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三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原理|認(rèn)識(shí)三坐標(biāo)的架構(gòu)、平臺(tái)和導(dǎo)軌
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原理|認(rèn)識(shí)三坐標(biāo)的架構(gòu)、平臺(tái)和導(dǎo)軌。上面一篇文章我們了解了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的誕生和基本原理，這一章我們通過分解三坐標(biāo)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括基本架構(gòu)、平臺(tái)和導(dǎo)軌等進(jìn)一步認(rèn)識(shí)三坐標(biāo)的原理和分類。
一、結(jié)構(gòu)形式
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是由三個(gè)正交的直線運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成的，這三個(gè)坐標(biāo)軸的相互配置位置（即總體結(jié)構(gòu)形式）對(duì)測(cè)量機(jī)的精度以及對(duì)被測(cè)工件的適用性影響較大。圖9-3是目前常見的幾種CMM結(jié)構(gòu)形式，下面對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍作簡要介紹。
移動(dòng)橋式結(jié)構(gòu):它是目前應(yīng)用泛的一種結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)簡單，敞開性好，工件安裝在固定工作臺(tái)上，承載能力強(qiáng)。但這種結(jié)構(gòu)的X向驅(qū)動(dòng)位于橋框一側(cè)，橋框移動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生繞Z軸偏擺，而該結(jié)構(gòu)的X向標(biāo)尺也位于橋框一側(cè)，在Y向存在較大的阿貝臂，這種偏擺會(huì)引起較大的阿貝誤差，因而該結(jié)構(gòu)主要用于中等精度的中小機(jī)型。
固定橋式結(jié)構(gòu):其橋框固定不動(dòng)，X向標(biāo)尺和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可安裝在工作臺(tái)下方中部，阿貝臂及工作臺(tái)繞Z軸偏擺小，其主要部件的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，運(yùn)動(dòng)誤差小，適用于高精度測(cè)量，但工作臺(tái)負(fù)載能力小，結(jié)構(gòu)敞開性不好，主要用于高精度的中小機(jī)型。
中心門移動(dòng)式結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，敞開性一般，兼具移動(dòng)橋式結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng)和固定橋式結(jié)構(gòu)精度高的優(yōu)點(diǎn)，適用于高精度、中型尺寸以下機(jī)型。
龍門式結(jié)構(gòu):它與移動(dòng)橋式結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是它的移動(dòng)部分只是橫梁，移動(dòng)部分質(zhì)量小，整個(gè)結(jié)構(gòu)剛性好，三個(gè)坐標(biāo)測(cè)量范圍較大時(shí)也可保證測(cè)量精度，適用于大機(jī)型，缺點(diǎn)是立柱限制了工件裝卸，單側(cè)驅(qū)動(dòng)時(shí)仍會(huì)帶來較大的阿貝誤差，而雙側(cè)驅(qū)動(dòng)方式在技術(shù)上較為復(fù)雜，只有Y向跨距很大、對(duì)精度要求較高的大型測(cè)量機(jī)才采用。
懸臂式結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)簡單，具有很好的敞開性，但當(dāng)滑架在懸臂上作Y向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使懸臂的變形發(fā)生變化，故測(cè)量精度不高，一般用于測(cè)量精度要求不太高的小型測(cè)量機(jī)。
單柱移動(dòng)式結(jié)構(gòu):也稱為儀器臺(tái)式結(jié)構(gòu)，它是在工具顯微鏡的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其優(yōu)點(diǎn)是操作方便、測(cè)量精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)量范圍小，適用于高精度的小型數(shù)控機(jī)型。
