【文章內(nèi)容簡介】 的適用性影響較大。 二、工作臺 早期的三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺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，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。有些測量機(jī)裝有可升降的工作臺， 11 以擴(kuò)大 Z 軸的測量范圍，還有些測量機(jī)備有旋轉(zhuǎn)工作臺，以擴(kuò)大測量功能。 三、導(dǎo)軌 導(dǎo)軌是測量 機(jī)的導(dǎo)向裝置，直接影響測量機(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)測量機(jī)中，許多機(jī)型采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?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。目前，多數(shù)三坐標(biāo)測量機(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。 氣浮技術(shù)的發(fā)展使三坐標(biāo)測量機(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)的測量精度得到了提高，而對環(huán)境溫度的要求卻又可以放寬些。 12 第三節(jié) 三坐標(biāo)測量機(jī)的測量系統(tǒng) 三坐標(biāo)測量機(jī)的測量系統(tǒng)由標(biāo)尺系統(tǒng)和測頭系統(tǒng)構(gòu)成，它們是三坐標(biāo)測量機(jī)的 關(guān)鍵組成部分，決定著 CMM 測量精度的高低。 一、標(biāo)尺系統(tǒng) 標(biāo)尺系統(tǒng)是用來度量各軸的坐標(biāo)數(shù)值的，目前三坐標(biāo)測量機(jī)上使用的標(biāo)尺系統(tǒng)種類很多，它們與在各種機(jī)床和儀器上使用的標(biāo)尺系統(tǒng)大致相同，按其性質(zhì)可以分為機(jī)械式標(biāo)尺系統(tǒng)（如精密絲杠加微分鼓輪，精密齒條及齒輪，滾動(dòng)直尺）、光學(xué)式標(biāo)尺系統(tǒng)（如光學(xué)讀數(shù)刻線尺，光學(xué)編碼器，光柵，激光干涉儀）和電氣式標(biāo)尺系統(tǒng)（如感應(yīng)同步器，磁柵）。根據(jù)對國內(nèi)外生產(chǎn) CMM 所使用的標(biāo)尺系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析可知，使用最多的是光柵，其次是感應(yīng)同步器和光學(xué)編碼器。有些高精度 CMM的標(biāo)尺系統(tǒng)采用了 激光干涉儀。 二、測頭系統(tǒng) （一）測頭 三坐標(biāo)測量機(jī)是用測頭來拾取信號的，因而測頭的性能直接影響測量精度和測量效率，沒有先進(jìn)的測頭就無法充分發(fā)揮測量機(jī)的功能。在三坐標(biāo)測量機(jī)上使用的測頭，按結(jié)構(gòu)原理可分為機(jī)械式、光學(xué)式和電氣式等；而按測量方法又可分為接觸式和非接觸式兩類。 1．機(jī)械接觸式測頭 13 機(jī)械接觸式測頭為剛性測頭，根據(jù)其觸測部位的形狀，可以分為圓錐形測頭、圓柱形測頭、球形測頭、半圓形測頭、點(diǎn)測頭、 V 型塊測頭等（如圖 95 所示）。這類測頭的形狀簡單，制造容易，但是測量力的大小取決于操作者 的經(jīng)驗(yàn)和技能，因此測量精度差、效率低。目前除少數(shù)手動(dòng)測量機(jī)還采用此種測頭外，絕大多數(shù)測量機(jī)已不再使用這類測頭。 2．電氣接觸式測頭 電氣接觸式測頭目前已為絕大部分坐標(biāo)測量機(jī)所采用，按其工作原理可分為動(dòng)態(tài)測頭和靜態(tài)測頭。 （ 1）動(dòng)態(tài)測頭 測桿安裝在芯體上，而芯體則通過三個(gè)沿圓周 1200分布的鋼球安放在三對觸點(diǎn)上，當(dāng)測桿沒有受到測量力時(shí)，芯體上的鋼球與三對觸點(diǎn)均保持接觸，當(dāng)測桿的球狀端部與工件接觸時(shí)，不論受到 X、 Y、 Z 哪個(gè)方向的接觸力，至少會引起一個(gè)鋼球與觸點(diǎn)脫離接觸，從而引起電路的斷開，產(chǎn)生階躍信號，直接或通過計(jì)算機(jī)控制采樣電路，將沿三個(gè)軸方向的坐標(biāo)數(shù)據(jù)送至存儲器，供數(shù)據(jù)處理用。 可見，測頭是在觸測工件表面的運(yùn)動(dòng)過程中，瞬間進(jìn)行測量采樣的，故稱為動(dòng)態(tài)測頭，也稱為觸發(fā)式測頭。動(dòng)態(tài)測頭結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可用于高速測量，但精度稍低，而且動(dòng)態(tài)測頭不能以接觸狀態(tài)停留在工件表面，因而只能對工件表面作離散的逐點(diǎn)測量，不能作連續(xù)的掃描測量。目前， 14 絕大多數(shù)生產(chǎn)廠選用英國 RENISHAW 公司生產(chǎn)的觸發(fā)式測頭。 （ 2）靜態(tài)測頭 靜態(tài)測頭除具備觸發(fā)式測頭的觸發(fā)采樣功能外，還相當(dāng)于一臺超小型三坐標(biāo)測量機(jī)。測頭中有三維幾何量傳感器，在測頭與工件表面接觸時(shí)，在 X、 Y、 Z 三個(gè)方向均有相應(yīng)的位移量輸出，從而驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，使測頭停在規(guī)定的位移量上，在測頭接近靜止的狀態(tài)下采集三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，故稱為靜態(tài)測頭。靜態(tài)測頭沿工件表面移動(dòng)時(shí)，可始終保持接觸狀態(tài)，進(jìn)行掃描測量，因而也稱為掃描測頭。其主要特點(diǎn)是精度高，可以作連續(xù)掃描，但制造技術(shù)難度大，采樣速度慢，價(jià)格昂貴，適合于高精度測量機(jī)使用。目前由LEITZ、 ZEISS 和 KERRY 等廠家生產(chǎn)的靜 態(tài)測頭均采用電感式位移傳感器，此時(shí)也將靜態(tài)測頭稱為三向電感測頭。圖 97為 ZEISS公司生產(chǎn)的雙片簧層疊式三維電感測頭的結(jié)構(gòu)。 測頭采用三層片簧導(dǎo)軌形式，三個(gè)方向共有三層，每層由兩個(gè)片簧懸吊。轉(zhuǎn)接座 17 借助兩個(gè) X 向片簧 16 構(gòu)成的平行四邊形機(jī)構(gòu)可作 X 向運(yùn)動(dòng)。該平行四邊形機(jī)構(gòu)固定在由 Y 向片簧 1 構(gòu)成的平行四邊形機(jī)構(gòu)的下方，借助片簧 1，轉(zhuǎn)接座可作 Y 向運(yùn)動(dòng)。 Y 向平行四邊形機(jī)構(gòu)固定在由 Z 向片簧 3構(gòu)成的平行四邊形機(jī)構(gòu)的下方，依靠它的片簧，轉(zhuǎn)接座可作 Z向運(yùn)動(dòng)。為了增強(qiáng)片簧的剛度和穩(wěn)定性，片簧中間為金屬夾板。為保證測量靈 敏、精確，片簧不能太厚，一般取 。 15 由于 Z 向?qū)к壥撬桨惭b，故用三組彈簧 1 15 加以平衡?？烧{(diào)彈簧 14 的上方有一螺紋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過平衡力調(diào)節(jié)微電機(jī) 10 轉(zhuǎn)動(dòng)平衡力調(diào)節(jié)螺桿 11，使平衡力調(diào)節(jié)螺母套 13產(chǎn)生