实验1 三坐标测量机机械结构分析

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1、实验一　三坐标测量机机械结构分析一、实验目的1)了解精密气浮导轨在精密仪器中的重要作用。2)了解三坐标测量机的种类，分析其结构特点。3)理解三坐标测量机支承件的设计与选材。4)理解三坐标测量机导轨的设计要点。二、实验内容1)了解三坐标测量机的导轨结构及特点。2)通过三坐标测量机的基本操作及观察，分析仪器导轨的精度、刚度、平稳性、耐磨性，体会气体静压导轨的设计要点，掌握在不同情况下选用不同类型导轨的方法。3)利用三坐标测量机测量。4)通过三坐标测量机的操作及观察，分析仪器支承件的设计要点。三、需用设备三坐标测量机介绍三坐标测量机（Coordi

2、nateMeasuringMachining，简称CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配套；另一方面是由于电子技术、计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产生提供了技术基础。现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现反求工程。目前，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等

3、各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。简单地说，三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台(大型和巨型不一定有)，测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。显然这是最简单、最原始的测量机。有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。测量机的采点发讯装置是测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当

4、前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理和输出。因此测量机可以用来测量直接尺寸，也可以获得间接尺寸和形位公差及各种相关关系，也可以实现全面扫描和一定的数据处理功能，为加工提供数据和测量结果。自动型还可以进行自动测量，实现批量零件的自动检测。     三坐标测量机的测量头分为软测头（触发式）、硬测头。三坐标测量机的结构材料三坐标测量机的结构材料对其测量精度、性能有很大影响，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几种：1、铸铁铸铁是应用较为普遍的一

5、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。5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。1、

6、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，焊接件有以下优点：a、焊接构件经过充分地人工时效后可获得较高的稳定性。b、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。c、焊接件的尺寸可以得到很好的

7、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。2、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

8、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