Повний посібник із машини CMM та вимірювання

Що таке машина CMM?

Уявіть собі машину типу ЧПК, здатну виконувати надзвичайно точні вимірювання високоавтоматизованим способом.Ось що роблять ШМ машини!

CMM 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 в будь-який час, коли необхідно виконати точні вимірювання.І чим складніші або численніші вимірювання, тим вигідніше використовувати ШМ.

Зазвичай ШМ використовуються для перевірки та контролю якості.Тобто вони використовуються для перевірки відповідності деталі вимогам і специфікаціям розробника.

Вони також можуть використовуватисязворотний інженернаявні частини, виконавши точні вимірювання їхніх характеристик.

Хто винайшов машини CMM?

Перші ШМ-машини були розроблені шотландською компанією Ferranti у 1950-х роках.Вони були потрібні для точних вимірювань деталей в аерокосмічній та оборонній промисловості.Найперші машини мали тільки 2 осі руху.3-осьові верстати були представлені в 1960-х роках DEA в Італії.Комп'ютерне керування з'явилося на початку 1970-х років і було представлено Шеффілдом, США.

Типи ШМ машин

Існує п'ять типів координатно-вимірювальних машин:

• КІМ мостового типу: у цій конструкції, найбільш поширеній, головка КІМ їде по мосту.Одна сторона моста їздить на рейках на станині, а інша підтримується на повітряній подушці або іншим способом на станині без напрямної.
• Консольна ШМ: консоль підтримує міст лише з одного боку.
• Gantry CMM: Gantry використовує направляючу рейку з обох боків, як у CNC Router.Зазвичай це найбільші ШМ, тому вони потребують додаткової підтримки.
• CMM з горизонтальним плечем: уявіть консоль, але весь міст рухається вгору та вниз по одному рукаву, а не на власній осі.Це найменш точні ШМ, але вони можуть вимірювати великі тонкі компоненти, такі як кузови автомобілів.
• КВМ із портативною рукояткою: у цих машинах використовуються з’єднані рукоятки та зазвичай позиціонуються вручну.Замість того, щоб вимірювати напряму XYZ, вони обчислюють координати з поворотного положення кожного суглоба та відомої довжини між суглобами.

Кожен із них має переваги та недоліки залежно від типів вимірювань, які необхідно виконати.Ці типи стосуються конструкції машини, яка використовується для її позиціонуваннязондвідносно вимірюваної частини.

Ось зручна таблиця, яка допоможе зрозуміти плюси та мінуси:

Датчики зазвичай розташовують у трьох вимірах – X, Y і Z. Однак більш складні машини можуть також дозволити змінювати кут зондів, дозволяючи проводити вимірювання в місцях, яких зонд інакше не міг би досягти.Поворотні столи також можна використовувати для покращення наближення до різних елементів.

ШМ часто виготовляють із граніту та алюмінію та використовують повітряні підшипники

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

Типи зондів включають:

• Механічний
• Оптичний
• Лазерна
• Біле світло

Координатно-вимірювальні машини використовуються приблизно трьома загальними способами:

• Відділи контролю якості: тут вони зазвичай зберігаються в чистих приміщеннях з контрольованим кліматом, щоб підвищити їх точність.
• Цех: тут CMM розташовані серед верстатів з ЧПК, щоб полегшити виконання перевірок як частину виробничої клітини з мінімальним переміщенням між CMM та верстатом, де обробляються деталі.Це дозволяє проводити вимірювання раніше і потенційно частіше, що призводить до економії, оскільки помилки виявляються швидше.
• Портативність: портативні ШМ легко переміщати.Їх можна використовувати на виробництві або навіть на віддалене від виробничого підприємства місце для вимірювання деталей у польових умовах.

Наскільки точні машини CMM (точність CMM)?

Точність координатно-вимірювальних машин різна.Як правило, вони прагнуть до мікрометричної точності або вище.Але це не так просто.З одного боку, похибка може бути функцією розміру, тому похибку вимірювання КІМ можна вказати у вигляді короткої формули, яка включає довжину вимірювання як змінну.

