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. Właśnie to robią maszyny CMM!

CMM to skrót od „współrzędnościowej maszyny pomiarowej”. Są to prawdopodobnie najlepsze urządzenia pomiarowe 3D pod względem połączenia ogólnej elastyczności, dokładności i szybkości.

Zastosowania współrzędnościowych maszyn pomiarowych

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe są niezastąpione wszędzie tam, gdzie konieczne jest wykonanie dokładnych pomiarów. Im bardziej złożone lub liczne są pomiary, tym korzystniejsze jest użycie współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM).

Zazwyczaj współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) służą do inspekcji i kontroli jakości, czyli do weryfikacji, czy dana 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 współrzędnościowe (CMM) zostały opracowane przez firmę Ferranti Company ze Szkocji w latach 50. XX wieku. Były one niezbędne do precyzyjnych pomiarów części w przemyśle lotniczym i obronnym. Pierwsze maszyny miały tylko 2 osie ruchu. Maszyny 3-osiowe zostały wprowadzone w latach 60. XX wieku przez włoską firmę DEA. Sterowanie komputerowe pojawiło się na początku lat 70. XX wieku i zostało wprowadzone przez Sheffield w USA.

Rodzaje maszyn CMM

Istnieje pięć typów współrzędnościowych maszyn pomiarowych:

• Mostowa współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM): W tej, najpopularniejszej konstrukcji, głowica CMM porusza się po moście. Jedna strona mostu porusza się po szynie na łożu, a druga strona jest podparta na poduszce powietrznej lub innej metodzie na łożu bez szyny prowadzącej.
• CMM wspornikowa: wspornik podtrzymuje most tylko z jednej strony.
• CMM bramowa: brama wykorzystuje szynę prowadzącą po obu stronach, podobnie jak frezarka CNC. Są to zazwyczaj największe współrzędnościowe maszyny pomiarowe, dlatego wymagają dodatkowego wsparcia.
• Współrzędnościowa maszyna pomiarowa z ramieniem poziomym: Wyobraź sobie maszynę wspornikową, ale z całym mostem poruszającym się w górę i w dół po pojedynczym ramieniu, a nie wokół własnej osi. Są to najmniej dokładne współrzędnościowe maszyny pomiarowe, ale mogą mierzyć duże, cienkie elementy, takie jak nadwozia samochodowe.
• Przenośne współrzędnościowe maszyny pomiarowe z ramieniem: Maszyny te wykorzystują ramiona przegubowe i są zazwyczaj pozycjonowane ręcznie. Zamiast bezpośrednio mierzyć współrzędne X, Y, Z, obliczają współrzędne na podstawie położenia obrotowego każdego przegubu i znanej odległości między przegubami.

Każdy z nich ma swoje zalety i wady, w zależności od rodzaju wykonywanych pomiarów. Typy te odnoszą się do konstrukcji maszyny, która służy do jej pozycjonowania.sondaw 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 pozwalają również na zmianę kąta sondy, umożliwiając pomiar w miejscach, do których sonda nie byłaby w stanie dotrzeć w inny sposób. Stoły obrotowe mogą być również wykorzystywane do poprawy dostępności różnych obiektów.

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

Sonda to czujnik, który określa położenie powierzchni części w momencie dokonywania pomiaru.

Rodzaje 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: W tym przypadku współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) znajdują się wśród maszyn CNC, aby ułatwić przeprowadzanie kontroli w ramach komórki produkcyjnej, minimalizując drogę między współrzędnościową maszyną pomiarową a maszyną, na której obrabiane są części. Pozwala to na wcześniejsze i potencjalnie częstsze wykonywanie pomiarów, co przekłada się na oszczędności dzięki szybszej identyfikacji błędów.
• Mobilność: Przenośne współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) są łatwe w transporcie. Można ich używać na hali produkcyjnej, a nawet zabrać do miejsca oddalonego od zakładu produkcyjnego w celu pomiaru części w terenie.

Jaka jest dokładność maszyn CMM (dokładność CMM)?

