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三坐标测针的认识

提供 来源:公众号      日期:2022年12月05日
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测针是测量系统的组成部分,它与被测工件接触,使测头机构产生位移。测头所产生的信号经过测量系统的处理得出测量结果。被测工件的外型特征决定了测针的类型和大小。在所有情况下,测针的大刚度和测球的球度都至关重要。如果测针的测球球度误差较大、位置不正、测针柄螺纹公差大、或因设计不当使测针在测量时产生过量的扰度变形,则容易降低测量精度。

 

(1)如何选择测针

  • 大球径和小球径的选择

问题:小球径测针倾斜后容易发生干涉,大球径测针接近时有碰撞的危险

答案:与特征尺寸相比,中等大小的测针才是佳的选择

 

  • 测针杆刚性大小的考量

问题:测针杆太长,刚性差,也能影响测量精度。

答案:尽量缩短测针杆长度,或者选择粗一些的测针杆,以保证测针杆有足够的刚性。

 

  • 倾斜孔的测针选配

问题:测杆或测针太小,产生干涉。

答案:可选择大测针(球形或盘形),更好的选择是带角度的测针组件,这样可以解决所有可能碰撞的问题。

 

  • 内腔孔的测针选配

问题:内腔径太深,普通测针易产生干涉。

答案:内腔可以用星形测针、盘形测针或半球形等特殊的测针配置。

 

(2)测球材料

红宝石

红宝石是已知最硬的材料之一。对于大多数测量场合来说,红宝石是具有佳特性的测球材料。人造红 宝石是将纯度为99%的氧化铝晶体(刚玉)切割并逐渐加工为高精度的球体。红宝石具有优异的耐压强度和 抗碰撞性,耐磨、热膨胀系数小、物理和化学性能稳定、色泽鲜艳和良好的表面光洁度等优点。可以适用于 绝大多数的应用场合,但是在以下两种情况下建议采用其它材料制成的测球。

第一种情况是对铝材进行高强度扫描测量时推荐使用氮化硅测球测量,主要原因是测量过程中这两种材 料之间因相互吸引会产生的“胶着磨损”现象。

第二种情况是在对铸铁件进行高强度扫描测量时推荐使用氧化锆测球进行测量,红宝石测球也会产生胶 着磨损。

氮化硅

氮化硅具有许多与红宝石同样的特性。它是一种非常坚硬耐磨的陶瓷材料,可以加工成很高精度的球, 并可以抛光到极为光滑的表面光洁度。氮化硅与铝之间没有吸附性,但氮化硅在钢材表面扫描时却有很显著 的磨损特性,因此,这种材料主要应用在对铝制工件的高强度扫描测量中。

 

氧化锆也是一种特别坚硬耐磨的陶瓷材料,其硬度和磨损特性均接近于红宝石。可以加工成很高精度的 球,并可以抛光到极为光滑的表面光洁度。氧化锆与铸铁之间没有吸附性,这种材料是在铸铁工件上进行高 强度扫描的理想材料。

 

(3)常见测杆材料

测杆材料 25°C时的膨胀系数 性能
不锈钢 16x10-6/°C

采用非磁性不锈钢制造的测杆通常用于测球直径为1 mm或1 mm以上、最长不大于30 mm的测针。在此 范围内,测杆具备了佳的刚性与重量比。测球、测杆及合理的螺纹公差,保证测针具备优异的刚性。

陶瓷 8.1x10-6/°C

对于测球直径大于3 mm,长度超过30 mm的测针,陶瓷测杆所具有的刚性优于钢测杆,其重量远比硬质合金轻。采用陶瓷杆的测头因发生碰撞时测杆会破碎,因此对测头有额外的碰撞保护作用。

碳纤维 -0.4x10-6/°C 碳纤维是一种惰性材料,而且重量极低,这种特性与特殊树脂机体相结合,在大多数极恶劣的机床环境下具有优异的性能。
碳化钨 5x10-6/°C 对于需要大刚性的小直径测杆或超长测杆,使用碳化钨杆是最好的选择,小直径测杆是测球直径为1 mm 或更小的测针所需要的, 而超长测杆的长度可达50 mm。除此之外, 由于杆与本体之间的接头可能发生偏转,因此重量可能成为问题而且刚性可能降低。

 

(4)测针的类型

直测针

直测针采用高精度的工业红宝石测球和各种材质的测杆,红宝石测球安装在 不锈钢、硬质合金、陶瓷以及碳纤维制成的测杆上。这是一种最通用、最简单的 测针,适用于大多数的测量场合。

每个直测针都有一个有效工作长度(L2),即测杆与待测工件在不干涉情况 下测球所能探入的大深度。测球尺寸和测针有效工作长度的选择,取决于待测 工件尺寸。应当尽量选用较大的测球以及较短的测杆,以便得到较好的刚性和足 够的有效工作长度;选用较大测球直径,还可以减小待测工件表面光洁度对测量 精度的影响。

星形测针

星形测针由四个或五个直测针牢固地安装在一个不锈钢的星形测针座上组 成,它能满足复杂形体和孔的多测尖测量,可减少测头在工件内部移动的距离, 如孔的侧面和底部等,从而缩短了检测时间。

星形测针的每个直测针的尖端都需要以单一球形直测针的方式标定或校准。 星形测针的“跨度”是指两端测球中心的距离。

盘形测针

盘形测针用于检测星形测针无法触及的孔内退刀槽和凹槽。它们是大尺寸测 球的“截面”,可以制成各种直径和厚度。

用简单盘形测针的“球形边缘”进行检测与用大尺寸测球的外圆或其附近进行检 测同样有效。简易的盘形测针仅需要标定一个直径(通常使用环规),但仅限于 在X和Y方向进行检测。

柱形测针

柱形测针用于检测薄板材料的孔。它还可以检测各种螺纹部件,并可定位攻 丝孔的中心。柱形测针可进行全面标定及X、Y和Z向检测,因此可进行表面检 测。

 

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