Пълно ръководство за CMM машина и измерване

Какво е CMM машина?

Представете си машина с ЦПУ, способна да прави изключително прецизни измервания по силно автоматизиран начин. Това правят CMM машините!

CMM е съкращение от „Координатна измервателна машина“. Те са може би най-добрите 3D измервателни устройства по отношение на комбинацията от цялостна гъвкавост, точност и скорост.

Приложения на координатни измервателни машини

Координатните измервателни машини са ценни винаги, когато е необходимо да се направят точни измервания. И колкото по-сложни или многобройни са измерванията, толкова по-изгодно е да се използва CMM.

Обикновено CMM (Customer Merchant Machine) се използват за инспекция и контрол на качеството. Тоест, те се използват за проверка дали детайлът отговаря на изискванията и спецификациите на проектанта.

Те могат да бъдат използвани и заобратно инженерствосъществуващи части чрез извършване на точни измервания на техните характеристики.

Кой е изобретил CMM машините?

Първите CMM машини са разработени от Ferranti Company от Шотландия през 50-те години на миналия век. Те са били необходими за прецизно измерване на части в аерокосмическата и отбранителната промишленост. Първите машини са имали само 2 оси на движение. 3-осните машини са въведени през 60-те години на миналия век от DEA от Италия. Компютърното управление се появява в началото на 70-те години на миналия век и е въведено от Шефилд, САЩ.

Видове CMM машини

Има пет вида координатно-измервателни машини:

• Мостова CMM: При тази, най-често срещана конструкция, главата на CMM се движи върху мост. Едната страна на моста се движи върху релса на леглото, а другата е поддържана от въздушна възглавница или друг метод върху леглото без направляваща релса.
• Конзолна CMM: Конзолата поддържа моста само от едната страна.
• Портална CMM: Порталната машина използва направляваща релса от двете страни, подобно на CNC рутер. Това обикновено са най-големите CMM, така че се нуждаят от допълнителна опора.
• Хоризонтална CMM машина: Представете си конзола, но целият мост се движи нагоре и надолу по единичното рамо, а не по собствената си ос. Това са най-малко точните CMM машини, но те могат да измерват големи, тънки, листови компоненти, като например автомобилни каросерии.
• Преносима CMM с рамо: Тези машини използват съчленени рамена и обикновено се позиционират ръчно. Вместо да измерват директно XYZ, те изчисляват координатите от ротационната позиция на всяко съединение и известната дължина между съединенията.

Всеки един от тях има предимства и недостатъци в зависимост от видовете измервания, които трябва да се направят. Тези видове се отнасят до структурата на машината, която се използва за нейното позициониране.сондаспрямо измерваната част.

Ето една удобна таблица, която ще ви помогне да разберете плюсовете и минусите:

Сондите обикновено се позиционират в 3 измерения – X, Y и Z. По-сложните машини обаче могат да позволят промяна на ъгъла на сондите, което позволява измерване на места, до които сондата иначе не би могла да достигне. Могат да се използват и въртящи се маси за подобряване на достъпа до различни елементи.

CMM често са изработени от гранит и алуминий и използват въздушни лагери.

Сондата е сензорът, който определя къде се намира повърхността на детайла, когато се извършва измерване.

Видовете сонди включват:

• Механични
• Оптичен
• Лазер
• Бяла светлина

Координатните измервателни машини се използват по приблизително три основни начина:

• Отдели за контрол на качеството: Тук те обикновено се съхраняват в климатизирани чисти помещения, за да се увеличи максимално тяхната прецизност.
• Цех: Тук CMM са сред CNC машините, за да се улесни извършването на инспекции като част от производствена клетка с минимално движение между CMM и машината, където се обработват частите. Това позволява измерванията да се извършват по-рано и потенциално по-често, което води до спестявания, тъй като грешките се идентифицират по-рано.
• Преносимост: Преносимите CMM са лесни за преместване. Те могат да се използват в производствен цех или дори да се пренасят на място, отдалечено от производственото съоръжение, за измерване на части на място.

Колко точни са CMM машините (точност на CMM)?

Точността на координатните измервателни машини варира. Обикновено те се стремят към микрометрова прецизност или по-добра. Но не е толкова лесно. От една страна, грешката може да е функция на размера, така че грешката в измерването на CMM може да бъде зададена като кратка формула, която включва дължината на измерването като променлива.

