Kompletny przewodnik po maszynach CMM i pomiarach

Co to jest maszyna CMM?

Wyobraź sobie maszynę typu CNC zdolną do wykonywania niezwykle precyzyjnych pomiarów w wysoce zautomatyzowany sposób.To właśnie robią maszyny CMM!

CMM oznacza „współrzędnościową maszynę pomiarową”.Są to prawdopodobnie najlepsze urządzenia pomiarowe 3D pod względem połączenia ogólnej elastyczności, dokładności i szybkości.

Zastosowania współrzędnościowych maszyn pomiarowych

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe są przydatne zawsze, gdy konieczne jest wykonanie dokładnych pomiarów.Im bardziej złożone i liczne są pomiary, tym korzystniejsze jest zastosowanie maszyny współrzędnościowej.

Zazwyczaj maszyny CMM są używane do inspekcji i kontroli jakości.Oznacza to, że służą do sprawdzenia, czy część spełnia wymagania i specyfikacje projektanta.

Można do nich również przywyknąćinżynier odwrotnyistniejących części, dokonując dokładnych pomiarów ich cech.

Kto wynalazł maszyny CMM?

Pierwsze maszyny CMM zostały opracowane przez firmę Ferranti Company of Scotland w latach pięćdziesiątych XX wieku.Były potrzebne do precyzyjnych pomiarów części w przemyśle lotniczym i obronnym.Pierwsze maszyny miały tylko 2 osie ruchu.Maszyny 3-osiowe zostały wprowadzone w latach 60-tych przez włoską firmę DEA.Sterowanie komputerowe pojawiło się na początku lat siedemdziesiątych XX wieku i zostało wprowadzone przez Sheffielda z USA.

Rodzaje maszyn współrzędnościowych

Istnieje pięć typów współrzędnościowych maszyn pomiarowych:

• Typ mostka CMM: W tej najczęściej spotykanej konstrukcji głowica CMM porusza się po moście.Jedna strona mostu porusza się po szynie łóżka, a druga opiera się na poduszce powietrznej lub w inny sposób na łóżku bez szyny prowadzącej.
• Wspornik CMM: Wspornik podtrzymuje most tylko z jednej strony.
• Gantry CMM: W suwnicy zastosowano szynę prowadzącą po obu stronach, podobnie jak w przypadku routera CNC.Są to zazwyczaj największe maszyny współrzędnościowe, dlatego potrzebują dodatkowego wsparcia.
• Ramię poziome CMM: Wyobraź sobie wspornik, ale cały most porusza się w górę i w dół na pojedynczym ramieniu, a nie wokół własnej osi.Są to najmniej dokładne maszyny współrzędnościowe, ale umożliwiają pomiar dużych i cienkich elementów, takich jak karoserie samochodowe.
• Przenośne ramię typu CMM: Maszyny te wykorzystują ramiona przegubowe i zazwyczaj są ustawiane ręcznie.Zamiast bezpośrednio mierzyć XYZ, obliczają współrzędne na podstawie pozycji obrotowej każdego złącza i znanej długości między złączami.

Każdy z nich ma zalety i wady w zależności od rodzaju pomiarów, które należy wykonać.Typy te odnoszą się do konstrukcji maszyny, która służy do jej pozycjonowaniasondaw stosunku do mierzonej części.

Oto przydatna tabela, która pomoże zrozumieć zalety i wady:

Sondy są zwykle ustawiane w trzech wymiarach – X, Y i Z. Jednak bardziej wyrafinowane maszyny mogą również umożliwiać zmianę kąta sondy, umożliwiając pomiar w miejscach, do których w innym przypadku sonda nie byłaby w stanie dotrzeć.Stoły obrotowe można również wykorzystać w celu poprawy dostępności różnych funkcji.

Maszyny współrzędnościowe są często wykonane z granitu i aluminium i wykorzystują łożyska powietrzne

Sonda to czujnik, który podczas dokonywania pomiaru określa, gdzie znajduje się powierzchnia części.

Typy sond obejmują:

• Mechaniczny
• Optyczny
• Laser
• Białe światło

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe są używane na mniej więcej trzy główne sposoby:

• Działy kontroli jakości: Tutaj są zazwyczaj trzymane w klimatyzowanych, czystych pomieszczeniach, aby zmaksymalizować ich precyzję.
• Hala produkcyjna: W tym przypadku maszyny współrzędnościowe znajdują się wśród maszyn CNC, aby ułatwić przeprowadzanie inspekcji w ramach komórki produkcyjnej przy minimalnym ruchu między maszyną współrzędnościową a maszyną, na której obrabiane są części.Dzięki temu pomiary można wykonywać wcześniej i potencjalnie częściej, co prowadzi do oszczędności w postaci wcześniejszej identyfikacji błędów.
• Przenośne: Przenośne maszyny współrzędnościowe można łatwo przenosić.Można ich używać na hali produkcyjnej lub nawet przenosić do miejsca oddalonego od zakładu produkcyjnego w celu pomiaru części w terenie.

Jak dokładne są maszyny CMM (dokładność CMM)?

Dokładność maszyn do pomiaru współrzędnych jest różna.Ogólnie rzecz biorąc, ich celem jest precyzja mikrometryczna lub lepsza.Ale to nie jest takie proste.Po pierwsze, błąd może być funkcją wielkości, więc błąd pomiarowy maszyny współrzędnościowej można określić jako krótki wzór, który zawiera długość pomiaru jako zmienną.

