本發(fā)明涉及碳纖維殷鋼組合結(jié)構(gòu)的三坐標測量儀測量軸及制作方法，屬于三坐標測量儀的制作領域。

背景技術：

三坐標測量儀是常用的測量儀器之一，它可以快速、方便地測出一些普通的測量儀器無法測得的零件尺寸參數(shù)?，F(xiàn)有的三坐標測量軸的測量軸大都是由鋁合金材料制成，由于鋁合金材料熱膨脹系數(shù)大，一般測量軸在使用幾年之后，測量軸的測量基準——光柵尺就會受損，精度改變。因此，如何克服測量軸的精度受損問題成為了當前亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種碳纖維殷鋼組合結(jié)構(gòu)的三坐標測量儀測量軸及制作方法，在不改變尺寸的情況下，加大了軸的強度和減輕了軸的重量，減小了測量軸由于熱膨脹造成的測量基準受損和慣性力造成的測量軸變形。

技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明的一種碳纖維殷鋼組合結(jié)構(gòu)的三坐標測量儀測量軸，包括外殼和內(nèi)層，所述外殼由殷鋼制成，外殼包裹住內(nèi)層，內(nèi)層由碳纖維制成，內(nèi)部碳纖維通過高溫高壓與外殼殷鋼共固化形成，在內(nèi)層上安裝有若干個連接件，連接件主要是由于三坐標測量軸的外部接口需要，同時能夠加強外殼與內(nèi)層沿厚度方向的連接強度。

作為優(yōu)選，所述外殼的厚度為2-5mm，內(nèi)層的厚度為3-6mm，在總厚度一定的情況下，內(nèi)層厚度大于外殼厚度。

作為優(yōu)選，所述殷鋼的化學成分為鎳36％，鐵63.8％，碳0.2％。

作為優(yōu)選，所述碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維，材料牌號選用M40J及以上，鋪層方向采用0°、±30°、0°、±45°交替方式，每層厚度0.1mm。

一種上述的碳纖維殷鋼組合結(jié)構(gòu)的三坐標測量儀測量軸的制作方法，包括以下步驟：

(1)外殼殷鋼模具加工，首先進行半精銑削加工與精加工，然后進行調(diào)質(zhì)處理，緊接著精磨外形，直到符合設計要求為準；

(2)碳纖維預成型，將碳纖維按照0°、±30°、0°、±45°的角度交替鋪放在內(nèi)模上，鋪放之前在內(nèi)模外表面上涂抹均勻脫模劑，并在內(nèi)模的外表面上包裹一層聚四氟乙烯薄膜，鋪放過程中每隔500mm距離在碳纖維層間使用定型劑定型，同時控制環(huán)境溫度在25°±2°，確保鋪放過程碳纖維布表面有微微粘手感，鋪放完成后，在碳纖維表面涂抹均勻J133膠黏劑，晾置3～5分鐘，鋪放后尺寸以剛好能進外殼殷鋼模具為宜，可以略小，但是不能大于外模內(nèi)徑以免在將預成型體塞進外模時發(fā)生纖維褶皺或角度變化影響性能；

(3)固化前將內(nèi)模取出，注意拔模斜度方向，確保從小頭抽出；

(4)將整個碳纖維放置外殼殷鋼模具中，外殼殷鋼模具兩端蓋上端蓋，整體進熱壓罐，并在其中留進氣口的一個端蓋上安裝好高壓空氣進氣裝置；

(5)檢查密封性，按照相應的碳纖維牌號與樹脂體系進行升溫固話，一般先在2小時內(nèi)加熱到120°，保持模具內(nèi)壓力為2Kg，然后在2小時內(nèi)加熱到165°，保持壓力在5kg，保溫保壓6小時，然后關閉熱壓罐電源與壓縮空氣開關，待冷卻到室溫時取出；

(6)軸表面進行精磨，留0.2mm加工余量；

(7)按照軸的安裝圖配打連接孔，保證孔與表面垂直度小于0.01mm；

(8)將表面陽極化處理過的埋件表面涂抹J133膠黏劑，然后采用定位模板后埋在軸上，并整體進烘箱固話，保持溫度120°，持續(xù)時間4小時以上，不超過8小時；

(9)最終精磨，整體符合設計要求，確保形位精度優(yōu)于0.005mm/1000mm。

有益效果：本發(fā)明的碳纖維殷鋼組合結(jié)構(gòu)的三坐標測量儀測量軸，在不改變尺寸的情況下，加大了強度和減輕了重量，減小了測量軸由于熱膨脹造成的測量基準受損和慣性力造成的測量軸變形。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中碳纖維的鋪設示意圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種碳纖維殷鋼組合結(jié)構(gòu)的三坐標測量儀測量軸，包括外殼2和內(nèi)層1，所述外殼2由殷鋼制成，外殼2包裹住內(nèi)層1，內(nèi)層1由碳纖維制成，內(nèi)部碳纖維通過高溫高壓與外殼殷鋼共固化形成，在內(nèi)層1上安裝有若干個連接件3，連接件3主要是由于三坐標測量軸的外部接口需要，同時能夠加強外殼2與內(nèi)層1沿厚度方向的連接強度。

