本文设计了一种新型的、运用于“大型非球曲面光学零件超精密加工机床”(总装备部预研项目)的主导轨卸荷系统。该卸荷系统既有机械式卸荷量恒定的特点,又有静压气体润滑的无摩擦、运行平稳等优点,而且还能够精确调节卸荷量。分析了卸荷系统对精密导轨精度的影响,设计了卸荷系统总体结构。设计了一种特殊的卸荷弹簧机构,该机构可以将精密导轨的负荷连接到卸荷浮板上,并且能够精确调整卸荷量的大小。设计了卸荷浮板结构,并计算了卸荷浮板在不同供气压力下的气膜厚度、承载能力和气膜刚度。设计并校核了卸荷梁的弯曲强度。综合计算结果表明:本文讨论的卸荷系统卸荷量应在1000Kg以上,供气压力应在0.5～0.6MPa之间。通过加载不同载荷量的方法,测量了卸荷弹簧刚度;用“单尺反转误差分离法”,测量了卸荷系统作用下的导轨直线度精度。结果表明:该卸荷系统能够保证导轨高直线度要求,当卸荷量为1200Kg时,主导轨直线度达到了0.375μm/600mm。分析了当卸荷量大于1000Kg、供气压力大于0.5MPa时,卸荷系统产生的“气锤”现象,用排除法以及静压气体不稳定性理论,分析了引起“气锤”现象的原因是:加载卸荷量以后,卸荷浮板弯曲变形,破坏了正常的气膜间隙,卸荷浮板气浮面中间凹起,增大了气浮面的容积效应。用有限元软件ANSYS,对卸荷浮板在不同卸荷量下的变形建模求解;根据有限元计算结果,得到了当卸荷浮板气浮面Y方向变形小于12.5μm时,能够避免“气锤”现象的产生。绘制了关于矩形气浮面的稳定界限曲线图,在图中给出了气浮面倾斜角度与供气压力相对于“气锤”振动的稳定区域。用电感仪测量了卸荷浮板在不同卸荷量下的变形,测量结果与有限元计算结果相吻合,说明卸荷浮板有限元建模及计算结果正确,对卸荷浮板气浮面的分析正确可靠。分析了当卸荷量为1400Kg时的卸荷浮板有限元计算结果,对卸荷浮板结构提出几点修改建议,优化计算了修改结构后的卸荷浮板筋高,得到当筋高大于65mm时,能够保证气浮面Y方向变形小于12.5μm,能够保证当卸荷量大于1000Kg、供气压力大于0.5MPa时,卸荷幅板不会产生汽锤现象。