Например, Global Classic CMM на Hexagon е посочена като достъпна универсална CMM и определя своята точност като:

1,0 + L/300um

Тези измервания са в микрони, а L е посочено в мм. Да кажем, че се опитваме да измерим дължината на 10 мм елемент. Формулата би била 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 или 1,03 микрона.

Микронът е хилядна от милиметъра, което е около 0,00003937 инча. Така че грешката при измерване на дължината ни от 10 мм е 0,00103 мм или 0,00004055 инча. Това е по-малко от половин половин десета – доста малка грешка!

От друга страна, човек трябва да има точност 10 пъти по-голяма от тази, която се опитваме да измерим. Това означава, че ако можем да се доверим на това измерване само до 10 пъти тази стойност, или 0,00005 инча, все още е доста малка грешка.

Нещата стават още по-сложни при измерванията с CMM в производствения цех. Ако CMM се помещава в лаборатория за инспекция с контролирана температура, това помага много. Но в производствения цех температурите могат да варират доста. Има различни начини, по които CMM може да компенсира температурните колебания, но никой не е перфектен.

Производителите на CMM често определят точност за температурен диапазон и според стандарта ISO 10360-2 за точност на CMM, типичният диапазон е 64-72F (18-22C). Това е чудесно, освен ако температурата в производствения ви цех не е 86F през лятото. Тогава нямате добри спецификации за грешката.

Някои производители ще ви предоставят набор от стъпала или температурни ленти с различни спецификации за точност. Но какво се случва, ако сте в повече от един диапазон за една и съща серия части в различно време на деня или в различни дни от седмицата?

Започва се необходимостта от създаване на бюджет за неопределеност, който позволява най-лошите случаи. Ако тези най-лоши случаи доведат до неприемливи допуски за вашите части, са необходими допълнителни промени в процеса:

• Можете да ограничите употребата на CMM до определени часове от деня, когато температурите са в по-благоприятни диапазони.
• Можете да изберете да обработвате само части или елементи с по-ниска точност в определени часове на деня.
• По-добрите CMM машини може да имат по-добри спецификации за вашите температурни диапазони. Те може да си заслужават, въпреки че могат да бъдат много по-скъпи.

Разбира се, тези мерки ще навредят на способността ви точно да планирате задачите си. Изведнъж си мислите, че по-добрият климатичен контрол в производствения цех може да е полезна инвестиция.

Можете да видите как цялото това нещо с измерванията става доста претрупано.

Другата съставка, която върви ръка за ръка, е как се определят допустимите отклонения, които трябва да се проверяват от CMM. Златният стандарт е Геометрично оразмеряване и толериране (GD&T). Вижте нашия въвеждащ курс за GD&T, за да научите повече.

Софтуер за CMM

CMM (Cymers - измервателни машини с измервателен уред) използват различни видове софтуер. Стандартът се нарича DMIS, което е съкращение от Dimensional Measurement Interface Standard (Стандарт за интерфейс за измерване на размери). Въпреки че не е основният софтуерен интерфейс за всеки производител на CMM, повечето от тях поне го поддържат.

Производителите са създали свои собствени уникални варианти, за да добавят задачи за измерване, които не се поддържат от DMIS.

DMIS (Дисциплинарна информационна система)

Както бе споменато, DMIS е стандартът, но подобно на G-кода на CNC, има много диалекти, включително:

• PC-DMIS: Версия на Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Перцептрон

МКОСМОС

MCOSTMOS е софтуерът за CMM на Nikon.

Калипсо

Calypso е CMM софтуер от Zeiss.

Софтуер за CMM и CAD/CAM

Каква е връзката между софтуера и програмирането на CMM и CAD/CAM софтуера?

Има много различни CAD файлови формати, така че проверете с кои е съвместим вашият CMM софтуер. Най-добрата интеграция се нарича Model Based Definition (MBD). С MBD самият модел може да се използва за извличане на размери за CMM.

MDB е доста авангарден, така че все още не се използва в повечето случаи.

Сонди, приспособления и аксесоари за CMM

Сонди за CMM

Предлагат се различни видове и форми на сонди, които улесняват много различни приложения.

Приспособления за CMM

Приспособленията спестяват време при товарене и разтоварване на детайли на CMM, точно както на CNC машина. Можете дори да получите CMM с автоматични палетни товарачи, за да увеличите максимално производителността.

Цена на CMM машина

Цените на новите координатни измервателни машини започват от 20 000 до 30 000 долара и стигат до над 1 милион долара.

Работа, свързана със CMM (Center-Master Machining - Машинен цех)

Мениджър на CMM

CMM програмист

Оператор на CMM