基于光电自准直仪的静压长导轨设计及测量

　　1引言

　　在精密加工领域，特别是超精密加工领域中越来越离不开精密计量。目前，精密计量已成为精密加工技术发展的一个重要组成部分[1]。精密测量成为一门综合性交叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势[2]。

　　2静压导轨的工作原理

　　液体静压导轨靠润滑油泵把压力油送到导轨间隙中，强制形成润滑油膜，当油腔内润滑油压力所形成的合成液压力(承载力)同导轨的载荷(导轨系统自重和外加载荷)平衡时，便将导轨浮起[3]。

　　油腔内的压力油经封油边流出，由于油腔四周封油面的微小间隙的阻尼作用，润滑油流出时受到很大的阻力，使油腔内的润滑油继续保持压力，从而能继续将导轨浮起，润滑油流出后汇集到油箱，组成油路的循环系统[3]。

　　按照导轨的布置方式不同，分为开式导轨和闭式导轨。闭式液体静压导轨的运动件，除在其运动方向具有一个自由度外，其余运动自由度都有导轨的结构所约束(属于几何封闭)。液体静压导轨具有如下优点[4]：

　　①摩擦阻力小。由于是纯液体摩擦，摩擦系数很小(仅为0.005)。

　　②油膜具有均化作用，可提高导轨精度。

　　③低速不产生爬行现象。

　　④承载力大，刚度高，吸振性好，导轨运动平稳。

　　⑤使用寿命长。

　　闭式液体静压导轨除具有上述优点，还具有下列优点：

　　①能承受正、反向的负载，承受偏载荷及颠覆力矩的能力较强。

　　②导轨的结构刚度高。

　　由于所研发的超精密机床需要很高的油膜刚度及运动精度，故采用闭式导轨结构，其工作原理如下图1所示。

　　3闭式静压导轨的静力学分析

　　对上面设计的导轨在静止状态用ANSYS12软件进行静力学分析，结果如下图2所示，得到它的变形最大为侧溜板的端部3μm，需要装刀架的溜板最大变形为1.2μm左右，而导轨由于受到前后基本均匀的受力，变形很小。这样本设计是符合要求的。传动方式选择直线电机直接驱动。对溜板的平衡选择无摩擦的气缸平衡系统，这样就将运动方向的摩擦降到最小。

　　4光电自准直仪原理及用途

　　为了控制机床、仪器导轨、或其它窄而长平面的直线度误差，常在垂直平面、水平平面内进行检测。常用的测量仪器有刀口尺、框式水平仪、合成像水平仪、电子水平仪和光电自准直仪等[3]。