Повний посібник з вимірювань та верстатів CMM

Що таке CMM-машина?

Уявіть собі верстат типу ЧПК, здатний виконувати надзвичайно точні вимірювання у високоавтоматизованому режимі. Саме це роблять КВМ-машини!

КВМ розшифровується як «Координатно-вимірювальна машина». Це, мабуть, найкращі 3D-вимірювальні пристрої з точки зору поєднання загальної гнучкості, точності та швидкості.

Застосування координатно-вимірювальних машин

Координатно-вимірювальні машини є цінними щоразу, коли потрібно виконати точні вимірювання. І чим складніші або численніші вимірювання, тим вигідніше використовувати КВМ.

Зазвичай КВМ використовуються для перевірки та контролю якості. Тобто, їх використовують для перевірки відповідності деталі вимогам та специфікаціям конструктора.

Вони також можуть бути використані длязворотний інженеріснуючі деталі шляхом проведення точних вимірювань їх характеристик.

Хто винайшов верстати з КВМ?

Перші КВМ-машини були розроблені компанією Ferranti з Шотландії в 1950-х роках. Вони були потрібні для точного вимірювання деталей в аерокосмічній та оборонній промисловості. Найперші машини мали лише 2 осі руху. 3-осьові машини були представлені в 1960-х роках італійським DEA. Комп'ютерне керування з'явилося на початку 1970-х років і було впроваджено компанією Sheffield, США.

Типи КВМ-машин

Існує п'ять типів координатно-вимірювальних машин:

• КВМ мостового типу: У цій найпоширенішій конструкції головка КВМ переміщується на мосту. Одна сторона мосту переміщується по рейці на станині, а інша підтримується на повітряній подушці або іншим способом на станині без напрямної рейки.
• Консольна КММ: Консоль підтримує міст лише з одного боку.
• Портальна КВМ: Портальна КВМ використовує напрямну з обох боків, як у фрезерному верстаті з ЧПК. Зазвичай це найбільші КВМ, тому їм потрібна додаткова опора.
• КВМ з горизонтальним маніпулятором: уявіть собі консоль, але весь міст якої рухається вгору та вниз по одному маніпулятору, а не навколо власної осі. Це найменш точні КВМ, але вони можуть вимірювати великі тонкі металеві компоненти, такі як кузова автомобілів.
• Портативна КВМ з маніпулятором: ці машини використовують шарнірні маніпулятори та зазвичай позиціонуються вручну. Замість того, щоб вимірювати XYZ безпосередньо, вони обчислюють координати з поворотного положення кожного шарніра та відомої довжини між шарнірами.

Кожен з них має переваги та недоліки залежно від типів вимірювань, які необхідно виконати. Ці типи стосуються конструкції машини, яка використовується для її позиціонування.зондвідносно вимірюваної деталі.

Ось зручна таблиця, яка допоможе зрозуміти переваги та недоліки:

Зонди зазвичай розташовуються у 3 вимірах – X, Y та Z. Однак, більш складні машини також дозволяють змінювати кут зондів, що дозволяє проводити вимірювання в місцях, куди зонд інакше не зміг би дістатися. Поворотні столи також можуть використовуватися для покращення доступу до різних елементів.

КВМ часто виготовляються з граніту та алюмінію, і в них використовуються повітряні підшипники.

Зонд – це датчик, який визначає, де знаходиться поверхня деталі під час вимірювання.

Типи зондів включають:

• Механічний
• Оптичний
• Лазер
• Біле світло

Координатно-вимірювальні машини використовуються приблизно трьома загальними способами:

• Відділи контролю якості: тут їх зазвичай зберігають у чистих приміщеннях з контрольованим кліматом, щоб максимізувати їхню точність.
• Виробничий цех: Тут КВМ розташовані серед верстатів з ЧПК, що дозволяє легко проводити перевірки в рамках виробничого цеху з мінімальним переміщенням між КВМ та верстатом, де обробляються деталі. Це дозволяє проводити вимірювання раніше та потенційно частіше, що призводить до економії, оскільки помилки виявляються швидше.
• Портативність: Портативні КВМ легко переміщувати. Їх можна використовувати в цеху або навіть перевозити на віддалений від виробничого об'єкта об'єкт для вимірювання деталей у польових умовах.

Наскільки точні машини CMM (точність CMM)?

Точність координатно-вимірювальних машин різна. Зазвичай вони прагнуть мікрометрової точності або вище. Але це не так просто. По-перше, похибка може бути функцією розміру, тому похибку вимірювання КВМ можна визначити у вигляді короткої формули, яка включає довжину вимірювання як змінну.

Наприклад, КВМ Global Classic від Hexagon зазначена як доступна універсальна КВМ, а її точність зазначена як:

1,0 + л/300 мкм

Ці виміри вказані в мікронах, а L вказано в мм. Отже, припустимо, що ми намагаємося виміряти довжину елемента довжиною 10 мм. Формула буде такою: 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 або 1,03 мікрона.