Наприклад, Hexagon Global Classic CMM внесено до списку доступних універсальних КІМ, а її точність визначається як:

1,0 + л/300 мкм

Ці вимірювання вказуються в мікронах, а L вказується в мм.Отже, припустимо, ми намагаємося виміряти довжину 10-міліметрової деталі.Формула буде такою: 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 або 1,03 мікрона.

Мікрон - це тисячна частка мм, що становить приблизно 0,00003937 дюйма.Отже, похибка при вимірюванні нашої довжини 10 мм становить 0,00103 мм або 0,00004055 дюйма.Це менше ніж половина десятої – досить невелика помилка!

З іншого боку, точність повинна бути в 10 разів більшою, ніж ми намагаємося виміряти.Отже, це означає, що ми можемо довіряти цьому вимірюванню лише 10-кратне значення, або 0,00005 дюйма.Все ще досить маленька помилка.

Справи стають ще сумнішими для цехових вимірювань ШМ.Якщо ШМ розміщується в контрольній лабораторії з контрольованою температурою, це дуже допомагає.Але на цеху температура може сильно відрізнятися.Існують різні способи ШМ для компенсації коливань температури, але жоден з них не є ідеальним.

Виробники ШМ часто вказують точність для діапазону температур, і відповідно до стандарту ISO 10360-2 для точності ШМ, типовий діапазон становить 64-72F (18-22C).Це чудово, якщо влітку у вашому магазині не 86F.Тоді у вас немає хорошої специфікації для помилки.

Деякі виробники нададуть вам набір сходинок або температурних діапазонів із різними характеристиками точності.Але що трапиться, якщо ви перебуваєте в кількох діапазонах для однієї серії частин у різний час дня чи різні дні тижня?

Починаєш створювати бюджет невизначеності, який враховує найгірші випадки.Якщо ці найгірші випадки призводять до неприйнятних допусків для ваших деталей, необхідні подальші зміни процесу:

• Ви можете обмежити використання шахтного метану певним часом доби, коли температура падає в більш сприятливі діапазони.
• Ви можете обробляти деталі або деталі з меншим допуском лише в певний час доби.
• Кращі ШМ можуть мати кращі характеристики для ваших діапазонів температур.Вони можуть бути того варті, навіть якщо вони можуть бути набагато дорожчими.

Звичайно, ці заходи зашкодять вашій здатності точно планувати роботу.Раптом ви думаєте, що кращий клімат-контроль на цеху може бути гідною інвестицією.

Ви бачите, як усе це вимірювання стає біса метушливим.

Інша складова, яка йде рука об руку, це те, як визначаються допуски, які повинні бути перевірені CMM.Золотим стандартом є визначення геометричних розмірів і допусків (GD&T).Перегляньте наш вступний курс із GD&T, щоб дізнатися більше.

Програмне забезпечення CMM

CMM запускають різні види програмного забезпечення.Стандарт називається DMIS, що розшифровується як Dimensional Measurement Interface Standard.Хоча це не основний програмний інтерфейс для кожного виробника ШМ, більшість із них принаймні підтримують його.

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

DMIS

Як згадувалося, DMIS є стандартом, але, як і g-код CNC, існує багато діалектів, зокрема:

• PC-DMIS: версія Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: перцептрон

МКОСМОС

MCOSTMOS — це програмне забезпечення Nikon CMM.

Каліпсо

Calypso — це програмне забезпечення CMM від Zeiss.

Програмне забезпечення CMM 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 сумісно ваше програмне забезпечення CMM.Остаточна інтеграція називається визначенням на основі моделі (MBD).За допомогою MBD сама модель може бути використана для отримання розмірів для ШМ.

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

Зонди ШМ, пристосування та аксесуари

ШМ зонди

Доступні різні типи та форми зондів для полегшення різноманітних застосувань.

Світильники ШМ

Пристосування економлять час під час завантаження та вивантаження деталей на ШМ, як і на верстаті з ЧПК.Ви навіть можете отримати CMM з автоматичними завантажувачами піддонів, щоб збільшити продуктивність.

Ціна машини CMM

Ціни на нові координатно-вимірювальні машини починаються від 20 000 до 30 000 доларів і досягають понад 1 мільйона доларів.

Робота, пов’язана з ШМ, у механічному цеху

Менеджер ШММ

ШМ програміст

Оператор ШМ