一種基于光學材料的高精度高剛度氣體靜壓導軌的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及氣體靜壓導軌技術(shù)領域，尤其是一種基于光學材料的高精度高剛度氣 體靜壓導軌。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著精密測量和加工技術(shù)的發(fā)展，測量儀器和加工設備對支撐零部件的性能提出 了更高的要求，氣體靜壓導軌具備滿足運些性能的潛力，但其存在承載和剛度低的缺點，使 其僅在小載荷的測量儀器和加工設備中得到應用。如何提升氣體靜壓導軌的承載和剛度， 一直是國內(nèi)外眾多學者重點研究的問題。
[0003] 根據(jù)氣體靜壓導軌的工作原理，提高氣體靜壓導軌的方法有：(a)減小節(jié)流孔徑， 導致導軌氣膜工作間隙減小，美國ProfessionInstrument公司制造了直徑100mm，平均間 隙2. 5ym的10B型靜壓氣體軸承，徑向承載800N，剛度達到374N?ym-1?；┰龃笥行Ч?jié) 流面積，運種方法受空間限制。（C)提高氣源壓力，運種方法容易導致氣體靜壓導軌的不穩(wěn) 定。
[0004] 減小節(jié)流孔徑將使最佳剛度（工作區(qū)間）對應的氣膜間隙減小。氣膜間隙減小的 條件下，為了保證小氣膜間隙的氣體潤滑，對氣體靜壓滑塊單元帶來的極高的加工要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于光學材料的高精度高剛度氣體靜壓 導軌。為了使導軌達到高精度，首先要實現(xiàn)其高剛度。本發(fā)明采用減小節(jié)流孔徑的方式提 高氣體靜壓導軌剛度，根據(jù)理論計算，減小節(jié)流孔徑會導致氣膜工作間隙（最大剛度對應 的間隙附近區(qū)間）減小，工作間隙減小將對導軌的加工制造和裝配提出更高的要求，因此， 本發(fā)明采用光學材質(zhì)作為導軌材料，運樣可W采用光學加工的方法制作導軌，保證了小間 隙氣膜的潤滑狀態(tài)。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于光學材料的高精度高剛度氣體靜壓導軌，其特征在于：包括導軌、側(cè)面滑 塊、上滑塊、下滑塊和支撐座，所述導軌采用MgO-A1203 -Si02系統(tǒng)微晶玻璃經(jīng)光學加工 方法加工而成，所述側(cè)面滑塊、上滑塊、下滑塊和支撐座均采用大理石制作而成，所述導軌 上設有上滑塊，所述導軌的兩側(cè)分別設有一側(cè)面滑塊，所述導軌的底部兩側(cè)均設有一下滑 塊，所述側(cè)面滑塊與上滑塊連接，所述下滑塊與其相鄰的側(cè)面滑塊連接，所述導軌的底部設 置在支撐座上，導軌W及設置在導軌上的側(cè)面滑塊、上滑塊和下滑塊由支撐座支撐，所述上 滑塊、側(cè)面滑塊W及下滑塊上均部設有直徑為50ym的節(jié)流孔，氣體靜壓導軌供氣后，側(cè) 面滑塊、上滑塊、下滑塊與導軌之間構(gòu)成氣體靜壓潤滑。導軌材料采用的是MgO-A1203 -Si02系統(tǒng)微晶玻璃（光學材料），利用其機械強度高，絕緣性能優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)低、耐化學 腐蝕、耐磨、熱穩(wěn)定性好的特性，其作為導軌原材料十分合適。導軌的材料為光學材料，導軌 也就采用光學加工方法加工成型，其加工方法為：經(jīng)磁流變拋光（MR巧和計算機控制修形 (CCO巧后，利用干設儀狂ygo公司生產(chǎn)的WATTS180型）進行面形的測量，通過測量結(jié)果決 定下一次的加工方式（MRF或者CC0巧和去除量，在加工和測量之間反復迭代，直至面形滿 足加工的要求。上述加工方法在光學加工領域是常規(guī)加工技術(shù)，本發(fā)明采用光學加工的方 法加工微晶玻璃，使其能達到極高的面形精度，由于有了較高的加工精度，保證了小間隙條 件下的氣體靜壓潤滑條件，實現(xiàn)了氣體靜壓潤滑的高剛度。
[0008] 本發(fā)明中，所述側(cè)面滑塊同理螺母與上滑塊相連接，所述下滑塊通過螺母與其相 鄰的側(cè)面滑塊連接。
[0009] 本發(fā)明中：所述上滑塊、側(cè)面滑塊W及下滑塊上均部設有直徑為50ym的節(jié)流孔。 因為50ym節(jié)流孔對應的氣膜間隙很小約為6ym，本發(fā)明采用光學材料作為原材料，采用 光學加工方法進行加工，能夠?qū)崿F(xiàn)50ym節(jié)流孔。氣體靜壓導軌剛度、節(jié)流孔徑、氣膜最佳 工作間隙之間的關系如圖4和圖5所示，隨著節(jié)流孔徑的減小，氣膜的最佳工作間隙減小， 其最佳工作間隙對應的氣膜剛度增大。通過減小節(jié)流孔可W有效的提高氣膜剛度。但是，減 小節(jié)流孔的同時，氣膜的最佳工作間隙（最大剛度對應的氣膜間隙）相應的減小。200ym 的節(jié)流孔徑滑塊最大剛度約為18N/ym，其對應的最佳間隙約為16ym;50ym的節(jié)流孔徑 滑塊最大剛度約為38N/ym，其對應的最佳間隙約為6ym。氣體靜壓導軌要想達到高剛度， 需要采用50ym節(jié)流孔，為了滿足小間隙的氣體靜壓潤滑要求，必須對導軌的節(jié)流面面形 精度提出更高的要求。導軌采用微晶玻璃材料，可W光學加工達到較高的面形精度。用光 學加工微晶玻璃導軌，可W很好的滿足氣體靜壓導軌小間隙條件下的潤滑要求，從而達到 高剛度。導軌材料的低膨脹系數(shù)和氣體靜壓潤滑的高剛度可W保證氣體靜壓導軌具備極高 的精度。
