三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)材料有哪些

隨著三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三坐標(biāo)可以應(yīng)用的行業(yè)越來(lái)越廣，由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料對(duì)其測(cè)量精度、性能會(huì)有很大影響,所以對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料要求也越來(lái)越高，隨著各種新型材料的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料也越來(lái)越多,性能也越來(lái)越好.常見(jiàn)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(dòng)與滾動(dòng)導(dǎo)軌、立柱、支架、床身等.它的優(yōu)點(diǎn)是變形小、耐磨性好、易于加工、成本較低、線(xiàn)膨脹系數(shù)與多數(shù)被測(cè)件(鋼件)接近,是早期三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)廣泛使用的材料.至今在有些測(cè)量機(jī)上仍主要用鑄鐵材料.但鑄鐵也有缺點(diǎn):易受腐蝕,耐磨性低于花崗石,強(qiáng)度不高.目前鑄鐵主要用在劃線(xiàn)機(jī)等測(cè)量機(jī)上.現(xiàn)在越來(lái)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(rèn)為鑄鐵是較為理想的基座材料,它的線(xiàn)膨脹系數(shù)與鋼接近,在整個(gè)機(jī)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(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的自然時(shí)效,有利于保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性.

鋼

鋼主要用于外殼、支架等結(jié)構(gòu),有的測(cè)量機(jī)底座也采用鋼.一般采用低碳鋼,而且必須要進(jìn)行熱處理.鋼的優(yōu)點(diǎn)是剛性和強(qiáng)度好.它的缺點(diǎn)是容易變形,這是因?yàn)殇撛诩庸ぶ?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(diǎn)是可用焊接件.在80年代初期焊接件成功地應(yīng)用于測(cè)量機(jī)及機(jī)器人.與鑄鐵件相比較,焊接件有以下地優(yōu)點(diǎn).

1.焊接構(gòu)件經(jīng)過(guò)充分地人工時(shí)效后可獲得較高的穩(wěn)定性.

2.能獲得較高剛度,設(shè)計(jì)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(qiáng)度薄殼零件.在這方面,鑄件是難以達(dá)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(shí)則靠工人的技術(shù)掌握.目前可以將誤差控制在±1mm以?xún)?nèi),因此在外形設(shè)計(jì)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(lài)于配套設(shè)備的性能.如專(zhuān)用的夾具、彎板以及自動(dòng)焊接設(shè)備等.目前,采用這種構(gòu)件的廠(chǎng)家有中國(guó)航空精密研究所等,其產(chǎn)品的代號(hào)為SZC-1065、SZC-654及IOTA.國(guó)外也有許多制造商將焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用到三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)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(diǎn)是變形小、穩(wěn)定性好、不生銹,易于作平面加工,易于達(dá)到比鑄鐵更高的平面度,適合制作高精度的平臺(tái)與導(dǎo)軌.目前許多三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用這種材料.如Leitz和Zeiss三坐標(biāo)測(cè)量機(jī),大部分采用花崗石材料.國(guó)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(biāo)測(cè)量機(jī).它的基座、工作臺(tái)、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(tái)、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(diǎn),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(shí)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(jià)高于鑄鐵;花崗石材質(zhì)較脆,粗加工時(shí)容易崩邊;遇水會(huì)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(duì)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(lái)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(diǎn)是多孔、質(zhì)量輕(密度約為3g/cm3)、強(qiáng)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(diǎn)是制作設(shè)備造價(jià)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(cè)量機(jī)不多.目前德國(guó)Zeiss公司、英國(guó)LK公司、日本東京精密公司的一些三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用陶瓷材料.

鋁

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要是使用高強(qiáng)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(diǎn)是質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、變形小、導(dǎo)熱性能好,并且能進(jìn)行焊接,適合作測(cè)量機(jī)上的許多部件.應(yīng)用高強(qiáng)度鋁合金是目前的主要趨勢(shì).

近年來(lái),各國(guó)不斷推出新型材料應(yīng)用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī).美國(guó)推出的6000號(hào)鋁合金,各項(xiàng)性能都較好.這種材料的最大特點(diǎn)是不易變形,是理想的導(dǎo)軌材料.目前美國(guó)Brown&Sharp和德國(guó)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(cè)量.在德國(guó)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(shí)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(cè)量機(jī)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(gè)溫度傳感器,在檢測(cè)出溫度變化后即由計(jì)算機(jī)對(duì)由于線(xiàn)膨脹而產(chǎn)生的熱變形進(jìn)行補(bǔ)償.

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)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(guò)程.隨著對(duì)精度要求的不斷提高,對(duì)材料性能要求也越來(lái)越高.可以看出,三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的材料向著輕便、變形小、易加工的方向發(fā)展?？梢韵嘈牛S著國(guó)內(nèi)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)材料會(huì)不斷改進(jìn)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)行業(yè)的發(fā)展會(huì)提高到一個(gè)新的高度。(end)