三坐標測量機常見的結(jié)構(gòu)材料有哪些

隨著三坐標測量機技術(shù)的發(fā)展，三坐標可以應(yīng)用的行業(yè)越來越廣，由于三坐標測量機的結(jié)構(gòu)材料對其測量精度、性能會有很大影響,所以對三坐標測量機的結(jié)構(gòu)材料要求也越來越高，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.

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.

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,焊接件有以下地優(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(dāng)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.

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.

某些產(chǎn)地的花崗石彈性模量(例如泰山青)與鑄鐵相近,比較如下

(1)一般灰口鑄鐵:(1.15～1.60)×105?Mpa.
(2)泰山青花崗石:1.28×105?Mpa.
(3)不同產(chǎn)地的花崗石差異較大,一般的花崗石彈性模量為（0.5～0.6）×105?Mpa.

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.

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.

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.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?？梢韵嘈?，隨著國內(nèi)三坐標測量機材料會不斷改進，三坐標測量機行業(yè)的發(fā)展會提高到一個新的高度。(end)