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1、测量机常用材料对材料的要求有：1.导热性要好，以免外界有温度变化（随时间及空间变化）时形成构件内部的温度梯度，引起机器结构的变形（主要是扭转和弯曲）；2.热膨胀系数要小，以免温度变化引起过大的伸长缩短；3.要具有比较大的弹性模量（刚性），以免受力后有较大的变形；4.高的硬度及耐磨性，保证不易划伤、磨损；5.较高的强度不易断裂；6.运动部分的材料要求密度小，以减小由于测量机的高速、高加速运动而产生的测量机惯性力；7.考虑材料吸水率小，以免受潮变形（质量差的花岗石，由于吸水，足以引起微米级的变形）；8.工艺性好，易于加工；9.成本要低。1.1 铸铁（主要是灰铸铁）灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，含碳
2、量较高（为 2.7%4.0%），因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量 80%以上。灰铸铁是应用较为普遍的一种材料，主要用于底座、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。但也有缺点：易受腐蚀，耐磨性低于花岗石，强度不高。目前灰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
3、免复杂变形；灰铸件可经过较长时间的自然时效，有利于保持长期稳定性。1.2 钢钢，是对含碳量质量百分比介于 0.02%至 2.06%之间的的统称。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，焊接件有以下地优点。1、焊接构件经过充分地人工时效后可获得较高的稳定性。2、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
4、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。3、焊接件的尺寸可以得到很好的控制。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 。1.3 花岗石花岗石比钢
5、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，大部分采用花岗石材料。花岗石可用于作工作台、角尺、立柱、横梁、导轨、支架、壳体等。由于花岗石的热膨胀系数小，很适合与气浮导轨配合。花岗石也存在不少缺点，主要是：虽然可以用粘贴的方法制成空心结构，但较麻烦；实心结构质量大，不易加工，特别是螺钉孔和光孔难以加工，不能将磁力表架吸附到其上，造价高于铸铁；花岗石材质较脆，粗加工时容易崩边；遇水会产生微量变形。使用中应注意
6、防水防潮，禁止用混水的清洗剂擦拭花岗石表面，也应防止静压气体中的水分对导轨的影响。济南青花岗石弹性模量与铸铁相近，比较如下：(1)一般灰口铸铁 :(1.151.60) Mpa。510(2)济南青花岗石 : Mpa。51.28(3)不同产地的花岗石差异较大，一般的花岗石弹性模量为（0.50.6）Mpa。5101.4 铝合金 三坐标测量机主要是使用高强度铝合金。这是近几年发展最快的新型材料。铝材料的优点是质量轻、强度高、变形小、导热性能好，并且能进行焊接，适合作测量机上的许多部件。应用高强度铝合金是目前的主要趋势。铝合金其导热系数高而适用于温度梯度和温度变化较大的环境中，通过硬质阳极化使其表面形成
7、铝陶瓷（ ），具有很高的硬度，耐磨性较好。23AlO美国推出的 6000 号铝合金，各项性能都较好。这种材料的最大特点是不易变形，是理想的导轨材料。德国 Zeiss 采用了这种材料，因此桥框质量减小，变形也减小，适用于快速测量。在德国 Zeiss 的产品 UMC850 中，轴和轴的导轨采用了合金材料CARAT(带陶瓷涂层的抗时效铝合金)，由于其导热系数大、温度梯度小，所以不易产生复杂热变形。为减小其伸缩变形，在测量机外部加隔温罩，而且在导轨的右平板上下两面装有若干个温度传感器，在检测出温度变化后即由计算机对由于线膨胀而产生的热变形进行补偿。1.5 氧化锆陶瓷氧化锆(ZrO2)是 20 世纪 7
8、0 年代发展起来的新型结构陶瓷，是一种多功能材料，具有十分优异的物理和化学性能，除硫酸和氢氟酸外，对酸、碱及碱熔体、玻璃熔体和熔融金属具有良好的稳定性，而且热导率低、热稳定性好及高温蠕变小，使其在工业生产中得到了广泛的应用。氧化锆陶瓷具有相变增韧和微裂纹增韧，所以有很高的强度和韧性，被誉为“陶瓷钢”，在所有陶瓷中它的断裂韧性是最高。具有优异的室温机械性能。在此基础上，对氧化锆配方和工艺进行优化，可以获得细晶结构的高硬度、高强度和高韧性的氧化锆陶瓷。高硬度、高强度和高韧性就保证了氧化锆陶瓷比其它传统结构陶瓷具有不可比拟的耐磨性。具有细晶结构的陶瓷通过加工可以获得很低的表面粗糙度（600Mpa屈服
9、强度 355Mpa热膨胀系数： 612e/C热导率：热导率：80w/(m.k)易成型主要用于通用型测量机的底座、立柱、滑架、连接件低优点：刚性和强度好，价格低，材料普遍缺点：内部的残余应力的释放，使其容易变形花岗石（济南青为例）密度:3.07 g/cm 泊松比=0.28弹性模量：127Gpa抗压强度(/Mpa)：257.1抗弯强度(/Mpa)：36.7热膨胀系数： 67e/C不易成型主要用于各类测量机的横梁、立柱、Z 轴、工作台导轨较高优点：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缺点：多为实心结构质量大，不易加工，造价高于铸铁；花岗石材
10、质较脆，粗加工时容易崩边；遇水会产生微量热导率：2.5w/(m.k) 变形。铝合金（6061 为例）密度:2.7 g/cm 泊松比=0.33弹性模量：69Gpa受拉屈服强度(/Mpa)：55.2弯曲强度(/Mpa)：228HSD:79.9热膨胀系数： 624e/C热导率：154w/(m.k)易成型主要用于通用性测量机的横梁、立柱、Z 轴较高优点：质量轻、强度高、变形小、导热性能好，并且能进行焊接，适合作测量机上的许多部件缺点：易成型，但做导轨使用时，较大的硬度和较高加工精度不易达到氧化锆陶瓷密度:5.6g/cm 泊松比=0.31弹性模量：190Gpa抗弯强度(/Mpa)：1100HRA:90-
11、95热膨胀系数： 6.5-1e/C热导率：24.7w/(m.k)难成型 可用于高精度测量 机的横梁、Z 轴 高优点：高强度，高断裂韧性和高硬度 ，优良的耐磨损性能 ，弹性模量和热膨胀系数与金属相近，低热导率缺点：比重较大，不易成型，加工难度大缺点：难烧结成型，制作工艺复杂，生产成本较高，且会有失稳现象的存在，会使性能大大降低碳化硅陶瓷密度:3.16-3.2 g/cm泊松比=0.28弹性模量：127Gpa抗压强度(/Mpa)：224抗弯强度(/Mpa)：15.5莫氏硬度：9.2热膨胀系数： 64.e/C热导率：18w/(m.k)难成型 可用于高精度测量 机的横梁、Z 轴 高优点：抗氧化性强、耐磨
12、性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀缺点：难烧结成型，制作工艺复杂，生产成本较昂贵碳纤维 密度:1.5-2 g/cm 难成型 可用于高精度测量 高 优点：高比强、高比模、耐疲劳、抗泊松比=0.3弹性模量：230-250Gpa拉伸强度：2-7GpaHSD:79.9热膨胀系数： 60.74e/C热导率：6.5w/(m.k)机的横梁、Z 轴 蠕变、比耐热钢还耐高温、比不锈钢还耐腐蚀、耐磨损、尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震缺点：加工困难，制备工艺方法多种多样，用不同工艺和不同牌号的碳纤维所获得的碳纤维制品品质相差很大，一旦破损就很难修复，碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力
