Материалы иглы становятся легче, жестче и тверже

Dec 08, 2023

Просмотрите каталог любой координатно-измерительной машины (КИМ) или щупа для станков, и вы увидите множество доступных материалов на выбор. Конечно, старые резервы — рубиновые шарики, твердосплавные валы и основания из нержавеющей стали — все еще здесь. Но сегодня вы найдете нитрид кремния, цирконий, сталь, алмаз, углеродное волокно, керамику, титан и многое другое. Это приводит к множеству вопросов о лучшем материале для работы. В этой статье мы рассмотрим материалы, их преимущества и недостатки.

В ответ на развивающиеся рынки щупы для КИМ и станков становятся легче, жестче и более износостойкими.

Сегодня существует множество вариантов выбора материалов при выборе щупов для датчиков КИМ или станков.

Если вы не уверены в выборе лучшего выбора для вашего конкретного применения, обратитесь за советом к производителю щупа.

В первых КИМ использовалась игла из закаленной стали, позиционируемая вручную. В то время конструкция иглы ограничивалась стальным шариком, припаянным к стальному стержню, половиной стального цилиндра и стальным конусом, предназначенным для вдавливания в отверстие, чтобы быстро найти его центральную точку. Оператор держал иглу на поверхности, напротив края или вдавливал ее в отверстие, а затем нажимал на педальный переключатель, чтобы записать ее положение.

Системы датчиков быстро совершенствовались, как и щупы. В первых датчиках с сенсорным триггером использовался шариковый щуп, аналогичный тем, которые используются сегодня. Шарики были стальными, а валы не имели резьбы. Вместо резьбы вал удерживался на месте установочным винтом. Привычный сегодня трехкомпонентный щуп, состоящий из шарика, стержня и резьбового основания, появился в 1980-х годах с распространением контактных щуповых головок на КИМ и станках.

Рубин по-прежнему остается предпочтительным материалом для большинства применений КИМ и станков. Рубиновые шарики относительно недороги и износостойки. Карбид вольфрама, благодаря присущей ему жесткости, чаще всего используется для изготовления стержней или стержней иглы. Нержавеющая сталь – наиболее распространенный материал для резьбовых оснований.

Так что же со всеми новыми материалами?

По мере развития измерительных и зондовых систем менялись и требования к щупам. Многие современные зондовые системы налагают ограничения на длину и вес щупа. Эти ограничения создают потребность в материалах, снижающих вес, которые при этом обеспечивают достаточную жесткость. Некоторые КИМ предназначены для работы в заводских условиях. Для этого требуется инструмент, устойчивый к колебаниям температуры. «Руки» КИМ с ручным управлением широко распространены в современных областях производства и контроля. Этим КИМ с ручным управлением требуются прочные щупы, изготовленные из материалов, выдерживающих ручное использование.

С другой стороны, щупы станков имеют так называемый «механический предохранитель». Большинство щупов для станков сконструированы таким образом, чтобы сломаться в случае столкновения, чтобы избежать повреждения станка или головки датчика.

По мере того как медицинские и электронные детали уменьшаются в размерах, уменьшаются и иглы. Еще недавно щупы с шариками размером менее 1,5 мм считались экзотикой. Их считали хрупкими и трудными для калибровки. Сегодня они стали обычным явлением. Для обслуживания этой расширяющейся области недавно были представлены щупы с шариками диаметром 0,2 мм (0,008 дюйма). Для сравнения: шарик диаметром 0,2 мм меньше точки в конце этого предложения.

Эти изменения привели к появлению новых материалов для удовлетворения этих развивающихся требований. Вот обзор материалов, из которых состоят основные компоненты иглы: 1) шарик, 2) стержень и 3) резьбовое основание.

МЯЧ

Мячи из синтетического рубина являются отраслевым стандартом. Рубин уступает только алмазу по твердости и поэтому обладает превосходной износостойкостью. Ruby имеет относительно низкий коэффициент трения, что делает его хорошим выбором для приложений, требующих непрерывного контактного зондирования или «сканирования». Однако при сканировании необработанного алюминия алюминий имеет тенденцию накапливаться на поверхности шара, что делает его непригодным для дальнейшего использования. Кроме того, абразивные поверхности могут изнашивать плоское пятно на рубиновом шарике. Для этих целей мы рекомендуем шарики из нитрида кремния.