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坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料
閱讀：279 發(fā)布時(shí)間：2020-8-7三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)材料對(duì)其測(cè)量精度、性能有很大影響，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。
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(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。
二、 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)殇撛诩庸ぶ螅瑑?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以內(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于配套設(shè)備的性能。如的夾具、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。
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(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：
一般灰口鑄鐵：（1.15～1.60）×105 Mpa
泰山青花崗石：1.28×105 Mpa
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。
四、 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。
五、 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)由于線膨脹而產(chǎn)生的熱變形進(jìn)行補(bǔ)償。
總之，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。現(xiàn)在，各種合成材料的研究也在深入進(jìn)行，德國(guó)Zeiss、英國(guó)LK及Tarus公司均開(kāi)始采用碳素纖維作結(jié)構(gòu)件。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。
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(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。
二、 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)殇撛诩庸ぶ螅瑑?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以內(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于配套設(shè)備的性能。如的夾具、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。
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(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：
一般灰口鑄鐵：（1.15～1.60）×105 Mpa
泰山青花崗石：1.28×105 Mpa
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。
四、 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。
五、 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)由于線膨脹而產(chǎn)生的熱變形進(jìn)行補(bǔ)償。
總之，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。現(xiàn)在，各種合成材料的研究也在深入進(jìn)行，德國(guó)Zeiss、英國(guó)LK及Tarus公司均開(kāi)始采用碳素纖維作結(jié)構(gòu)件。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。