測量機中的空氣靜壓導軌是實現(xiàn)三坐標測量機三維運動的重要部件。最早開發(fā)設(shè)計的三坐標測量機，較多采用的是滑動摩擦導軌，由于其摩擦阻力大，較易磨損，靜、動摩擦的系數(shù)之間差別大，而且測量機低速時容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，已經(jīng)不能滿足測量機精度和速度的不斷提高，因此滑動摩擦導軌已逐漸被空氣靜壓導軌所取代。空氣靜壓導軌摩擦系數(shù)小，運行平穩(wěn)，而且運動精度高、磨損小，成為目前三坐標測量機中使用最為廣泛的導軌形式。
1·空氣靜壓導軌的工作原理
空氣靜壓導軌的運動部件和承導件由氣膜彼此隔開，這個氣膜是當壓縮空氣從氣浮墊與承導面之間的間隙排出時形成的。這樣的氣浮墊在一組導軌中通常要布置幾個。圖1是一個普通氣浮墊的工作原理圖。從氣源送來的清潔、干燥、恒壓的壓縮空氣經(jīng)節(jié)流器進入氣腔并沿著封氣面向外流出，在封氣面與承導面之間形成具有承載能力的氣膜。氣腔與封氣面處氣膜的承載能力之和將氣浮墊及與之相連的工作臺浮起。工作中承載能力與載荷處于平衡狀態(tài)，從而實現(xiàn)氣體摩擦。當載荷增大時氣膜厚度減小，載荷減小時氣膜厚度增大。氣膜一方面起著承載的作用，同時也起著潤滑的作用。
2·具體結(jié)構(gòu)及應用要求
本文三坐標測量機Z軸氣墊需要承載的重量總和為204.74N，而在Z軸中起到承載作用的氣浮墊為2個，那么單個氣浮墊的承載重量為102.37N。本文的氣浮墊結(jié)構(gòu)設(shè)計的氣腔半徑r1取值為7mm，氣浮墊半徑r2取值為38mm，按承載能力公式計算得出承載重量為134N，遠遠大于需要承受的最大負載102.37N，經(jīng)理論計算如圖2所示結(jié)構(gòu)氣浮墊可以滿足負載要求。
在氣浮墊設(shè)計時，還必須要充分考慮到氣浮墊的設(shè)計不完善會造成氣錘振蕩的現(xiàn)象，從而使儀器不穩(wěn)定。容積比是造成氣錘振蕩的主要原因，由容積比計算公式得出此結(jié)構(gòu)氣浮整容積比為0.048，滿足容積比要求范圍0.02~0.05之間，容積比設(shè)計也滿足要求，不會發(fā)生氣錘振蕩現(xiàn)象。
在實際應用中，氣浮墊的特性是比較復雜的，受到多方面因素的影響。當氣浮導軌精度要求較高時，就必須考慮以下實際因素：
?。?）對空氣軸承提供的供氣壓力越大，則其承載能力以及剛度也越大。一般供氣壓力為0.3~0.6МРа。
?。?）要提高空氣軸承的承載能力及剛度可以通過增加節(jié)流孔的數(shù)目來實現(xiàn)。一般在氣浮墊的中間位置排列節(jié)流孔。
?。?）改善氣浮軸承的特性可以適當?shù)貙饽ず穸群凸?jié)流孔直徑的大小進行調(diào)整，這種方法簡單且有效。同樣尺寸的空氣軸承，將工作時的氣膜厚度和節(jié)流孔直徑減小能夠?qū)S承的剛度提高，但如果節(jié)流孔太小的話對加工制造增加了難度，而且容易發(fā)生堵塞的現(xiàn)象，所以具體到空氣軸承的設(shè)計還要考慮到使用環(huán)境以及加工水平等實際因素。
?。?）空氣軸承如果發(fā)生領(lǐng)斜，則氣膜不均勻會降低氣浮軸承的剛度，因此在使用時要盡量避免這一現(xiàn)象。在氣浮導軌設(shè)計過程中，可以把同一方向上的空氣軸承分布的盡量遠些。此外，氣膜的厚度對軸承的傾斜效應影響也比較大，當氣膜的厚度較小時，軸承承載能力的變化對軸承的傾斜不敏感；當氣膜的厚度較大時，軸承承載能力隨傾斜率增大而增大；氣膜厚度越小，軸承剛度的變化對軸承的傾斜越敏感。
?。?）不同的氣膜厚度情況下，空氣軸承特性的變化規(guī)律是不一致的。以一種氣膜厚度下的軸承特性變化不一定能正確推斷出另外一種氣膜厚度下的軸承特性。在實際情況中往往要根據(jù)要求使用合適的氣膜厚度。
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