在本發(fā)明中，所述外殼2的厚度為2-5mm，內(nèi)層1的厚度為3-6mm，在總厚度一定的情況下，內(nèi)層1厚度大于外殼2厚度。所述殷鋼的化學成分為鎳36％，鐵63.8％，碳0.2％，利用殷鋼膨脹系數(shù)小的特點，極大地加強了測量軸的強度。

在本發(fā)明中，碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維，材料牌號選用M40J，鋪層方向采用0°、±30°、0°、±45°交替方式，即0°、30°、-30°、0°、45°、-45°交替方式，保證軸的彎曲剛度，使得最大剛度沿著主應力方向；鋪層的定向角度設計使得軸工作過程中承受主要工作載荷以及運動動載荷的方向具有盡可能大的剛度，而其他方向由于幾乎不受力，從而設計時可以較少考慮，這樣就相比各向同性的金屬材料，更能把材料的效能發(fā)揮在需要的方向和部位，從而產(chǎn)品具有更高的比強度、比剛度，重量很輕。每層厚度0.1mm，采用多層鋪設的方式，為了最大程度的利用碳纖維在軸向上的高性能，根據(jù)測量軸受力方向，即重力和軸向的拉力，選定碳纖維鋪放角度為0°。每層厚度為0.1mm，共40層，選用M40J的聚丙烯腈基碳纖維具有高強度和高抗拉模量極大地提高了測量軸的強度，同時聚丙烯腈基碳纖維材料具有較低的密度，減輕了測量軸的重量。

在本發(fā)明中，設計三坐標測量儀測量軸的外部尺寸為140mm*140mm，外殼2的厚度為2mm，內(nèi)層1的厚度為4mm，形位精度優(yōu)于0.005mm/1000mm。

一種上述的碳纖維殷鋼組合結(jié)構(gòu)的三坐標測量儀測量軸的制作方法，包括以下步驟：

(1)外殼殷鋼模具加工，首先進行半精銑削加工與精加工，然后進行調(diào)質(zhì)處理，緊接著精磨外形，直到外殼殷鋼模具的外部尺寸為140mm*140mm，然后選擇合適的內(nèi)模，內(nèi)模的外表面尺寸為128mm*128mm；

(2)碳纖維預成型，如圖2所示，將碳纖維按照0°、±30°、0°、±45°的角度交替鋪放在內(nèi)模上，鋪放之前在內(nèi)模外表面上涂抹均勻脫模劑，并在內(nèi)模的外表面上包裹一層聚四氟乙烯薄膜，鋪放過程中每隔500mm距離在碳纖維層間使用定型劑定型，同時控制環(huán)境溫度在25°±2°，確保鋪放過程碳纖維布表面有微微粘手感，鋪放完成后，在碳纖維表面涂抹均勻J133膠黏劑，晾置3～5分鐘，鋪放后尺寸以剛好能進外殼殷鋼模具為宜，可以略小，但是不能大于外模內(nèi)徑以免在將預成型體塞進外模時發(fā)生纖維褶皺或角度變化影響性能；

(3)固化前將內(nèi)模取出，注意拔模斜度方向，確保從小頭抽出；

(4)將整個碳纖維放置外殼殷鋼模具中，外殼殷鋼模具兩端蓋上端蓋，整體進熱壓罐，并在其中留進氣口的一端安裝好高壓空氣進氣裝置；

(5)檢查密封性，按照相應的碳纖維牌號與樹脂體系進行升溫固話，一般先在2小時內(nèi)加熱到120°，保持模具內(nèi)壓力為2Kg，然后在2小時內(nèi)加熱到165°，保持壓力在5kg，保溫保壓6小時，然后關閉熱壓罐電源與壓縮空氣開關，待冷卻到室溫時取出；

(6)檢測軸的尺寸與平面度；

(7)軸表面進行精磨，留0.2mm加工余量；

(8)按照軸的安裝圖配打連接孔，保證孔與表面垂直度小于0.01mm；

(9)將表面陽極化處理過的埋件表面涂抹J133膠黏劑，然后采用定位模板后埋在軸上，并整體進烘箱固話，保持溫度120°，持續(xù)時間4小時以上，不超過8小時；

(10)最終精磨，整體符合設計要求，確保形位精度優(yōu)于0.005mm/1000mm。

在本發(fā)明中，外殼2的模具實際上是產(chǎn)品的一部分，這樣一方面可以保證產(chǎn)品的脫模比較簡單，而且不會因為脫外模過程中影響產(chǎn)品的質(zhì)量；另一方面是產(chǎn)品本身的表面質(zhì)量要求很高，這樣子可以保證產(chǎn)品表面精度，常規(guī)方法碳纖維的表面精度是比較低的，不符合本裝置的要求。

因為產(chǎn)品為直徑140mm，長度3米多長方管，在這里面鋪碳纖維難度很大。所以我們將碳纖維預制在內(nèi)模上，先在內(nèi)模上預成型，再整個塞進去，然后把新模拿出來，然后在兩端分開封起來，然后里面充高壓空氣，最后整個進風箱，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

將把模具和產(chǎn)品做成一塊，一方面發(fā)揮了金屬材料的高的可加工性；另一方面發(fā)揮碳纖維材料的高的比強度、低密度的特性，達到既有外在的美觀高精度，又有內(nèi)在的高強度和輕質(zhì)的優(yōu)點。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。