新闻 - 用于无摩擦精密运动的花岗岩气浮轴承和导轨

每一个无摩擦精密平台都依赖于两个看不见的因素：一层几微米厚的气膜，以及其下方表面的质量。气浮轴承已成为精密测量、三坐标测量、平面度和圆度检测以及超精密定位的首选运动技术——这并非因为它们结构简单，而是因为它们消除了伺服系统无法弥补的一个缺陷：接触。

本文解释了气浮轴承的工作原理，为什么气浮轴承下方的花岗岩是一个精密部件而不是支撑块，以及在订购花岗岩气浮平台之前需要明确哪些内容。

ZHHIMG 车间的大块花岗岩表面——这些板材的成品表面质量是气膜赖以运行的基础。

1. 什么是气浮轴承？

气浮轴承利用一层薄薄的压缩空气膜来支撑和引导运动部件，而不是依靠滚动或滑动接触。压缩空气通过节流孔和节流阀进入轴承垫和导向面之间的间隙。这层空气膜中的压力承受载荷；空气膜本身将两个表面完全隔离开来。

其结果直接源于物理原理。由于没有固体接触，低速运转时不会出现粘滑现象，润滑剂不会老化或受到污染，磨损也几乎为零——这就是为什么设计合理的空气轴承平台能够保持数十年性能的原因。运动真正意义上变得平稳：运动部件始终不与任何物体接触。

2. 如何实现非接触式运动

其工作原理在横截面图中最容易理解：

花岗岩气浮台的横截面（为了清晰起见，夸大了气膜厚度）。

花岗岩基座和导轨形成系统的重叠基准面。
气浮滑块包裹导轨；压缩空气从此处进入。孔口和节流结构并填补了这一空白，成为一个连续体空气膜.
A 直线电机提供非接触式驱动，因此力链也没有机械传动装置。
A 线性标尺或激光干涉仪直接在移动平台上闭合位置环路。
这有效载荷测量轴、光学头、工件在平台上移动，而不会接触导轨。

列表中的每一个元素都是为了保护一件事而存在的：气隙的几何形状。

3. 为什么气浮系统需要高精度基准面

气浮轴承没有机械柔性可以掩盖。薄膜在一定程度上可以平均化微观粗糙度，但在轴承垫上，它会忠实地反映导轨的形状误差：如果花岗岩导轨在行程中上升十分之一微米，滑块也会随之上升。导轨的直线度和平面度几乎直接影响平台的运动误差。

这就是为什么表面质量在气浮系统中起着双重作用的原因。形式– 在整个行程中的平坦度和直线度 – 定义了几何精度。质地局部表面光洁度、孔隙率和划痕决定了薄膜保持压力的均匀性。肉眼不可见的划痕可能造成压力泄漏；位置不当的孔隙会导致局部压力下降。花岗岩能够很好地满足这两种要求，因为它可以研磨至亚微米级，形成精细、无孔、耐磨的表面，并且在潮湿的供气环境中不会腐蚀。

4. 花岗岩导轨和花岗岩基座的作用

在花岗岩系统中，花岗岩通常扮演四种角色：根据它承载着一切并提供测量数据，导轨定义旅行路线直线性的桥梁和柱子用于在预紧设计中固定相对的轴承垫，以及参考面用于计量学。花岗岩的优势在于其稳定性：热膨胀系数低、振动阻尼大、不生锈，且几何形状在多年载荷循环后不会发生蠕变。

从工程学的角度来看，这一切都不是自动的。花岗岩机床气浮轴承系统的设计必须考虑整个结构、载荷分布、热环境以及机器的误差范围，而不能仅仅根据尺寸从产品目录中选择。例如，轴承预紧力取决于相对气垫之间的几何形状，这意味着轴承公差和轴承设计必须同步进行。

5. 典型应用

凡是接触会影响结果的地方，都会采用花岗岩气浮系统：

三坐标测量机和坐标测量系统– 无摩擦轴和稳定基准，确保探测精度。
视频测量和光学检测设备– 成像系统平滑扫描运动。
圆度和平面度测量设备– 主轴和工作台，其中参考运动必须比被测零件更纯净。
半导体定位平台– 在受控环境中进行清洁、非接触、无颗粒物产生的运动。
精密激光加工平台– 高速运行时保持梁与工件几何形状稳定。
直线电机平台和超精密机床——其中，驾驶和引导均采用非接触式设计。

6. 设计花岗岩气浮平台前需要确认的参数

气浮平台是一种系统设计。在请求方案之前，请明确以下内容：

加载和加载图– 质量、重心位置以及二者在运动过程中的变化。
行程和轴配置– 行程、单轴或堆叠轴、滑架占地面积。
运动精度目标– 直线度、行驶平顺性、俯仰角、横滚角、偏航角、定位精度和重复性。
刚度要求– 舞台在切割、探测或加速力作用下可能发生的形变程度。
空气供应条件– 可用压力、露点、过滤等级。
驱动和反馈– 线性电机规格、标尺或干涉仪，以及它们在花岗岩上的安装位置。
环境– 温度范围和梯度、振动地板、洁净度等级。
接口– 嵌件、销钉图案、电缆管理、安装框架、水平调节。

其中两项尤其值得强调：导向直线度和局部表面质量取决于花岗岩的加工工艺，而刚度和油膜性能则取决于气路设计——这两者密切相关。请将这两项要求作为一套统一的要求提供给供应商，并坚持要求他们提供这两项的测量结果。

7. ZHHIMG® 定制能力

中兴制造花岗岩气浮提供定制组件和完整平台：经研磨的花岗岩底座和导轨，几何形状经过认证；匹配的轴承表面组；加工的嵌件和接口；以及在温控装配车间内与金属、陶瓷和运动部件的集成。这是其更广泛的业务的一部分。精密花岗岩解决方案产品组合中，每个关键气浮轴承表面都附带测量文档——几何值、仪器和条件——因此，薄膜的关键质量是可验证的，而不是承诺的。