Kompletny przewodnik po maszynach CMM i pomiarach

Czym jest maszyna CMM?

Wyobraź sobie maszynę w stylu CNC, która jest w stanie wykonywać niezwykle precyzyjne pomiary w wysoce zautomatyzowany sposób. To właśnie robią maszyny CMM!

CMM oznacza „Coordinate Measuring Machine”. Są to prawdopodobnie najlepsze urządzenia pomiarowe 3D pod względem połączenia ogólnej elastyczności, dokładności i szybkości.

Zastosowania współrzędnościowych maszyn pomiarowych

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe są cenne zawsze, gdy trzeba wykonać dokładne pomiary. Im bardziej złożone lub liczne pomiary, tym korzystniejsze jest użycie CMM.

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

Mogą być również używane doinżynieria wstecznaistniejących części poprzez dokonywanie dokładnych pomiarów ich cech.

Kto wynalazł maszyny CMM?

Pierwsze maszyny CMM zostały opracowane przez Ferranti Company ze Szkocji w latach 50. Były potrzebne do precyzyjnego pomiaru części w przemyśle lotniczym i obronnym. Pierwsze maszyny miały tylko 2 osie ruchu. Maszyny 3-osiowe zostały wprowadzone w latach 60. przez DEA z Włoch. Sterowanie komputerowe pojawiło się na początku lat 70. i zostało wprowadzone przez Sheffield z USA.

Typy maszyn CMM

Istnieje pięć typów współrzędnościowych maszyn pomiarowych:

• Typ mostowy CMM: W tym projekcie, najbardziej powszechnym, głowica CMM porusza się po moście. Jedna strona mostu porusza się po szynie na łożu, a druga jest podparta na poduszce powietrznej lub innej metodzie na łożu bez szyny prowadzącej.
• CMM wspornikowa: wspornik podtrzymuje most tylko z jednej strony.
• Gantry CMM: Portal wykorzystuje szynę prowadzącą po obu stronach, jak router CNC. Są to zazwyczaj największe CMM, więc potrzebują dodatkowego wsparcia.
• Pozioma CMM z ramieniem: Wyobraź sobie wspornik, ale z całym mostem poruszającym się w górę i w dół po pojedynczym ramieniu, a nie wokół własnej osi. Są to najmniej dokładne CMM, ale mogą mierzyć duże, cienkie elementy, takie jak nadwozia samochodowe.
• Przenośny typ ramienia CMM: Te maszyny używają ramion przegubowych i są zazwyczaj pozycjonowane ręcznie. Zamiast mierzyć bezpośrednio XYZ, obliczają współrzędne z położenia obrotowego każdego stawu i znanej odległości między stawami.

Każdy z nich ma zalety i wady w zależności od rodzaju pomiarów, które mają być wykonane. Te typy odnoszą się do struktury maszyny, która jest używana do pozycjonowaniasondaw stosunku do mierzonej części.

Oto przydatna tabela, która pomoże Ci zrozumieć zalety i wady:

Sondy są zazwyczaj umieszczane w 3 wymiarach – X, Y i Z. Jednak bardziej zaawansowane maszyny mogą również umożliwiać zmianę kąta sondy, umożliwiając pomiar w miejscach, do których sonda nie byłaby w stanie dotrzeć. Stoły obrotowe mogą być również używane do poprawy dostępności różnych cech.

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

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

Typy sond obejmują:

• Mechaniczny
• Optyczny
• Laser
• Białe światło

Maszyny do pomiaru współrzędnościowego są wykorzystywane na trzy ogólne sposoby:

• Działy kontroli jakości: Zazwyczaj znajdują się one w klimatyzowanych, czystych pomieszczeniach, aby zapewnić maksymalną precyzję.
• Hala produkcyjna: tutaj CMM są wśród maszyn CNC, aby ułatwić przeprowadzanie inspekcji jako części komórki produkcyjnej z minimalnym przemieszczaniem się między CMM a maszyną, na której obrabiane są części. Pozwala to na wcześniejsze i potencjalnie częstsze wykonywanie pomiarów, co prowadzi do oszczędności, ponieważ błędy są identyfikowane wcześniej.
• Przenośne: przenośne CMM są łatwe do przenoszenia. Mogą być używane na hali produkcyjnej lub nawet zabierane do miejsca oddalonego od zakładu produkcyjnego w celu pomiaru części w terenie.

Jaka jest dokładność maszyn CMM (dokładność CMM)?

Dokładność współrzędnościowych maszyn pomiarowych jest różna. Zazwyczaj dążą do precyzji mikrometrów lub lepszej. Ale to nie jest takie proste. Po pierwsze, błąd może być funkcją rozmiaru, więc błąd pomiaru CMM można określić jako krótki wzór, który obejmuje długość pomiaru jako zmienną.

