三坐标测量机常见的结构材料有哪些

随着三坐标测量机技术的发展，三坐标可以应用的行业越来越广，由于三坐标测量机的结构材料对其测量精度、性能会有很大影响,所以对三坐标测量机的结构材料要求也越来越高，随着各种新型材料的研究、开发和应用,三坐标测量机的结构材料也越来越多,性能也越来越好.常见的结构材料主要有以下一些.

铸铁

铸铁是应用较为普遍的一种材料,主要用于底座、滑动与滚动导轨、立柱、支架、床身等.它的优点是变形小、耐磨性好、易于加工、成本较低、线膨胀系数与多数被测件(钢件)接近,是早期三坐标测量机广泛使用的材料.至今在有些测量机上仍主要用铸铁材料.但铸铁也有缺点:易受腐蚀,耐磨性低于花岗石,强度不高.目前铸铁主要用在划线机等测量机上.现在越来越多地为其它材料(如钢板焊件、花岗石)代替.但也有些公司,如瑞士的SIP公司认为铸铁是较为理想的基座材料,它的线膨胀系数与钢接近,在整个机器结构中只采用铁金属材料可避免复杂变形;铸件可经过较长时间的自然时效,有利于保持长期稳定性.

钢

钢主要用于外壳、支架等结构,有的测量机底座也采用钢.一般采用低碳钢,而且必须要进行热处理.钢的优点是刚性和强度好.它的缺点是容易变形,这是因为钢在加工之后,内部的残余应力释放导致变形.

钢材料的又一优点是可用焊接件.在80年代初期焊接件成功地应用于测量机及机器人.与铸铁件相比较,焊接件有以下地优点.

1.焊接构件经过充分地人工时效后可获得较高的稳定性.

2.能获得较高刚度,设计的灵活性比铸件要好,钢构件比铸铁轻.更为突出的是,在许可条件下，可以焊接出空腔甚至多腔结构的封闭型高强度薄壳零件.在这方面,铸件是难以达到的.

3.焊接件的尺寸可以得到很好的控制.成批生产条件下,靠夹具保证焊接件的尺寸;在单件或小批量生产时则靠工人的技术掌握.目前可以将误差控制在±1mm以内,因此在外形设计和加工余量上都可以得到控制.

当然,焊接件质量的优劣在很大程度上依赖于配套设备的性能.如专用的夹具、弯板以及自动焊接设备等.目前,采用这种构件的厂家有中国航空精密研究所等,其产品的代号为SZC-1065、SZC-654及IOTA.国外也有许多制造商将焊接结构应用到三坐标测量机中,如意大利DEA公司的BETA,DELTA,LAMBDA.

花岗石

花岗石比钢轻,比铝重,是目前应用较为普遍的一种材料.花岗岩的主要优点是变形小、稳定性好、不生锈,易于作平面加工,易于达到比铸铁更高的平面度,适合制作高精度的平台与导轨.目前许多三坐标测量机采用这种材料.如Leitz和Zeiss三坐标测量机,大部分采用花岗石材料.国内具有代表性的有青岛前哨公司的ZC系列全花岗石固定桥式高精度三坐标测量机.它的基座、工作台、桥框、各轴导轨、Z轴等全用花岗岩制造.花岗石可用于作工作台、角尺、立柱、横梁、导轨、支架、壳体等.由于花岗石的热膨胀系数小,很适合与气浮导轨配合.

花岗石也存在不少缺点,主要是:虽然可以用粘贴的方法制成空心结构,但较麻烦;实心结构质量大,不易加工,特别是螺钉孔和光孔难以加工,不能将磁力表架吸附到其上,造价高于铸铁;花岗石材质较脆,粗加工时容易崩边;遇水会产生微量变形.使用中应注意防水防潮,禁止用混水的清洗剂擦拭花岗石表面,也应防止静压气体中的水分对导轨的影响.

某些产地的花岗石弹性模量(例如泰山青)与铸铁相近,比较如下

(1)一般灰口铸铁:(1.15～1.60)×105?Mpa.
(2)泰山青花岗石:1.28×105?Mpa.
(3)不同产地的花岗石差异较大,一般的花岗石弹性模量为（0.5～0.6）×105?Mpa.

陶瓷

陶瓷是近年来发展很快的材料.它是将陶瓷材料压制成形后烧结,再研磨而得.它的特点是多孔、质量轻(密度约为3g/cm3)、强度高、易加工、耐磨性好、不生锈,适于作Y轴和Z轴导轨.陶瓷的缺点是制作设备造价高、工艺要求也较高,而且毛胚制造复杂,所以使用这种材料的测量机不多.目前德国Zeiss公司、英国LK公司、日本东京精密公司的一些三坐标测量机采用陶瓷材料.

铝

三坐标测量机主要是使用高强度铝合金.这是近几年发展最快的新型材料.铝材料的优点是质量轻、强度高、变形小、导热性能好,并且能进行焊接,适合作测量机上的许多部件.应用高强度铝合金是目前的主要趋势.

近年来,各国不断推出新型材料应用于三坐标测量机.美国推出的6000号铝合金,各项性能都较好.这种材料的最大特点是不易变形,是理想的导轨材料.目前美国Brown&Sharp和德国Zeiss采用了这种材料,因此桥框质量减小,变形也减小,适用于快速测量.在德国Zeiss的产品UMC850中,轴和轴的导轨采用了最新研制的合金材料CARAT(带陶瓷涂层的抗时效铝合金),由于其导热系数大、温度梯度小,所以不易产生复杂热变形.为减小其伸缩变形,在测量机外部加隔温罩,而且在导轨的右平板上下两面装有若干个温度