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碳 纤维殷 钢组合结构的三坐标测量仪测量轴及制作方法

阅读：635发布：2024-01-10

专利汇可以提供碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴及制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴及制作方法。本发明公开了一种碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴，包括外壳和内层，所述外壳由殷钢制成，外壳包裹住内层，内层由碳纤维制成，内部碳纤维通过高温高压与外壳殷钢共固化形成，在内层上安装有若干个连接件，连接件主要是由于三坐标测量轴的外部接口需要，同时能够加强外壳与内层沿厚度方向的连接强度。本发明的碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴，在不改变尺寸的情况下，加大了强度和减轻了重量，减小了测量轴由于热膨胀造成的测量基准受损和惯性力造成的测量轴变形。，下面是碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴及制作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴的制作方法，该测量轴包括外壳和内层，所述外壳由殷钢制成，外壳包裹住内层，内层由碳纤维制成，在内层上安装有若干个连接件，所述殷钢的化学成分为镍36%，铁63.8%，碳0.2%，其特征在于，包括以下步骤：
（1）外壳殷钢模具加工，首先进行半精铣削加工与精加工，然后进行调质处理，紧接着精磨外形，直到符合设计要求为准；
（2）碳纤维预成型，将碳纤维按照0°、±30°、0°、±45°的角度交替铺放在内模上，铺放之前在内模外表面上涂抹均匀脱模剂，并在内模的外表面上包裹一层聚四氟乙烯薄膜，铺放过程中每隔500mm距离在碳纤维层间使用定型剂定型，同时控制环境温度在25℃±2℃，铺放完成后，在碳纤维表面涂抹均匀J133胶黏剂，晾置3 5分钟；
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（3）固化前将内模取出，注意拔模斜度方向，确保从小头抽出；
（4）将整个碳纤维放置外壳殷钢模具中，外壳殷钢模具两端盖上端盖，整体进热压罐，并在其中留进气口的一个端盖上安装好高压空气进气装置；
（5）检查密封性，先在2小时内加热到120℃，保持模具内压力为2kg，然后在2小时内加热到165℃，保持压力在5kg，保温保压6小时，然后关闭热压罐电源与压缩空气开关，待冷却到室温时取出；
（6）轴表面进行精磨，留0.2mm加工余量；
（7）按照轴的安装图配打连接孔，保证孔与表面垂直度小于0.01mm；
（8）将表面阳极化处理过的连接件表面涂抹J133胶黏剂，然后埋在轴上，并整体进烘箱固化，保持温度120℃，持续时间4小时以上，不超过8小时；
（9）最终精磨，整体符合设计要求。
2.根据权利要求1所述的碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴的制作方法，其特征在于：所述外壳的厚度为2-5mm，内层的厚度为3-6mm，在总厚度一定的情况下，内层厚度大于外壳厚度。
3.根据权利要求1所述的碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴的制作方法，其特征在于：所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，材料牌号选用M40J及以上，铺层方向采用0°、±30°、0°、±45°交替方式，每层厚度0.1mm。

说明书全文

碳 纤维殷 钢组合结构的三坐标测量仪测量轴及制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴及制作方法，属于三坐标测量仪的制作领域。

背景技术

[0002] 三坐标测量仪是常用的测量仪器之一，它可以快速、方便地测出一些普通的测量仪器无法测得的零件尺寸参数。现有的三坐标测量仪的测量轴大都是由铝合金材料制成，由于铝合金材料热膨胀系数大，一般测量轴在使用几年之后，测量轴的测量基准——光栅尺就会受损，精度改变。因此，如何克服测量轴的精度受损问题成为了当前亟待解决的问题。

发明内容

[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴及制作方法，在不改变尺寸的情况下，加大了轴的强度和减轻了轴的重量，减小了测量轴由于热膨胀造成的测量基准受损和惯性力造成的测量轴变形。

[0004] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴，包括外壳和内层，所述外壳由殷钢制成，外壳包裹住内层，内层由碳纤维制成，内部碳纤维通过高温高压与外壳殷钢共固化形成，在内层上安装有若干个连接件，连接件主要是由于三坐标测量轴的外部接口需要，同时能够加强外壳与内层沿厚度方向的连接强度。

