В области прецизионного производства и контроля качества трёхкоординатная измерительная машина является ключевым оборудованием, обеспечивающим точность продукции. Точность получаемых ею данных измерений напрямую влияет на качество продукции и оптимизацию производственных процессов. Однако погрешность термодеформации, вызванная изменением температуры во время работы оборудования, всегда была серьёзной проблемой для отрасли. Гранитное основание, обладающее выдающимися физическими свойствами и структурными преимуществами, стало ключом к устранению погрешности термодеформации трёхкоординатной измерительной машины.
Причины и опасности погрешностей термодеформаций в трехкоординатных измерительных машинах
При работе трёхкоординатной измерительной машины работа двигателя, трение, генерирующее тепло, и колебания температуры окружающей среды могут вызывать изменения температуры оборудования. Основание измерительной машины, изготовленное из традиционных металлических материалов, имеет относительно высокий коэффициент теплового расширения. Например, коэффициент теплового расширения обычной стали составляет приблизительно 11×10⁻⁶/℃. При повышении температуры на 10℃ металлическое основание длиной 1 м удлиняется на 110 мкм. Эта незначительная деформация передается на измерительный зонд через механическую конструкцию, вызывая смещение точки измерения и, в конечном итоге, приводя к ошибкам в результатах измерений. При контроле прецизионных деталей, таких как лопатки авиационных двигателей и прецизионные пресс-формы, погрешность в 0,01 мм может привести к несоответствию продукции. Погрешности, связанные с термической деформацией, серьезно влияют на надёжность измерений и эффективность производства.
Характерные преимущества гранитных оснований
Сверхнизкий коэффициент теплового расширения, стабильный эталон измерений
Гранит – это природная магматическая горная порода, образовавшаяся в результате геологических процессов на протяжении сотен миллионов лет. Его коэффициент теплового расширения чрезвычайно низок, обычно от (4 до 8) × 10⁻⁶/℃, что составляет всего лишь от 1/3 до 1/2 коэффициента теплового расширения металлических материалов. Это означает, что при тех же колебаниях температуры изменение размеров гранитного основания крайне мало. При колебаниях температуры окружающей среды гранитное основание сохраняет стабильную геометрическую форму, обеспечивая надежную опору для системы координат измерительной машины, предотвращая смещение измерительного зонда, вызванное деформацией основания, и снижая влияние погрешностей теплового расширения на результаты измерений.
Высокая жесткость и однородная структура подавляют передачу деформации
Гранит обладает твёрдой текстурой, плотной и однородной внутренней кристаллической структурой, его твёрдость достигает 6-7 единиц по шкале Мооса. Высокая жёсткость гранитного основания снижает вероятность упругой деформации под действием веса измерительной машины и внешних сил в процессе измерения. Даже при работе оборудования с небольшими вибрациями или локальными неравномерными нагрузками гранитное основание благодаря своей однородной структуре эффективно подавляет передачу и распространение деформации, предотвращает передачу деформации от основания к измерительному механизму, обеспечивает постоянную стабильность измерительного зонда и гарантирует точность результатов измерений.
Естественные демпфирующие свойства, поглощающие вибрацию и тепло
Уникальная микроструктура гранита обеспечивает ему превосходные демпфирующие свойства. При передаче вибрации, возникающей при работе измерительной машины, на гранитное основание, внутренние минеральные частицы и мельчайшие поры преобразуют энергию вибрации в тепловую энергию и поглощают её, быстро затухая амплитуду колебаний. Кроме того, эта демпфирующая способность способствует поглощению тепла, выделяемого при работе оборудования, замедляет накопление и распространение тепла по основанию и снижает риск локальной тепловой деформации, вызванной неравномерным распределением температуры. При непрерывных длительных измерениях демпфирующие свойства гранитного основания могут значительно снизить возникновение погрешностей, связанных с тепловой деформацией, и повысить стабильность измерений.
Эффект практического применения гранитного основания
После замены металлического основания трёхкоординатной измерительной машины на гранитное основание на многих производственных предприятиях точность измерений значительно повысилась. После внедрения трёхкоординатной измерительной машины с гранитным основанием на одном из предприятий по производству автозапчастей погрешность измерения блока цилиндров двигателя снизилась с первоначальных ±15 мкм до ±5 мкм. Значительно улучшились повторяемость и воспроизводимость результатов измерений, повысилась надёжность контроля качества продукции, а также существенно снизился процент ошибочной оценки продукции, вызванной погрешностями измерений. Это повысило эффективность производства и конкурентоспособность предприятий.
В заключение следует отметить, что гранитное основание, обладающее чрезвычайно низким коэффициентом теплового расширения, высокой жесткостью, однородной структурой и превосходными демпфирующими характеристиками, исключает погрешность тепловой деформации трехкоординатной измерительной машины в нескольких измерениях, обеспечивая стабильную и надежную базовую опору для точных измерений, и стало незаменимым ключевым компонентом современного высокоточного измерительного оборудования.
Время публикации: 19 мая 2025 г.