Na przykład maszyna współrzędnościowa Global Classic firmy Hexagon jest wymieniona jako niedroga, uniwersalna maszyna współrzędnościowa, a jej dokładność określa się jako:

1,0 + L/300um

Wymiary te podano w mikronach, a L podano w mm.Powiedzmy, że próbujemy zmierzyć długość obiektu o średnicy 10 mm.Wzór będzie wynosić 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 lub 1,03 mikrona.

Mikron to tysięczna milimetra, czyli około 0,00003937 cala.Zatem błąd przy pomiarze naszej długości 10 mm wynosi 0,00103 mm lub 0,00004055 cala.To mniej niż pół pół dziesiątej – całkiem mały błąd!

Z drugiej strony należy mieć dokładność 10 razy większą od tej, którą próbujemy zmierzyć.Oznacza to, że możemy ufać temu pomiarowi tylko do 10-krotności tej wartości, czyli 0,00005 cala.Nadal jest to dość mały błąd.

Sprawa staje się jeszcze bardziej niejasna w przypadku pomiarów CMM na hali produkcyjnej.Jeśli maszyna współrzędnościowa jest umieszczona w laboratorium inspekcyjnym o kontrolowanej temperaturze, jest to bardzo pomocne.Jednak w hali produkcyjnej temperatury mogą znacznie się różnić.Istnieje wiele sposobów, w jaki maszyna współrzędnościowa może kompensować zmiany temperatury, ale żaden nie jest doskonały.

Producenci maszyn współrzędnościowych często określają dokładność dla zakresu temperatur i zgodnie z normą ISO 10360-2 dotyczącą dokładności maszyn współrzędnościowych typowy zakres wynosi 18–22°C (64–72°F).To świetnie, chyba że w lecie Twoja hala produkcyjna ma 86 stopni F.W takim razie nie masz dobrej specyfikacji błędu.

Niektórzy producenci oferują zestaw stopni schodowych lub zakresów temperatur o różnych specyfikacjach dokładności.Ale co się stanie, jeśli znajdziesz się w więcej niż jednym zakresie dla tego samego zestawu części o różnych porach dnia lub w różnych dniach tygodnia?

Zaczyna się konieczność tworzenia budżetu niepewności, który uwzględnia najgorsze przypadki.Jeśli te najgorsze przypadki skutkują niedopuszczalnymi tolerancjami dla części, potrzebne są dalsze zmiany w procesie:

• Można ograniczyć użycie maszyny współrzędnościowej do określonych pór dnia, kiedy temperatury mieszczą się w korzystniejszych zakresach.
• Możesz zdecydować się na obróbkę części lub elementów o niższej tolerancji tylko w określonych porach dnia.
• Lepsze maszyny CMM mogą mieć lepsze specyfikacje dla Twoich zakresów temperatur.Mogą być tego warte, choć mogą być znacznie droższe.

Oczywiście te środki spowodują spustoszenie w Twojej zdolności do dokładnego planowania zadań.Nagle zaczynasz myśleć, że lepsza kontrola klimatu w hali produkcyjnej może być opłacalną inwestycją.

Możesz zobaczyć, jak cała ta sprawa z pomiarami staje się cholernie skomplikowana.

Innym elementem, który idzie w parze, jest sposób określania tolerancji sprawdzanych przez maszynę współrzędnościową.Złotym standardem jest wymiarowanie i tolerancja geometryczna (GD&T).Aby dowiedzieć się więcej, sprawdź nasz kurs wprowadzający na temat GD&T.

Oprogramowanie CMM

Maszyny współrzędnościowe obsługują różne rodzaje oprogramowania.Standard nazywa się DMIS, co oznacza standard interfejsu pomiaru wymiarowego.Chociaż nie jest to główny interfejs oprogramowania każdego producenta maszyn współrzędnościowych, większość z nich przynajmniej go obsługuje.

Producenci stworzyli własne, unikalne smaki w celu dodania zadań pomiarowych nieobsługiwanych przez DMIS.

DMIS

Jak wspomniano, DMIS jest standardem, ale podobnie jak kod g CNC, istnieje wiele dialektów, w tym:

• PC-DMIS: wersja Hexagon
• OtwórzDMIS
• DotykDMIS: Perceptron

MKOSMOS

MCOSTMOS to oprogramowanie CMM firmy Nikon.

Kalipso

Calypso to oprogramowanie CMM firmy Zeiss.

Oprogramowanie CMM i CAD/CAM

W jaki sposób oprogramowanie i programowanie CMM ma się do oprogramowania CAD/CAM?

Istnieje wiele różnych formatów plików CAD, więc sprawdź, z którymi z nich jest kompatybilne Twoje oprogramowanie CMM.Ostateczna integracja nazywa się definicją opartą na modelu (MBD).Dzięki MBD sam model może zostać wykorzystany do wyodrębnienia wymiarów dla maszyny współrzędnościowej.

MDB jest dość wiodącym rozwiązaniem, więc w większości przypadków nie jest jeszcze używane.

Sondy, mocowania i akcesoria CMM

Sondy CMM

Dostępnych jest wiele typów i kształtów sond, co ułatwia wiele różnych zastosowań.

Urządzenia CMM

Wszystkie mocowania oszczędzają czas podczas załadunku i rozładunku części na maszynie współrzędnościowej, podobnie jak na maszynie CNC.Można nawet kupić maszyny współrzędnościowe wyposażone w automatyczne ładowarki palet, aby zmaksymalizować przepustowość.

Cena maszyny CMM

Ceny nowych współrzędnościowych maszyn pomiarowych zaczynają się od 20 000 do 30 000 dolarów i sięgają ponad 1 miliona dolarów.

Praca związana z maszynami CMM w warsztacie mechanicznym

Menedżer CMM

Programista CMM

Operator CMM