三坐標測量機的結(jié)構(gòu)材料

[復(fù)制鏈接]

Robin-yu

電梯直達

1^#

發(fā)表于 2009-12-6 11:07:33 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

三坐標測量機的結(jié)構(gòu)材料對其測量精度、性能有很大影響，隨著各種新型材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用，三坐標測量機的結(jié)構(gòu)材料也越來越多，性能也越來越好。常見的結(jié)構(gòu)材料主要有以下一些。

一、　　鑄鐵
鑄鐵是應(yīng)用較為普遍的一種材料，主要用于底座、滑動與滾動導(dǎo)軌、立柱、支架、床身等。它的優(yōu)點是變形小、耐磨性好、易于加工、成本較低、線膨脹系數(shù)與多數(shù)被測件（鋼件）接近，是早期三坐標測量機廣泛使用的材料。至今在有些測量機上仍主要用鑄鐵材料。但鑄鐵也有缺點：易受腐蝕，耐磨性低于花崗石，強度不高。目前鑄鐵主要用在劃線機等測量機上。現(xiàn)在越來越多地為其它材料（如鋼板焊件、花崗石）代替。但也有些公司，如瑞士的SIP公司認為鑄鐵是較為理想的基座材料，它的線膨脹系數(shù)與鋼接近，在整個機器結(jié)構(gòu)中只采用鐵金屬材料可避免復(fù)雜變形；鑄件可經(jīng)過較長時間的自然時效，有利于保持長期穩(wěn)定性。
二、　　鋼
鋼主要用于外殼、支架等結(jié)構(gòu)，有的測量機底座也采用鋼。一般采用低碳鋼，而且必須要進行熱處理。鋼的優(yōu)點是剛性和強度好。它的缺點是容易變形，這是因為鋼在加工之后，內(nèi)部的殘余應(yīng)力釋放導(dǎo)致變形。
鋼材料的又一優(yōu)點是可用焊接件。在80年代初期焊接件成功地應(yīng)用于測量機及機器人。與鑄鐵件相比較，焊接件有以下優(yōu)點：
1、焊接構(gòu)件經(jīng)過充分地人工時效后可獲得較高的穩(wěn)定性。
2、能獲得較高剛度，設(shè)計的靈活性比鑄件要好，鋼構(gòu)件比鑄鐵輕。更為突出的是，在許可條件下，可以焊接出空腔甚至多腔結(jié)構(gòu)的封閉型高強度薄殼零件。在這方面，鑄件是難以達到的。
3、焊接件的尺寸可以得到很好的控制。成批生產(chǎn)條件下，靠夾具保證焊接件的尺寸；在單件或小批量生產(chǎn)時則靠工人的技術(shù)掌握。目前可以將誤差控制在±1mm以內(nèi)，因此在外形設(shè)計和加工余量上都可以得到控制。
當然，焊接件質(zhì)量的優(yōu)劣在很大程度上依賴于配套設(shè)備的性能。如專用的夾具、彎板以及自動焊接設(shè)備等。目前，采用這種構(gòu)件的廠家有中國航空精密研究所等，其產(chǎn)品的代號為SZC-1065、SZC-654及IOTA。國外也有許多制造商將焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用到三坐標測量機中，如意大利DEA公司的BETA，DELTA，LAMBDA。

三、　　花崗石
花崗石比鋼輕，比鋁重，是目前應(yīng)用較為普遍的一種材料。花崗巖的主要優(yōu)點是變形小、穩(wěn)定性好、不生銹，易于作平面加工，易于達到比鑄鐵更高的平面度，適合制作高精度的平臺與導(dǎo)軌。目前許多三坐標測量機采用這種材料。如Leitz和Zeiss三坐標測量機，大部分采用花崗石材料。國內(nèi)具有代表性的有青島前哨公司的ZC系列全花崗石固定橋式高精度三坐標測量機。它的基座、工作臺、橋框、各軸導(dǎo)軌、Z軸等全用花崗巖制造。花崗石可用于作工作臺、角尺、立柱、橫梁、導(dǎo)軌、支架、殼體等。由于花崗石的熱膨脹系數(shù)小，很適合與氣浮導(dǎo)軌配合。
花崗石也存在不少缺點，主要是：雖然可以用粘貼的方法制成空心結(jié)構(gòu)，但較麻煩；實心結(jié)構(gòu)質(zhì)量大，不易加工，特別是螺釘孔和光孔難以加工，不能將磁力表架吸附到其上，造價高于鑄鐵；花崗石材質(zhì)較脆，粗加工時容易崩邊；遇水會產(chǎn)生微量變形。使用中應(yīng)注意防水防潮，禁止用混水的清洗劑擦拭花崗石表面，也應(yīng)防止靜壓氣體中的水分對導(dǎo)軌的影響。
四、　　陶瓷
陶瓷是近年來發(fā)展很快的材料。它是將陶瓷材料壓制成形后燒結(jié)，再研磨而得。它的特點是多孔、質(zhì)量輕（密度約為3g/cm3 ）、強度高、易加工、耐磨性好、不生銹，適于作Y軸和Z軸導(dǎo)軌。陶瓷的缺點是制作設(shè)備造價高、工藝要求也較高，而且毛胚制造復(fù)雜，所以使用這種材料的測量機不多。目前德國Zeiss公司、英國LK公司、日本東京精密公司的一些三坐標測量機采用陶瓷材料。
五、　　鋁
三坐標測量機主要是使用高強度鋁合金。這是近幾年發(fā)展最快的新型材料。鋁材料的優(yōu)點是質(zhì)量輕、強度高、變形小、導(dǎo)熱性能好，并且能進行焊接，適合作測量機上的許多部件。應(yīng)用高強度鋁合金是目前的主要趨勢。
近年來，各國不斷推出新型材料應(yīng)用于三坐標測量機。美國推出的6000號鋁合金，各項性能都較好。這種材料的最大特點是不易變形，是理想的導(dǎo)軌材料。目前美國Brown&Sharp和德國Zeiss采用了這種材料，因此橋框質(zhì)量減小，變形也減小，適用于快速測量。在德國Zeiss的產(chǎn)品UMC850中，軸和軸的導(dǎo)軌采用了最新研制的合金材料CARAT（帶陶瓷涂層的抗時效鋁合金），由于其導(dǎo)熱系數(shù)大、溫度梯度小，所以不易產(chǎn)生復(fù)雜熱變形。為減小其伸縮變形，在測量機外部加隔溫罩，而且在導(dǎo)軌的右平板上下兩面裝有若干個溫度傳感器，在檢測出溫度變化后即由計算機對由于線膨脹而產(chǎn)生的熱變形進行補償。

總之，三坐標測量機結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展經(jīng)歷了由金屬到陶瓷、花崗石，再由這些自然材料發(fā)展到鋁合金的過程。現(xiàn)在，各種合成材料的研究也在深入進行，德國Zeiss、英國LK及Tarus公司均開始采用碳素纖維作結(jié)構(gòu)件。隨著對精度要求的不斷提高，對材料性能要求也越來越高。可以看出，三坐標測量機的材料向著輕便、變形小、易加工的方向發(fā)展。