测量机的选材
测控13-2班,郑仁昊,2013217546
测量机
材料
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测量机运动部分的材料:主要应用铝合金及陶瓷材料
铝合金:由于其导热系数高而适用于温度梯度和温度变化较大的环境中,通过硬质阳极化使铝
表
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面生成铝陶瓷(Al2O3),具有很高的硬度,因而耐磨;通过对硬质铝合金的合理的结构设计,使其变形主要限于仲长缩短,避免产生弯曲或扭转,再利用软件的温度补偿来减少温度变化对测量机精度的影响。
铝材料由于自身重量轻,从而使其成为桥式结构测量机运动部件材料的理想选择。例如GLOBAL测量机就大量利用硬质铝合金作为运动部分的材料。
陶瓷及其复合材料:热膨胀系数小,硬度高,利用烧结工艺可以做成薄壁件,重量较轻,但材料自身较昂贵,比铝材料比重大,成型后较难加工,大部分用于温度梯度变化不大的工作环境中。例如德国Leitz公司的PMMC固定桥式测量机就利用陶瓷材料作为其主轴。
测量机固定部分的材料:
工作台大部件一般采用花岗石、钢或铸铁,较小的部件采用铝合金材料。有时为了增加刚性采用整体结构(例如花岗石台面与导轨)。
大型龙门式测量机、水平臂测量机的固定部分,大部分采用钢、铸铁或花岗石。
对测量机材料的总体要求:
(1)导热性要好,以免外界有温度变化(随时间及随空间变化)时形成构件内部的温度梯度,引起机器结构的变形(主要是扭转和弯曲);
(2)热膨胀系数要小,以免温度变化引起过大的仲长缩短;
(3)要具有比较大的弹性模量(刚性)以免受力后有较大的变形;
(4)高的硬度及耐磨性,保证不易划伤、磨损;
(5)较高的强度不易断裂;
(6)运动部分的材料要求密度小,以减小由于测量机的高速、高加速运动而产生的测量机惯性力,它对精度的影响日益重要。
(7)考虑材料吸水率小,以免受潮变形(质量较差的花岗石,由于吸水,足以引起微米级的变形);
(8)工艺性好,易于加工;
(9)成本要低。
以下是几种坐标测量机的材料选择情况。
1、移动桥式坐标测量机
基座:花岗岩,移动桥式主要用于中等精度的中小机型
工作台:花岗岩
立柱:铸铁
横梁:花岗岩,铝合金
导轨:陶瓷或高模量型的碳素纤维,高强度轻型材料,带涂层的抗时效合金(时效变形小且温度更均匀一致。
测尖:红宝石,氮化硅,氧化锆
测杆:硬质合金(刚度高),陶瓷(质量轻)
2、悬臂坐标测量机
XYZ各轴基座:X轴基座材料为球墨铸铁,宽度设计较宽以增加整体稳定性。
Y,Z轴基座都为空心箱体结构设计,用硬铝材料精铸而成,减轻悬臂梁Y轴自重及承重。
X轴滑座用合金钢材料整块加工而成,并延伸出X轴导轨边沿一段距离,以增加根部强度。
Y轴采用异型中拉空硬质钢管,有效降低自然变形,使整体保持良好几何精度。
滑台:铝合金
主测杆:硬质合金,陶瓷
星形测头:红宝石,氮化硅,氧化锆
3、L型桥式坐标测量机
基座:花岗岩
工作台:花岗岩
立柱:铸铁
横梁:花岗岩,铝合金
导轨:陶瓷或高模量型的碳素纤维,高强度轻型材料,带涂层的抗时效合金(时效变形小且温度更均匀一致。
测尖:红宝石,氮化硅,氧化锆
测杆:硬质合金(刚度高),陶瓷(质量轻)
4、固定桥式坐标测量机
基座:花岗石变形小、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
工作台:花岗石
立柱:铸铁变形小、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
横梁:①花岗石变形小、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
②铝合金质量轻、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。
Z轴:陶瓷耐磨性好、不生锈,适于作Y轴和Z轴导轨。
导轨:①铸铁耐磨性和减震性好,热稳定性高,易于铸造和切削加工,成本低
②钢有助于提高导轨的耐磨性,可以采用滓硬钢导轨
测尖:红宝石,氮化硅,氧化锆
测杆:①钢②碳化钨③陶瓷④碳纤维(坚硬耐磨)轴向强度和模量高,密度低、比性能高,耐疲劳性好,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好电磁屏蔽性好
5、龙门式坐标测量机
基座:花岗岩
工作台:花岗岩
立柱:铸铁
横梁:花岗岩,铝合金
导轨:三向导轨均采用性能稳定的花岗石材料
测尖:红宝石,氮化硅,氧化锆
测杆:硬质合金(刚度高),陶瓷(质量轻)
6、水平臂测量机
基座:花岗岩
工作台:花岗岩
立柱:铸铁
横梁:花岗岩,铝合金
导轨:陶瓷或高模量型的碳素纤维,高强度轻型材料,带涂层的抗时效合金(时效变形小且温度更均匀一致。
测尖:红宝石,氮化硅,氧化锆
测杆:硬质合金(刚度高),陶瓷(质量轻)