Мікрон — це тисячна частка міліметра, що становить приблизно 0,00003937 дюйма. Отже, похибка вимірювання нашої довжини 10 мм становить 0,00103 мм або 0,00004055 дюйма. Це менше ніж половина половини десятої – досить невелика похибка!

З іншого боку, точність повинна бути в 10 разів більшою за ту, яку ми намагаємося виміряти. Тобто, якщо ми можемо довіряти цьому вимірюванню лише до 10-кратного значення, або 0,00005 дюйма, це все одно досить невелика похибка.

Ситуація стає ще складнішою з вимірюваннями за допомогою КВМ у виробничому цеху. Якщо КВМ знаходиться в лабораторії з контрольованою температурою, це дуже допомагає. Але у виробничому цеху температура може досить сильно коливатися. Існує багато способів, якими КВМ може компенсувати коливання температури, але жоден з них не є ідеальним.

Виробники КВМ часто вказують точність для температурного діапазону, і згідно зі стандартом ISO 10360-2 для точності КВМ, типовий діапазон становить 18-22°C (64-72°F). Це чудово, якщо тільки у вашому цеху влітку не 86°F (86°F). Тоді у вас немає точних характеристик похибки.

Деякі виробники нададуть вам набір сходинок або температурних діапазонів з різними характеристиками точності. Але що станеться, якщо ви перебуваєте в кількох діапазонах для однієї й тієї ж партії деталей у різний час доби або в різні дні тижня?

Починається створення бюджету невизначеності, який враховує найгірші випадки. Якщо ці найгірші випадки призводять до неприйнятних допусків для ваших деталей, необхідні подальші зміни в процесі:

• Ви можете обмежити використання CMM певним часом доби, коли температура потрапляє в більш сприятливі діапазони.
• Ви можете обробляти деталі або елементи з нижчим рівнем допуску лише в певний час доби.
• Кращі КВМ можуть мати кращі характеристики для ваших температурних діапазонів. Вони можуть бути того варті, навіть якщо вони можуть бути набагато дорожчими.

Звичайно, ці заходи завдадуть шкоди вашій здатності точно планувати свої завдання. Раптом ви думаєте, що кращий клімат-контроль у виробничому цеху може бути вигідною інвестицією.

Ви можете бачити, як вся ця штука з вимірюванням стає досить метушливою.

Іншим невід'ємним фактором є те, як визначаються допуски, що перевіряються за допомогою КВМ. Золотим стандартом є геометричне визначення розмірів та допусків (GD&T). Перегляньте наш вступний курс з GD&T, щоб дізнатися більше.

Програмне забезпечення для КММ

КВМ використовують різне програмне забезпечення. Стандарт називається DMIS, що розшифровується як Стандарт інтерфейсу вимірювання розмірів (Dimensional Measurement Interface Standard). Хоча це не основний програмний інтерфейс для кожного виробника КВМ, більшість із них принаймні його підтримують.

Виробники створили власні унікальні варіанти, щоб додати завдання вимірювання, які не підтримуються DMIS.

DMIS

Як згадувалося, DMIS є стандартом, але, як і G-код ЧПУ, існує багато діалектів, включаючи:

• PC-DMIS: Версія для Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Перцептрон

МКОСМОС

MCOSTMOS — це програмне забезпечення Nikon для КММ.

Каліпсо

Calypso — це програмне забезпечення для КММ від Zeiss.

Програмне забезпечення для КММ та CAD/CAM

Як програмне забезпечення та програмування CMM пов'язані з програмним забезпеченням CAD/CAM?

Існує багато різних форматів файлів CAD, тому перевірте, з якими з них сумісне ваше програмне забезпечення для КВМ. Найкраща інтеграція називається Model Based Definition (MBD). За допомогою MBD сама модель може бути використана для вилучення розмірів для КВМ.

MDB є досить передовим методом, тому він ще не використовується в більшості випадків.

Зонди, пристосування та аксесуари для КВМ

Зонди для КВМ

Доступні різноманітні типи та форми зондів для полегшення багатьох різних застосувань.

Пристосування для КВМ

Пристосування економлять час під час завантаження та розвантаження деталей на КВМ, як і на верстаті з ЧПК. Ви навіть можете придбати КВМ з автоматичними завантажувачами палет для максимального збільшення пропускної здатності.

Ціна машини CMM

Нові координатно-вимірювальні машини коштують від 20 000 до 30 000 доларів і сягають понад 1 мільйона доларів.

Робота, пов'язана з CMM (Center-Master Manufacturer - КММ), у механічному цеху

Менеджер CMM

Програміст КММ

Оператор КВМ