單柱固定式結(jié)構(gòu):它是在坐標(biāo)鏜的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其結(jié)構(gòu)牢靠、敞開性較好，但工件的重量對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)有影響，同時(shí)兩維平動(dòng)工作臺(tái)行程不可能太大，因此僅用于測(cè)量精度中等的中小型測(cè)量機(jī)。
橫臂立柱式結(jié)構(gòu):也稱為水平臂式結(jié)構(gòu)，在汽車工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)簡單、敞開性好，尺寸也可以較大，但因橫臂前后伸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大變形，故測(cè)量精度不高，用于中、大型機(jī)型。
橫臂工作臺(tái)移動(dòng)式結(jié)構(gòu):其敞開性較好，橫臂部件質(zhì)量較小，但工作臺(tái)承載有限，在兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)范圍較小，適用于中等精度的中小機(jī)型。
二、工作臺(tái)
早期的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作臺(tái)一般是由鑄鐵或鑄鋼制成的，但近年來，各生產(chǎn)廠家已廣泛采用花崗巖來制造工作臺(tái)，這是因?yàn)榛◢弾r變形小、穩(wěn)定性好、耐磨損、不生銹，且價(jià)格
低廉、易于加工。有些測(cè)量機(jī)裝有可升降的工作臺(tái)，以擴(kuò)大Z軸的測(cè)量范圍，還有些測(cè)量機(jī)備有旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以擴(kuò)大測(cè)量功能。
三、導(dǎo)軌
導(dǎo)軌是測(cè)量機(jī)的導(dǎo)向裝置，直接影響測(cè)量機(jī)的精度，因而要求其具有較高的直線性精度。在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上使用的導(dǎo)軌有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌，但常用的為滑動(dòng)導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)用較少，因?yàn)闈L動(dòng)導(dǎo)軌的耐磨性較差，剛度也較滑動(dòng)導(dǎo)軌低。在早期的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中，許多機(jī)型采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌。滑動(dòng)導(dǎo)軌精度高，承載能力強(qiáng)，但摩擦阻力大，易磨損，低速運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生爬行，也不易在高速下運(yùn)行，有逐步被氣浮導(dǎo)軌取代的趨勢(shì)。目前，多數(shù)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已采用空氣靜壓導(dǎo)軌（又稱為氣浮導(dǎo)軌、氣墊導(dǎo)軌），它具有許多優(yōu)點(diǎn)，如制造簡單、精度高、摩擦力極小、工作平穩(wěn)等。
移動(dòng)橋式結(jié)構(gòu)CMM氣浮導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)中有六個(gè)氣墊2（水平面四個(gè)，側(cè)面兩個(gè)），使得整個(gè)橋架浮起。滾輪3受壓縮彈簧4的壓力作用而與導(dǎo)向塊5緊貼，由彈簧力保證氣墊在工作狀態(tài)下與導(dǎo)軌導(dǎo)向面之間的間隙。當(dāng)橋架6移動(dòng)時(shí)，若產(chǎn)生扭動(dòng)，則使氣墊與導(dǎo)軌面之間的間隙量發(fā)生變化，其壓力也隨之變化，從而造成瞬時(shí)的不平衡狀態(tài)，但在彈簧力的作用下會(huì)重新達(dá)到平衡，使之穩(wěn)定地保持10μm的間隙量，以保證橋架的運(yùn)動(dòng)精度。氣浮導(dǎo)軌的進(jìn)氣壓力一般為3～6個(gè)大氣壓，要求有穩(wěn)壓裝置。
氣浮技術(shù)的發(fā)展使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在加工周期和精度方面均有很大的突破。目前不少生產(chǎn)廠在尋找高強(qiáng)度輕型材料作為導(dǎo)軌材料，有些生產(chǎn)廠已選用陶瓷或高膜量型的碳素纖維作為移動(dòng)橋架和橫梁上運(yùn)動(dòng)部件的材料。另外，為了加速熱傳導(dǎo)，減少熱變形，ZEISS公司采用帶涂層的抗時(shí)效合金來制造導(dǎo)軌，使其時(shí)效變形極小且使其各部分的溫度更加趨于均勻一致，從而使整機(jī)的測(cè)量精度得到了提高，而對(duì)環(huán)境溫度的要求卻又可以放寬些。
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