一、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的產(chǎn)生
      三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（Coordinate Measuring Machining，簡(jiǎn)稱CMM）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型高效的精密測(cè)量?jī)x器。它的出現(xiàn)，一方面是由于自動(dòng)機(jī)床、數(shù)控機(jī)床高效率加工以及越來越多復(fù)雜形狀零件加工需要有快速可靠的測(cè)量設(shè)備與之配套；另一方面是由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)以及精密加工技術(shù)的發(fā)展為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的產(chǎn)生提供了技術(shù)基礎(chǔ)。1960年，英國FERRANTI公司研制成功世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，到20世紀(jì)60年代末，已有近十個(gè)國家的三十多家公司在生產(chǎn)CMM，不過這一時(shí)期的CMM尚處于初級(jí)階段。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，以ZEISS、LEITZ、DEA、LK、三豐、SIP、FERRANTI、MOORE等為代表的眾多公司不斷推出新產(chǎn)品，使得CMM的發(fā)展速度加快�，F(xiàn)代CMM不僅能在計(jì)算機(jī)控制下完成各種復(fù)雜測(cè)量，而且可以通過與數(shù)控機(jī)床交換信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工的控制，并且還可以根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)反求工程。目前，CMM已廣泛用于機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國防工業(yè)等各部門，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測(cè)和質(zhì)量控制不可缺少的萬能測(cè)量設(shè)備。
二、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成及工作原理
（一）CMM的組成
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，它由機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)兩大部分組成。
（1）機(jī)械系統(tǒng)：一般由三個(gè)正交的直線運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成。如圖9-1所示結(jié)構(gòu)中，X向?qū)к壪到y(tǒng)裝在工作臺(tái)上，移動(dòng)橋架橫梁是Y向?qū)к壪到y(tǒng)，Z向?qū)к壪到y(tǒng)裝在中央滑架內(nèi)。三個(gè)方向軸上均裝有光柵尺用以度量各軸位移值。人工驅(qū)動(dòng)的手輪及機(jī)動(dòng)、數(shù)控驅(qū)動(dòng)的電機(jī)一般都在各軸附近。用來觸測(cè)被檢測(cè)零件表面的測(cè)頭裝在Z軸端部。
（2）電子系統(tǒng)：一般由光柵計(jì)數(shù)系統(tǒng)、測(cè)頭信號(hào)接口和計(jì)算機(jī)等組成，用于獲得被測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
（二）CMM的工作原理
      三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是基于坐標(biāo)測(cè)量的通用化數(shù)字測(cè)量設(shè)備。它首先將各被測(cè)幾何元素的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)這些幾何元素上一些點(diǎn)集坐標(biāo)位置的測(cè)量，在測(cè)得這些點(diǎn)的坐標(biāo)位置后，再根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算求出其尺寸和形位誤差，要測(cè)量工件上一圓柱孔的直徑，可以在垂直于孔軸線的截面I內(nèi)，觸測(cè)內(nèi)孔壁上三個(gè)點(diǎn)（點(diǎn)1、2、3），則根據(jù)這三點(diǎn)的坐標(biāo)值就可計(jì)算出孔的直徑及圓心坐標(biāo)OI；如果在該截面內(nèi)觸測(cè)更多的點(diǎn)（點(diǎn)1，2，…，n，n為測(cè)點(diǎn)數(shù)），則可根據(jù)最小二乘法或最小條件法計(jì)算出該截面圓的圓度誤差；如果對(duì)多個(gè)垂直于孔軸線的截面圓（I，II，…，m，m為測(cè)量的截面圓數(shù)）進(jìn)行測(cè)量，則根據(jù)測(cè)得點(diǎn)的坐標(biāo)值可計(jì)算出孔的圓柱度誤差以及各截面圓的圓心坐標(biāo)，再根據(jù)各圓心坐標(biāo)值又可計(jì)算出孔軸線位置；如果再在孔端面A上觸測(cè)三點(diǎn)，則可計(jì)算出孔軸線對(duì)端面的位置度誤差。由此可見，CMM的這一工作原理使得其具有很大的通用性與柔性。從原理上說，它可以測(cè)量任何工件的任何幾何元素的任何參數(shù)。
三、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的分類
（一）按CMM的技術(shù)水平分類
1．?dāng)?shù)字顯示及打印型
這類CMM主要用于幾何尺寸測(cè)量，可顯示并打印出測(cè)得點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但要獲得所需的幾何尺寸形位誤差，還需進(jìn)行人工運(yùn)算，其技術(shù)水平較低，目前已基本被陶汰。
2．帶有計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理型
