测量机中的空气静压导轨是实现三坐标测量机三维运动的重要部件。很早开发设计的三坐标测量机，较多采用的是滑动摩擦导轨，由于其摩擦阻力大，较易磨损，静、动摩擦的系数之间差别大，而且测量机低速时容易产生爬行现象，已经不能满足测量机精度和速度的不断提高，因此滑动摩擦导轨已逐渐被空气静压导轨所取代。空气静压导轨摩擦系数小，运行平稳，而且运动精度高、磨损小，成为目前三坐标测量机中使用较为广泛的导轨形式。

1·空气静压导轨的工作原理

空气静压导轨的运动部件和承导件由气膜彼此隔开，这个气膜是当压缩空气从气浮垫与承导面之间的间隙排出时形成的。这样的气浮垫在一组导轨中通常要布置几个。图1是一个普通气浮垫的工作原理图。从气源送来的清洁、干燥、恒压的压缩空气经节流器进入气腔并沿着封气面向外流出，在封气面与承导面之间形成具有承载能力的气膜。气腔与封气面处气膜的承载能力之和将气浮垫及与之相连的工作台浮起。工作中承载能力与载荷处于平衡状态，从而实现气体摩擦。当载荷增 大时气膜厚度减小，载荷减小时气膜厚度增 大。气膜一方面起着承载的作用，同时也起着润滑的作用。

2·具体结构及应用要求

本文三坐标测量机Z轴气垫需要承载的重量总和为204.74N，而在Z轴中起到承载作用的气浮垫为2个，那么单个气浮垫的承载重量为102.37N。本文的气浮垫结构设计的气腔半径r1取值为7mm，气浮垫半径r2取值为38mm，按承载能力公式计算得出承载重量为134N，远远大于需要承受的MAX负载102.37N，经理论计算如图2所示结构气浮垫完全可以满足负载要求。

在气浮垫设计时，还必 须要充分考虑到气浮垫的设计不完善会造成气锤振荡的现象，从而使仪器不稳定。容积比是造成气锤振荡的主要原因，由容积比计算公式得出此结构气浮整容积比为0.048，满足容积比要求范围0.02~0.05之间，容积比设计也满足要求，不会发生气锤振荡现象。

在实际应用中，气浮垫的特性是比较复杂的，受到多方面因素的影响。当气浮导轨精度要求较高时，就必 须考虑以下实际因素：

（1）对空气轴承提供的供气压力越大，则其承载能力以及刚度也越大。一般供气压力为0.3~0.6МРа。

（2）要提高空气轴承的承载能力及刚度可以通过增加节流孔的数目来实现。一般在气浮垫的中间位置排列节流孔。

（3）改 善气浮轴承的特性可以适当地对气膜厚度和节流孔直径的大小进行调整，这种方法简单且有 效。同样尺寸的空气轴承，将工作时的气膜厚度和节流孔直径减小能够对轴承的刚度提高，但如果节流孔太小的话对加工制造增加了难度，而且容易发生堵塞的现象，所以具体到空气轴承的设计还要考虑到使用环境以及加工水平等实际因素。

（4）空气轴承如果发生领斜，则气膜不均匀会降低气浮轴承的刚度，因此在使用时要尽量避免这一现象。在气浮导轨设计过程中，可以把同一方向上的空气轴承分布的尽量远些。此外，气膜的厚度对轴承的倾斜效应影响也比较大，当气膜的厚度较小时，轴承承载能力的变化对轴承的倾斜不敏 感；当气膜的厚度较大时，轴承承载能力随倾斜率增 大而增 大；气膜厚度越小，轴承刚度的变化对轴承的倾斜越敏 感。

（5）不同的气膜厚度情况下，空气轴承特性的变化规律是不一致的。以一种气膜厚度下的轴承特性变化不一定能正确推断出另外一种气膜厚度下的轴承特性。在实际情况中往往要根据要求使用合适的气膜厚度。

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