[0010] 本發(fā)明中：節(jié)流孔由紅寶石打孔制成，通過沖壓的方式將打有節(jié)流孔的紅寶石固 定在銅柱上構(gòu)成節(jié)流器，所述節(jié)流孔的中屯、軸線與銅柱的中屯、軸線重合，所述節(jié)流孔下方 的銅柱空腔形成氣腔，所述銅柱再將節(jié)流器安裝在滑塊上。幾何結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中b為 銅柱直徑，d為節(jié)流孔徑，a為氣腔直徑，h為氣膜間隙。
[0011] 本發(fā)明的有益效果：
[0012] 本發(fā)明導軌采用微晶玻璃制作而成，其良好的機械性能保證了導軌的精度較高。 由于導軌采用了微晶玻璃作為原材料，通過光學加工方法加工微晶玻璃，能使導軌其能達 到極高的面形精度。本發(fā)明保證了小間隙條件下的氣體靜壓潤滑條件，實現(xiàn)了氣體靜壓潤 滑的高剛度。
【附圖說明】
[0013] 圖1本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖
[0014] 圖2本發(fā)明的主視圖
[0015] 圖3本發(fā)明的側(cè)視圖
[0016] 圖4不同節(jié)流孔徑的承載曲線圖
[0017] 圖5不同節(jié)流孔徑的剛度曲線圖 陽0化]圖6顯微鏡下的50ym節(jié)流孔
[0019] 圖7節(jié)流器結(jié)構(gòu)示意圖
[0020] 圖8上滑塊節(jié)流孔布局圖
[0021] 圖9節(jié)流孔位置對上滑塊靜態(tài)特性的影響
[0022] 圖10側(cè)面滑塊節(jié)流孔布局圖
[0023] 圖11節(jié)流孔位置對側(cè)面滑塊靜態(tài)特性的影響
[0024] 圖12下滑塊節(jié)流孔布局圖
[00巧]圖13節(jié)流孔位置對下滑塊靜態(tài)特性的影響[0026]附圖標記說明： 陽〇27] ①、上滑塊 陽02引②、導軌W29] ③、左側(cè)滑塊 陽030] ④、下滑塊 陽0川⑥、支撐座 齡對⑧、下滑塊 柳劉⑦、右側(cè)滑塊
【具體實施方式】
[0034] 下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0035]參照圖1，為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖，一種基于光學材料的高精度高剛度氣體靜壓導 軌，包括導軌2、側(cè)面滑塊、上滑塊1、下滑塊4和支撐座5,所述導軌2采用MgO-A1203 -Si02系統(tǒng)微晶玻璃經(jīng)光學加工方法加工而成，所述側(cè)面滑塊、上滑塊1、下滑塊4和支撐座 5均采用大理石制作而成，所述導軌2上設有上滑塊1，所述導軌2的兩側(cè)分別設有一側(cè)面 滑塊，分別為左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊7。所述導軌2的底部兩側(cè)均設有一下滑塊6,所述側(cè) 面滑塊通過螺母與上滑塊1連接，所述下滑塊6通過螺母與其相鄰的側(cè)面滑塊連接，所述導 軌2的底部設置在支撐座5上，導軌2W及設置在導軌2上的側(cè)面滑塊、上滑塊1和下滑塊 6由支撐座5支撐，所述上滑塊1、側(cè)面滑塊W及下滑塊4上均部設有直徑為50ym的節(jié)流 孔，氣體靜壓導軌供氣后，側(cè)面滑塊、上滑塊、下滑塊與導軌之間構(gòu)成氣體靜壓潤滑。導軌材 料采用的是MgO-A1203 -Si02系統(tǒng)微晶玻璃（光學材料），利用其機械強度高，絕緣性能 優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)低、耐化學腐蝕、耐磨、熱穩(wěn)定性好的特性，其作為導軌原材料十分合適。 導軌的材料為光學材料，導軌也就采用光學加工方法加工成型，其加工方法為：經(jīng)磁流變拋 光（MR巧和計算機控制修形（CC0巧后，利用干設儀狂ygo公司生產(chǎn)的WATTS180型）進行 面形的測量，通過測量結(jié)果決定下一次的加工方式（MRF或者CC0巧和去除量，在加工和測 量之間反復迭代，直至面形滿足加工的要求。上述加工方法在光學加工領域是常規(guī)加工技 術(shù)，本發(fā)明采用光學加工的方法加工微晶玻璃，使其能達到極高的面形精度，由于有了較高 的加工精度，保證了小間隙條件下的氣體靜壓潤滑條件，實現(xiàn)了氣體靜壓潤滑的高剛度。
[0036] 所述上滑塊、側(cè)面滑塊W及下滑塊上均部設有50ym節(jié)流孔。圖6為顯微鏡下的 50ym節(jié)流孔。因為50ym節(jié)流孔對應的氣膜間隙很小約為6ym，本發(fā)明采用光學材料作為 原材料，采用光學加工方法進行加工，能夠?qū)崿F(xiàn)50ym節(jié)流孔。氣體靜壓導軌剛度、節(jié)流孔 徑、氣膜最佳工作間隙之間的關系如圖4和圖5所示，隨著節(jié)流孔徑的減小，氣膜的最佳工 作間隙減小，其最佳