這類CMM技術(shù)水平略高，目前應(yīng)用較多。其測(cè)量仍為手動(dòng)或機(jī)動(dòng)，但用計(jì)算機(jī)處理測(cè)量數(shù)據(jù)，可完成諸如工件安裝傾斜的自動(dòng)校正計(jì)算、坐標(biāo)變換、孔心距計(jì)算、偏差值計(jì)算等數(shù)據(jù)處理工作。
3．計(jì)算機(jī)數(shù)字控制型
這類CMM技術(shù)水平較高，可像數(shù)控機(jī)床一樣，按照編制好的程序自動(dòng)測(cè)量。
（二）按CMM的測(cè)量范圍分類
1．小型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)
這類CMM在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向（一般為X軸方向）上的測(cè)量范圍小于500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的測(cè)量。
2．中型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)
這類CMM在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向上的測(cè)量范圍為500～2000mm，是應(yīng)用最多的機(jī)型，主要用于箱體、模具類零件的測(cè)量。
3．大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)
這類CMM在其最長(zhǎng)一個(gè)坐標(biāo)軸方向上的測(cè)量范圍大于2000mm，主要用于汽車與發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等大型零件的測(cè)量。
（三）按CMM的精度分類
1．精密型CMM
其單軸最大測(cè)量不確定度小于1×10－6L（L為最大量程，單位為mm），空間最大測(cè)量不確定度小于（2～3）×10－6L，一般放在具有恒溫條件的計(jì)量室內(nèi)，用于精密測(cè)量。
2．中、低精度CMM
低精度CMM的單軸最大測(cè)量不確定度大體在1×10－4L左右，空間最大測(cè)量不確定度為（2～3）×10－4L，中等精度CMM的單軸最大測(cè)量不確定度約為1×10－5L，空間最大測(cè)量不確定度為（2～3）×10－5L。這類CMM一般放在生產(chǎn)車間內(nèi)，用于生產(chǎn)過程檢測(cè)。
（四）按CMM的結(jié)構(gòu)形式分類
按照結(jié)構(gòu)形式，CMM可分為移動(dòng)橋式、固定橋式、龍門式、懸臂式、立柱式等，見下節(jié)。
第二節(jié) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)
一、結(jié)構(gòu)形式
三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是由三個(gè)正交的直線運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成的，這三個(gè)坐標(biāo)軸的相互配置位置（即總體結(jié)構(gòu)形式）對(duì)測(cè)量機(jī)的精度以及對(duì)被測(cè)工件的適用性影響較大。
二、工作臺(tái)
早期的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作臺(tái)一般是由鑄鐵或鑄鋼制成的，但近年來，各生產(chǎn)廠家已廣泛采用花崗巖來制造工作臺(tái)，這是因?yàn)榛◢弾r變形小、穩(wěn)定性好、耐磨損、不生銹，且價(jià)格
低廉、易于加工。有些測(cè)量機(jī)裝有可升降的工作臺(tái)，以擴(kuò)大Z軸的測(cè)量范圍，還有些測(cè)量機(jī)備有旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以擴(kuò)大測(cè)量功能。
三、導(dǎo)軌
     導(dǎo)軌是測(cè)量機(jī)的導(dǎo)向裝置，直接影響測(cè)量機(jī)的精度，因而要求其具有較高的直線性精度。在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上使用的導(dǎo)軌有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌，但常用的為滑動(dòng)導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)用較少，因?yàn)闈L動(dòng)導(dǎo)軌的耐磨性較差，剛度也較滑動(dòng)導(dǎo)軌低。在早期的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中，許多機(jī)型采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌�；瑒�(dòng)導(dǎo)軌精度高，承載能力強(qiáng)，但摩擦阻力大，易磨損，低速運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生爬行，也不易在高速下運(yùn)行，有逐步被氣浮導(dǎo)軌取代的趨勢(shì)。目前，多數(shù)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已采用空氣靜壓導(dǎo)軌（又稱為氣浮導(dǎo)軌、氣墊導(dǎo)軌），它具有許多優(yōu)點(diǎn)，如制造簡(jiǎn)單、精度高、摩擦力極小、工作平穩(wěn)等。
     氣浮技術(shù)的發(fā)展使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在加工周期和精度方面均有很大的突破。目前不少生產(chǎn)廠在尋找高強(qiáng)度輕型材料作為導(dǎo)軌材料，有些生產(chǎn)廠已選用陶瓷或高膜量型的碳素纖維作為移動(dòng)橋架和橫梁上運(yùn)動(dòng)部件的材料。另外，為了加速熱傳導(dǎo)，減少熱變形，ZEISS公司采用帶涂層的抗時(shí)效合金來制造導(dǎo)軌，使其時(shí)效變形極小且使其各部分的溫度更加趨于均勻一致，從而使整機(jī)的測(cè)量精度得到了提高，而對(duì)環(huán)境溫度的要求卻又可以放寬些。