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三坐标常识四-三坐标测量机的机械结构
发布时间:2009-09-23 阅读:3523

一、结构形式

三坐标测量机是由三个正交的直线运动轴构成的,这三个坐标轴的相互配置位置(即总体结构形式)对测量机的精度以及对被测工件的适用性影响较大。图9-3是目前常见的几种CMM结构形式,下面对其结构特点和应用范围作简要先容。

图9-3a为移动桥式结构,它是目前应用最广泛的一种结构形式,其结构简单,敞开性好,工件安装在固定工作台上,承载能力强。但这种结构的X向驱动位于桥框一侧,桥框移动时易产生绕Z轴偏摆,而该结构的X向标尺也位于桥框一侧,在Y向存在较大的阿贝臂,这种偏摆会引起较大的阿贝误差,因而该结构主要用于中等精度的中小机型。

图9-3b为固定桥式结构,其桥框固定不动,X向标尺和驱动机构可安装在工作台下方中部,阿贝臂及工作台绕Z轴偏摆小,其主要部件的运动稳定性好,运动误差小,适用于高精度测量,但工作台负载能力小,结构敞开性不好,主要用于高精度的中小机型。

图9-3c为中心门移动式结构,结构比较复杂,敞开性一般,兼具移动桥式结构承载能力强和固定桥式结构精度高的优点,适用于高精度、中型尺寸以下机型。

图9-3d为龙门式结构,它与移动桥式结构的主要区别是它的移动部分只是横梁,移动部分质量小,整个结构刚性好,三个坐标测量范围较大时也可保证测量精度,适用于大机型,缺点是立柱限制了工件装卸,单侧驱动时仍会带来较大的阿贝误差,而双侧驱动方式在技术上较为复杂,只有Y向跨距很大、对精度要求较高的大型测量机才采用。

图9-3e为悬臂式结构,结构简单,具有很好的敞开性,但当滑架在悬臂上作Y向运动时,会使悬臂的变形发生变化,故测量精度不高,一般用于测量精度要求不太高的小型测量机。

图9-3f为单柱移动式结构,也称为仪器台式结构,它是在工具显微镜的结构基础上发展起来的。其优点是操作方便、测量精度高,但结构复杂,测量范围小,适用于高精度的小型数控机型。

图9-3g为单柱固定式结构,它是在坐标镗的基础上发展起来的。其结构牢靠、敞开性较好,但工件的重量对工作台运动有影响,同时两维平动工作台行程不可能太大,因此仅用于测量精度中等的中小型测量机。

图9-3h为横臂立柱式结构,也称为水平臂式结构,在汽车工业中有广泛应用。其结构简单、敞开性好,尺寸也可以较大,但因横臂前后伸出时会产生较大变形,故测量精度不高,用于中、大型机型。

图9-3i为横臂工作台移动式结构,其敞开性较好,横臂部件质量较小,但工作台承载有限,在两个方向上运动范围较小,适用于中等精度的中小机型。

二、工作台

      早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的,但近年来,各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台,这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈,且价格

低廉、易于加工。有些测量机装有可升降的工作台,以扩大Z轴的测量范围,还有些测量机备有旋转工作台,以扩大测量功能。

三、导轨

      导轨是测量机的导向装置,直接影响测量机的精度,因而要求其具有较高的直线性精度。在三坐标测量机上使用的导轨有滑动导轨、滚动导轨和气浮导轨,但常用的为滑动导轨和气浮导轨,滚动导轨应用较少,因为滚动导轨的耐磨性较差,刚度也较滑动导轨低。在早期的三坐标测量机中,许多机型采用的是滑动导轨。滑动导轨精度高,承载能力强,但摩擦阻力大,易磨损,低速运行时易产生爬行,也不易在高速下运行,有逐步被气浮导轨取代的趋势。目前,多数三坐标测量机已采用空气静压导轨(又称为气浮导轨、气垫导轨),它具有许多优点,如制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等。

      图9-4给出的是一移动桥式结构CMM气浮导轨的结构示意图,其结构中有六个气垫2(水平面四个,侧面两个),使得整个桥架浮起。滚轮3受压缩弹簧4的压力作用而与导向块5紧贴,由弹簧力保证气垫在工作状态下与导轨导向面之间的间隙。当桥架6移动时,若产生扭动,则使气垫与导轨面之间的间隙量发生变化,其压力也随之变化,从而造成瞬时的不平衡状态,但在弹簧力的作用下会重新达到平衡,使之稳定地保持10μm的间隙量,以保证桥架的运动精度。气浮导轨的进气压力一般为3~6个大气压,要求有稳压装置。

气浮技术的发展使三坐标测量机在加工周期和精度方面均有很大的突破。目前不少生产厂在寻找高强度轻型材料作为导轨材料,有些生产厂已选用陶瓷或高膜量型的碳素纤维作为移动桥架和横梁上运动部件的材料。另外,为了加速热传导,减少热变形,ZEISS企业采用带涂层的抗时效合金来制造导轨,使其时效变形极小且使其各部分的温度更加趋于均匀一致,从而使整机的测量精度得到了提高,而对环境温度的要求却又可以放宽些。

 
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