Dokładność współrzędnościowych maszyn pomiarowych jest zróżnicowana. Zazwyczaj dążą one do precyzji rzędu mikrometrów lub większej. Ale to nie jest takie proste. Po pierwsze, błąd może być funkcją rozmiaru, więc błąd pomiaru współrzędnościowej maszyny pomiarowej można określić za pomocą skróconego wzoru, który uwzględnia 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 podawane w mikronach, a L jest podawane w milimetrach. Załóżmy, że próbujemy zmierzyć długość elementu o średnicy 10 mm. Wzór wyglądałby następująco: 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30, czyli 1,03 mikrona.

Mikron to tysięczna część milimetra, czyli około 0,00003937 cala. Zatem błąd pomiaru długości 10 mm wynosi 0,00103 mm lub 0,00004055 cala. To mniej niż pół dziesiątej części – całkiem niewielki błąd!

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

W przypadku pomiarów CMM na hali produkcyjnej sytuacja staje się jeszcze bardziej skomplikowana. Jeśli CMM jest umieszczona w laboratorium kontroli temperatury, jest to bardzo pomocne. Jednak na hali produkcyjnej temperatury mogą się znacznie wahać. Istnieje wiele sposobów, w jakie CMM może kompensować wahania temperatury, ale żaden nie jest idealny.

Producenci współrzędnościowych maszyn pomiarowych (CMM) często określają dokładność dla określonego zakresu temperatur, a zgodnie z normą ISO 10360-2 dotyczącą dokładności CMM, typowy zakres wynosi 18-22°C (64-72°F). To świetnie, chyba że latem w hali produkcyjnej panuje temperatura 86°F. Wtedy nie masz dokładnej specyfikacji błędu.

Niektórzy producenci oferują zestaw stopni schodowych lub zakresów temperatury z różnymi specyfikacjami dokładności. Ale co się stanie, jeśli dla tej samej partii części będziesz w więcej niż jednym zakresie o różnych porach dnia lub w różne dni tygodnia?

Trzeba zacząć od stworzenia budżetu niepewności, który uwzględnia najgorsze scenariusze. Jeśli te najgorsze scenariusze skutkują niedopuszczalnymi tolerancjami dla części, konieczne będą dalsze zmiany w procesie:

• Można ograniczyć używanie CMM do pewnych pór dnia, w których temperatury mieszczą się w korzystniejszym zakresie.
• Możesz zdecydować się na obróbkę skrawaniem tylko części lub elementów o niższej tolerancji w określonych porach dnia.
• Lepsze współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) mogą mieć lepsze parametry dla Twojego zakresu temperatur. Mogą być warte swojej ceny, nawet jeśli są znacznie droższe.

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

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

Drugim istotnym elementem jest sposób określania tolerancji sprawdzanych przez CMM. Złotym standardem jest wymiarowanie i tolerancja geometryczna (GD&T). Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z naszym kursem wprowadzającym do GD&T.

Oprogramowanie CMM

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) korzystają z różnego rodzaju oprogramowania. Standard ten nosi nazwę DMIS, co oznacza Dimensional Measurement Interface Standard (Standard Interfejsu Pomiaru Wymiarów). Chociaż nie jest to główny interfejs oprogramowania dla każdego producenta współrzędnościowych maszyn pomiarowych (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 Hexagona
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS to oprogramowanie CMM firmy Nikon.

Kalipso

Calypso to oprogramowanie CMM firmy Zeiss.

Oprogramowanie CMM i CAD/CAM

Jaki jest związek między oprogramowaniem i programowaniem CMM a oprogramowaniem CAD/CAM?

Istnieje wiele różnych formatów plików CAD, dlatego sprawdź, z którymi z nich jest kompatybilne Twoje oprogramowanie CMM. Najbardziej optymalną integracją jest definicja oparta na modelu (MBD). Dzięki MBD sam model może zostać użyty do ekstrakcji wymiarów dla CMM.

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

Sondy, osprzęt i akcesoria CMM

Sondy CMM

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

Osprzęt CMM

Wszystkie urządzenia oszczędzają czas podczas załadunku i rozładunku części na współrzędnościowej maszynie pomiarowej (CMM), tak jak w maszynach CNC. Dostępne są nawet współrzędnościowe maszyny pomiarowe z automatycznym podajnikiem 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 maszynami współrzędnościowymi

Menedżer CMM

Programista CMM

Operator CMM