數(shù)確定，氣浮壓力、外荷載不變，動(dòng)導(dǎo)軌間隙氣膜厚度不變時(shí)，由于空氣移動(dòng)的粘度、動(dòng)導(dǎo)軌接觸面面積為定值，靜壓氣浮導(dǎo)軌所受的摩擦力與動(dòng)導(dǎo)軌的速度正相關(guān)。

光波超精密空氣導(dǎo)軌——進(jìn)口空氣靜壓導(dǎo)軌

由于氣浮軸承將氣體排入導(dǎo)軌間隙，使其粘性力大于慣性力2，隨著機(jī)床加工精度測(cè)量?jī)x測(cè)量精度的不斷提高，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精度和速度也不斷提高，氣浮導(dǎo)軌明顯具有摩擦阻力小、無粘滯、運(yùn)動(dòng)精度高的特點(diǎn)，而在超精密機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等高精密儀器設(shè)備中，已廣泛應(yīng)用。

當(dāng)氣浮軸承數(shù)確定，氣浮壓力、外荷載不變，動(dòng)導(dǎo)軌間隙氣膜厚度不變時(shí)，由于空氣移動(dòng)的粘度、動(dòng)導(dǎo)軌接觸面面積為定值，靜壓氣浮導(dǎo)軌所受的摩擦力與動(dòng)導(dǎo)軌的速度正相關(guān)。進(jìn)入導(dǎo)軌間隙的氣體由氣浮軸承排出，其粘性力大于慣性力2，隨著機(jī)床加工精度測(cè)量?jī)x測(cè)量精度的不斷提高，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)速度也不斷提高，氣浮導(dǎo)軌的摩擦力將對(duì)超精密機(jī)床的定位精度、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度產(chǎn)生不可忽視的影響3'。對(duì)超精密機(jī)床的定位精度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行研究，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[4-6]。

氣浮導(dǎo)軌表面可以描述為平板表面，在平板上橫置微溝槽以建立減阻分析模型。為防止微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)氣浮支座造成破壞，應(yīng)將減阻微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在2毫米的氣孔直徑范圍內(nèi)，不應(yīng)小于116-191。從加工成本和導(dǎo)軌寬度兩個(gè)方面考慮，將微結(jié)構(gòu)布局區(qū)長(zhǎng)度設(shè)置在5 mm，微結(jié)構(gòu)布局區(qū)后，仍保持原有的光滑表面。以流速入口為入口邊界條件，根據(jù)氣浮導(dǎo)軌氣體出口為大氣的實(shí)際情況，選擇壓力出口為出口邊界條件。研究結(jié)果表明，導(dǎo)軌單側(cè)寬度為9 mm，前后緩沖過渡段均設(shè)2 mm長(zhǎng)度；計(jì)算域大小2 mm×9 mm，用于整個(gè)物理模型。微細(xì)結(jié)構(gòu)的布局區(qū)域可以設(shè)置不同的構(gòu)型(如圖1所示)，微細(xì)結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀、位置和分布密度對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行減阻特性研究。

減阻是一個(gè)備受關(guān)注的科學(xué)問題，許多學(xué)者對(duì)減阻本身及其應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。在這些因素中，微結(jié)構(gòu)功能表面減阻是研究的熱點(diǎn)。非平滑表面具有一些特殊功能的微小拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被稱為微結(jié)構(gòu)功能面8]，例如微溝槽/肋板陣列[”1，微凹坑/凸包陣列，微金字塔陣列結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的特征尺寸一般為1~100微米，量級(jí)亞毫米級(jí)，能改善機(jī)械產(chǎn)品/部件的某些特性。一般情況下，這些微結(jié)構(gòu)功能表面分布在10~1000毫米大小的跨尺度機(jī)械表面上，可通過改變零件的界面效應(yīng)，改變摩擦[0]、潤(rùn)滑、粘著、耐磨和流體力學(xué)性能等物理特性，使機(jī)械產(chǎn)品和零部件的功能特性顯著提高12個(gè)百分點(diǎn)，例如：工作噪音、能耗、密封、潤(rùn)滑、使用壽命等。在航天器中，微結(jié)構(gòu)表面已被廣泛應(yīng)用[13，仿生結(jié)構(gòu)4，船舶工程{5]。

光波超精密技術(shù)研究院——進(jìn)口空氣靜壓導(dǎo)軌

氣體靜壓導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)部件和支撐部件通過氣膜彼此隔離，當(dāng)壓縮空氣靜壓導(dǎo)軌和支撐表面之間的空隙中排出時(shí)就形成了氣膜。這種氣浮墊通常在一組導(dǎo)軌中放置幾個(gè)。圖1為普通氣浮墊片工作原理圖。潔凈、干燥、恒壓的壓縮空氣從氣源向外通過節(jié)流器進(jìn)入氣腔，沿封氣朝向外流動(dòng)，在封氣面和承導(dǎo)面之間形成有承載能力的氣膜。在密封面處，氣腔承載力之和將氣浮墊和與其連接的平臺(tái)浮起。工況下承載力與載荷處于平衡狀態(tài)，從而產(chǎn)生氣體摩擦。負(fù)荷增大時(shí)，氣膜厚度降低，而負(fù)荷增大時(shí)，氣膜厚度增加；氣膜既起承壓作用，又起潤(rùn)滑作用。

光波超精密氣浮導(dǎo)軌——進(jìn)口空氣靜壓導(dǎo)軌

空氣靜壓導(dǎo)軌是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量的重要組成部分。早期研制的三坐標(biāo)摩擦導(dǎo)軌，大多采用滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌，因其摩擦阻力大，較易磨損，靜、動(dòng)摩擦系數(shù)差異較大，且在低速時(shí)容易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，已不能滿足測(cè)量精度和速度的不斷提高，因而逐漸用空氣靜壓導(dǎo)軌代替滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌。風(fēng)壓式導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，運(yùn)行平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)精度高，磨損小，是目前三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中使用zui廣泛的一種導(dǎo)軌形式。

空氣靜壓導(dǎo)軌的工作原理空氣靜壓導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)部件和承載部件通過氣膜相互隔離，氣膜是在壓縮空氣從氣浮器和承導(dǎo)面之間的空隙排放出來的。這種氣浮墊通常在一組導(dǎo)軌中放置幾個(gè)。圖1為普通氣浮墊片工作原理圖。潔凈、干燥、恒壓的壓縮空氣從氣源向外通過節(jié)流器進(jìn)入氣腔，沿封氣朝向外流動(dòng)，在封氣面和承導(dǎo)面之間形成有承載能力的氣膜。