[0005] 作为优选，所述外壳的厚度为2-5mm，内层的厚度为3-6mm，在总厚度一定的情况下，内层厚度大于外壳厚度。

[0006] 作为优选，所述殷钢的化学成分为镍36％，铁63.8％，碳0.2％。

[0007] 作为优选，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，材料牌号选用M40J及以上，铺层方向采用0°、±30°、0°、±45°交替方式，每层厚度0.1mm。

[0008] 一种上述的碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴的制作方法，包括以下步骤：

[0009] (1)外壳殷钢模具加工，首先进行半精铣削加工与精加工，然后进行调质处理，紧接着精磨外形，直到符合设计要求为准；

[0010] (2)碳纤维预成型，将碳纤维按照0°、±30°、0°、±45°的角度交替铺放在内模上，铺放之前在内模外表面上涂抹均匀脱模剂，并在内模的外表面上包裹一层聚四氟乙烯薄膜，铺放过程中每隔500mm距离在碳纤维层间使用定型剂定型，同时控制环境温度在25℃±2℃，确保铺放过程碳纤维布表面有微微粘手感，铺放完成后，在碳纤维表面涂抹均匀J133胶黏剂，晾置3～5分钟，铺放后尺寸以刚好能进外壳殷钢模具为宜，可以略小，但是不能大于外模内径以免在将预成型体塞进外模时发生纤维褶皱或角度变化影响性能；

[0011] (3)固化前将内模取出，注意拔模斜度方向，确保从小头抽出；

[0012] (4)将整个碳纤维放置外壳殷钢模具中，外壳殷钢模具两端盖上端盖，整体进热压罐，并在其中留进气口的一个端盖上安装好高压空气进气装置；

[0013] (5)检查密封性，按照相应的碳纤维牌号与树脂体系进行升温固化，一般先在2小时内加热到120℃，保持模具内压力为2Kg，然后在2小时内加热到165℃，保持压力在5kg，保温保压6小时，然后关闭热压罐电源与压缩空气开关，待冷却到室温时取出；

[0014] (6)轴表面进行精磨，留0.2mm加工余量；

[0015] (7)按照轴的安装图配打连接孔，保证孔与表面垂直度小于0.01mm；

[0016] (8)将表面阳极化处理过的连接件表面涂抹J133胶黏剂，然后采用定位模板后埋在轴上，并整体进烘箱固化，保持温度120℃，持续时间4小时以上，不超过8小时；

[0017] (9)最终精磨，整体符合设计要求，确保形位精度优于0.005mm/1000mm。

[0018] 有益效果：本发明的碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴，在不改变尺寸的情况下，加大了强度和减轻了重量，减小了测量轴由于热膨胀造成的测量基准受损和惯性力造成的测量轴变形。附图说明

[0019] 图1为本发明的结构示意图。

[0020] 图2为图1中碳纤维的铺设示意图。

具体实施方式

[0021] 如图1和图2所示，本发明的一种碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴，包括外壳2和内层1，所述外壳2由殷钢制成，外壳2包裹住内层1，内层1由碳纤维制成，内部碳纤维通过高温高压与外壳殷钢共固化形成，在内层1上安装有若干个连接件3，连接件3主要是由于三坐标测量轴的外部接口需要，同时能够加强外壳2与内层1沿厚度方向的连接强度。

[0022] 在本发明中，所述外壳2的厚度为2-5mm，内层1的厚度为3-6mm，在总厚度一定的情况下，内层1厚度大于外壳2厚度。所述殷钢的化学成分为镍36％，铁63.8％，碳0.2％，利用殷钢膨胀系数小的特点，极大地加强了测量轴的强度。