Na przykład maszyna współrzędnościowa Global Classic firmy Hexagon jest określana jako niedroga, uniwersalna maszyna współrzędnościowa, a jej dokładność określana jest następująco:

1,0 + L/300um

Pomiary te są w mikronach, a L jest określone w mm. Załóżmy więc, że próbujemy zmierzyć długość 10-milimetrowej cechy. Wzór wyglądałby następująco: 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 lub 1,03 mikrona.

Mikron to tysięczna część mm, czyli około 0,00003937 cala. Tak więc błąd pomiaru naszej 10-milimetrowej długości wynosi 0,00103 mm lub 0,00004055 cala. To mniej niż połowa dziesiątej części — całkiem mały błąd!

Z drugiej strony, powinniśmy mieć dokładność 10x większą od tej, którą próbujemy zmierzyć. To oznacza, że ​​możemy zaufać temu pomiarowi tylko do 10x tej wartości, czyli 0,00005 cala. Nadal jest to dość mały błąd.

Jeszcze bardziej niejasne są pomiary CMM na hali produkcyjnej. Jeśli CMM jest umieszczony w laboratorium kontroli temperatury, to bardzo pomaga. Ale na hali produkcyjnej temperatury mogą się znacznie różnić. Istnieją różne sposoby, w jakie CMM może kompensować wahania temperatury, ale żaden nie jest idealny.

Producenci CMM często określają dokładność dla pasma temperatur, a zgodnie z normą ISO 10360-2 dotyczącą dokładności CMM, typowy pasmo wynosi 64-72F (18-22C). To świetnie, chyba że w lecie temperatura na hali produkcyjnej wynosi 86F. Wtedy nie masz dobrej specyfikacji błędu.

Niektórzy producenci dadzą Ci zestaw stopni schodowych lub pasm temperaturowych o różnych specyfikacjach dokładności. Ale co się stanie, jeśli będziesz w więcej niż jednym zakresie dla tej samej serii części o różnych porach dnia lub w różne dni tygodnia?

Zaczyna się od stworzenia budżetu niepewności, który uwzględnia najgorsze przypadki. Jeśli te najgorsze przypadki skutkują niedopuszczalnymi tolerancjami dla części, konieczne są dalsze zmiany procesu:

• Można ograniczyć korzystanie z CMM do określonych pór dnia, w których temperatury mieszczą się w bardziej korzystnym zakresie.
• Możesz zdecydować się na obróbkę skrawaniem tylko części lub elementów o niższej tolerancji w określonych porach dnia.
• Lepsze CMM mogą mieć lepsze specyfikacje dla Twoich zakresów temperatur. Mogą być warte swojej ceny, nawet jeśli mogą być o wiele droższe.

Oczywiście te środki zrujnują Twoją zdolność do dokładnego planowania zadań. Nagle myślisz, że lepsza kontrola klimatu na hali produkcyjnej może być opłacalną inwestycją.

Jak widać, cała ta sprawa z pomiarami staje się cholernie skomplikowana.

Innym składnikiem, który idzie w parze, jest sposób określania tolerancji sprawdzanych przez CMM. Złotym standardem jest Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T). Zapoznaj się z naszym kursem wprowadzającym na temat GD&T, aby dowiedzieć się więcej.

Oprogramowanie CMM

CMM obsługują różne rodzaje oprogramowania. Standard ten nazywa się DMIS, co oznacza Dimensional Measurement Interface Standard. Chociaż nie jest to główny interfejs oprogramowania dla każdego producenta CMM, większość z nich przynajmniej go obsługuje.

Producenci stworzyli własne, unikalne wersje 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
• OtwartyDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS to oprogramowanie CMM firmy Nikon.

Kalipso

Calypso to oprogramowanie CMM firmy Zeiss.

Oprogramowanie CMM i CAD/CAM

Jaki jest związek oprogramowania i programowania CMM z oprogramowaniem CAD/CAM?

Istnieje wiele różnych formatów plików CAD, więc sprawdź, z którymi z nich jest zgodne Twoje oprogramowanie CMM. Ostateczna integracja nazywa się Model Based Definition (MBD). Dzięki MBD sam model może być używany do ekstrakcji wymiarów dla CMM.

MDB jest dość nowatorskim rozwiązaniem, więc w większości przypadków nie jest jeszcze powszechnie używany.

Sondy, osprzęt i akcesoria CMM

Sondy CMM

Dostępna jest szeroka gama typów i kształtów sond, co umożliwia zastosowanie w wielu różnych zastosowaniach.

Osprzęt CMM

Osprzęt oszczędza czas podczas ładowania i rozładowywania części na CMM, tak jak na maszynie CNC. Możesz nawet kupić CMM z automatycznymi ładowarkami palet, aby zmaksymalizować przepustowość.

Cena maszyny CMM

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

Praca w warsztacie maszynowym związana z CMM

Menedżer CMM

Programista CMM

Operator CMM