空气静压丝杠的发展与高刚性化

　　1前言

　　众所周知，近年来随着各种高精度加工设备，检测仪器的不断发展，特别是随着LSI工业中半导体制造装置及在微电子工业领域内光刻机的不断发展，人们对作为运动部件的导轨和传动系统的精度提出了越来越高的要求。

　　空气静压导轨利用粘度极低的气体作为润滑剂，无摩擦，可达到极高的运动精度和定位精度。现阶段空气静压导轨已成功地应用于三坐标测量机等高精度设备中，但在这些设备中采用的驱动机构一般都是滑动丝杠、滚珠丝杠、摩擦驱动机构等含有固体摩擦的机构，其结果是抵消了空气静压导轨的长处，使整体运动精度很难达到高精度，同时由于摩擦的存在也影响了运动机构的寿命:空气静压丝杠在进给丝杠中充满空气，利用粘度极低的气体作为润滑剂，不存在固体摩擦，因而没有固体磨损，可以极大地提高空气静压丝杠的使用寿命。另外，空气静压丝杠与螺母之间存在很薄的空气膜，具有气体的均化效应。同传统的丝杠相比可以有效地降低设备对丝杠及螺母的加工精度要求，从而减少了丝杠及螺母的形状误差对整体运动精度的影响。同空气静压导轨结合使用可以获得较高的运动精度和定位精度。

　　虽然空气静压丝杠可以极大地提高仪器和设备的运动精度，但由于空气的可压缩性，空气静压丝杠又有轴向刚度低的缺点。目前，国内外各研究部门都在进行空气静压丝杠高　刚性化的研究，采用了多种方法来提高空气静压丝杠的轴向刚度，以此来扩展空气静压丝杠的应用领域。

　　2空气静压丝杠的典型结构及其性能比较

　　2.1国内外空气静压丝杠的典型结构

　　在国外，美、英、法、日等发达国家为顺应本国高新技术发展的需要，一直对气体润滑领域的研究与技术开发给予很大的关注。他们除对设计理论、计算方法、工作特性等方面进行深入研究外，同时致力于将之应用到高新技术产品，特别是高精度产品的开发上，其中对空气静压丝杠的研究尤以日本最为突出。

　　日本早期研制的空气静压丝杠采用了小孔节流的形式，其牙型为梯形，如图1所示。在此空气静压丝杠中，空气经由螺母上的各个进气孔进人丝杠与螺母之间的间隙形成气膜，然后通过出气孔排出。此种空气静压丝杠的轴向刚度较低。近年来，国外又出现了多孔质材料的空气静压丝杠，其结构如图2所示。在此空气静压丝杠中为了提高空气静压丝杠的有效工作面积采用了矩形牙结构，在矩形牙上又以多孔质材料替代了以往结构中的节流孔。由于多孔质材料属于蜂窝状结构，其工作面相当于很多直径在数十到数百微米之间的节流孔同时工作，可有效地提高丝杠的承载刚度。