[0023] 在本发明中，碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，材料牌号选用M40J，铺层方向采用0°、±30°、0°、±45°交替方式，即0°、30°、-30°、0°、45°、-45°交替方式，保证轴的弯曲刚度，使得最大刚度沿着主应力方向；铺层的定向角度设计使得轴工作过程中承受主要工作载荷以及运动动载荷的方向具有尽可能大的刚度，而其他方向由于几乎不受力，从而设计时可以较少考虑，这样就相比各向同性的金属材料，更能把材料的效能发挥在需要的方向和部位，从而产品具有更高的比强度、比刚度，重量很轻。每层厚度0.1mm，采用多层铺设的方式，为了最大程度的利用碳纤维在轴向上的高性能，根据测量轴受力方向，即重力和轴向的拉力，选定碳纤维铺放角度为0°。每层厚度为0.1mm，共40层，选用M40J的聚丙烯腈基碳纤维具有高强度和高抗拉模量极大地提高了测量轴的强度，同时聚丙烯腈基碳纤维材料具有较低的密度，减轻了测量轴的重量。

[0024] 在本发明中，设计三坐标测量仪测量轴的外部尺寸为140mm*140mm，外壳2的厚度为2mm，内层1的厚度为4mm，形位精度优于0.005mm/1000mm。

[0025] 一种上述的碳纤维殷钢组合结构的三坐标测量仪测量轴的制作方法，包括以下步骤：

[0026] (1)外壳殷钢模具加工，首先进行半精铣削加工与精加工，然后进行调质处理，紧接着精磨外形，直到外壳殷钢模具的外部尺寸为140mm*140mm，然后选择合适的内模，内模的外表面尺寸为128mm*128mm；

[0027] (2)碳纤维预成型，如图2所示，将碳纤维按照0°、±30°、0°、±45°的角度交替铺放在内模上，铺放之前在内模外表面上涂抹均匀脱模剂，并在内模的外表面上包裹一层聚四氟乙烯薄膜，铺放过程中每隔500mm距离在碳纤维层间使用定型剂定型，同时控制环境温度在25℃±2℃，确保铺放过程碳纤维布表面有微微粘手感，铺放完成后，在碳纤维表面涂抹均匀J133胶黏剂，晾置3～5分钟，铺放后尺寸以刚好能进外壳殷钢模具为宜，可以略小，但是不能大于外模内径以免在将预成型体塞进外模时发生纤维褶皱或角度变化影响性能；

[0028] (3)固化前将内模取出，注意拔模斜度方向，确保从小头抽出；

[0029] (4)将整个碳纤维放置外壳殷钢模具中，外壳殷钢模具两端盖上端盖，整体进热压罐，并在其中留进气口的一端安装好高压空气进气装置；

[0030] (5)检查密封性，按照相应的碳纤维牌号与树脂体系进行升温固化，一般先在2小时内加热到120℃，保持模具内压力为2Kg，然后在2小时内加热到165℃，保持压力在5kg，保温保压6小时，然后关闭热压罐电源与压缩空气开关，待冷却到室温时取出；

[0031] (6)检测轴的尺寸与平面度；

[0032] (7)轴表面进行精磨，留0.2mm加工余量；

[0033] (8)按照轴的安装图配打连接孔，保证孔与表面垂直度小于0.01mm；

[0034] (9)将表面阳极化处理过的连接件表面涂抹J133胶黏剂，然后采用定位模板后埋在轴上，并整体进烘箱固化，保持温度120℃，持续时间4小时以上，不超过8小时；

[0035] (10)最终精磨，整体符合设计要求，确保形位精度优于0.005mm/1000mm。

[0036] 在本发明中，外壳2的模具实际上是产品的一部分，这样一方面可以保证产品的脱模比较简单，而且不会因为脱外模过程中影响产品的质量；另一方面是产品本身的表面质量要求很高，这样子可以保证产品表面精度，常规方法碳纤维的表面精度是比较低的，不符合本装置的要求。

[0037] 因为产品为直径140mm，长度3米多长方管，在这里面铺碳纤维难度很大。所以我们将碳纤维预制在内模上，先在内模上预成型，再整个塞进去，然后把内模拿出来，然后在两端分开封起来，然后里面充高压空气，最后整个进风箱，保证产品质量。

[0038] 将把模具和产品做成一块，一方面发挥了金属材料的高的可加工性；另一方面发挥碳纤维材料的高的比强度、低密度的特性，达到既有外在的美观高精度，又有内在的高强度和轻质的优点。

[0039] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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