Popoln vodnik za CMM stroje in meritve

Kaj je CMM stroj?

Predstavljajte si stroj tipa CNC, ki je sposoben izvajati izjemno natančne meritve na zelo avtomatiziran način. To počnejo CMM stroji!

CMM je kratica za »koordinatni merilni stroj«. Zaradi kombinacije splošne prilagodljivosti, natančnosti in hitrosti so morda najboljše 3D-merilne naprave.

Uporaba koordinatnih merilnih strojev

Koordinatni merilni stroji so dragoceni vedno, ko je treba izvesti natančne meritve. Bolj ko so meritve zapletene ali številne, bolj ugodna je uporaba koordinatnega merilnega stroja (KMS).

Koordinatni merilni stroji (CMM) se običajno uporabljajo za pregled in nadzor kakovosti. To pomeni, da se uporabljajo za preverjanje, ali del ustreza zahtevam in specifikacijam oblikovalca.

Uporabljajo se lahko tudi zaobratni inženiringobstoječe dele z natančnimi meritvami njihovih značilnosti.

Kdo je izumil stroje CMM?

Prve koordinatne merilne stroje (CMM) je v petdesetih letih prejšnjega stoletja razvilo škotsko podjetje Ferranti. Potrebni so bili za natančno merjenje delov v letalski in obrambni industriji. Prvi stroji so imeli le dve osi gibanja. Triosne stroje je v šestdesetih letih prejšnjega stoletja uvedla italijanska družba DEA. Računalniško krmiljenje se je pojavilo v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja v Sheffieldu v ZDA.

Vrste CMM strojev

Obstaja pet vrst koordinatnih merilnih strojev:

• Mostni KMS: Pri tej najpogostejši izvedbi se glava KMS-a premika po mostu. Ena stran mostu se premika po tirnici na postelji, druga pa je podprta z zračno blazino ali drugim nosilcem na postelji brez vodilne tirnice.
• Konzolni CMM: Konzola podpira most samo na eni strani.
• Portalni KMS: Portalni stroj uporablja vodilno tirnico na obeh straneh, podobno kot CNC rezkalni stroj. To so običajno največji KMS-ji, zato potrebujejo dodatno oporo.
• KMS z vodoravno roko: Predstavljajte si konzolni nosilec, pri katerem se celoten most premika gor in dol po posamezni roki in ne po lastni osi. To so najmanj natančni KMS-ji, vendar lahko merijo velike, tanke in lite komponente, kot so avtomobilske karoserije.
• Prenosni KMS tipa roke: Ti stroji uporabljajo členkaste roke in se običajno pozicionirajo ročno. Namesto neposrednega merjenja XYZ izračunajo koordinate iz rotacijskega položaja vsakega členka in znane dolžine med členki.

Vsaka ima prednosti in slabosti, odvisno od vrste meritev, ki jih je treba izvesti. Te vrste se nanašajo na strukturo stroja, ki se uporablja za njegovo pozicioniranje.sondaglede na merjeni del.

Tukaj je priročna tabela, ki vam bo pomagala razumeti prednosti in slabosti:

Sonde so običajno nameščene v treh dimenzijah – X, Y in Z. Vendar pa lahko bolj dovršeni stroji omogočajo tudi spreminjanje kota sonde, kar omogoča merjenje na mestih, ki jih sonda sicer ne bi mogla doseči. Za izboljšanje dostopnosti različnih elementov se lahko uporabijo tudi rotacijske mize.

Koordinatni merilni stroji (CMM) so pogosto izdelani iz granita in aluminija ter uporabljajo zračne ležaje.

Sonda je senzor, ki določa, kje je površina dela, ko se izvaja meritev.

Vrste sond vključujejo:

• Mehanski
• Optični
• Laser
• Bela svetloba

Koordinatni merilni stroji se uporabljajo na približno tri splošne načine:

• Oddelki za nadzor kakovosti: Tukaj so običajno shranjeni v klimatsko nadzorovanih čistih prostorih, da se poveča njihova natančnost.
• Delavnica: Tukaj so KMS-ji med CNC-stroji na dnu lestvice, da se olajša izvajanje pregledov kot del proizvodne celice z minimalnim premikanjem med KMS-jem in strojem, kjer se deli obdelujejo. To omogoča prejšnjo in potencialno pogostejšo izvedbo meritev, kar vodi do prihrankov, saj se napake prej odkrijejo.
• Prenosljivost: Prenosne koordinatne merilne stroje je enostavno premikati. Uporabljajo se lahko v proizvodnem obratu ali celo na lokaciji, oddaljeni od proizvodnega obrata, za merjenje delov na terenu.

Kako natančni so stroji CMM (natančnost CMM)?

Natančnost koordinatnih merilnih strojev se razlikuje. Na splošno si prizadevajo za mikrometrsko natančnost ali boljšo. Vendar ni tako preprosto. Napaka je lahko funkcija velikosti, zato je merilna napaka KMS lahko določena s kratko formulo, ki vključuje dolžino meritve kot spremenljivko.

Na primer, Hexagonov Global Classic CMM je naveden kot cenovno ugoden večnamenski CMM in njegova natančnost je navedena kot:

1,0 + L/300 μm

Te meritve so v mikronih, L pa je določen v mm. Recimo, da poskušamo izmeriti dolžino 10 mm dolgega elementa. Formula bi bila 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 ali 1,03 mikrona.

Mikron je tisočinka mm, kar je približno 0,00003937 palca. Torej je napaka pri merjenju naše dolžine 10 mm 0,00103 mm ali 0,00004055 palca. To je manj kot pol pol desetinke – precej majhna napaka!

Po drugi strani pa bi morala biti natančnost 10-krat večja od tiste, ki jo poskušamo izmeriti. To pomeni, da če bi tej meritvi zaupali le do 10-kratnika te vrednosti oziroma 0,00005 palca, je to še vedno precej majhna napaka.

Pri meritvah s koordinatnim merilnim strojem (KMS) v proizvodnem obratu postanejo stvari še bolj zapletene. Če je KMS nameščen v temperaturno nadzorovanem inšpekcijskem laboratoriju, zelo pomaga. Toda v proizvodnem obratu se temperature lahko precej razlikujejo. Obstajajo različni načini, kako lahko KMS kompenzira temperaturne spremembe, vendar nobeden ni popoln.

Proizvajalci koordinatnih merilnih strojev (KMS) pogosto določajo natančnost za temperaturni pas, in v skladu s standardom ISO 10360-2 za natančnost KMS je tipičen pas 18–22 °C. To je odlično, razen če je v vaši delavnici poleti temperatura 29 °C. Potem nimate dobrih specifikacij za napako.

Nekateri proizvajalci vam bodo ponudili niz stopnišč ali temperaturnih pasov z različnimi specifikacijami natančnosti. Kaj pa, če ste v več kot enem območju za isto serijo delov ob različnih urah dneva ali različnih dnevih v tednu?

Začne se ustvarjati proračun negotovosti, ki upošteva najslabše možne primere. Če ti najslabši primeri povzročijo nesprejemljive tolerance za vaše dele, so potrebne nadaljnje spremembe procesa:

• Uporabo CMM lahko omejite na določene čase dneva, ko temperature padejo v ugodnejše razpone.
• Obdelovalne dele ali elemente z nižjo toleranco lahko obdelujete le ob določenih urah dneva.
• Boljši koordinatni merilni stroji (CMM) imajo morda boljše specifikacije za vaša temperaturna območja. Morda se splača kupiti, čeprav so lahko veliko dražji.

Seveda bodo ti ukrepi močno zmanjšali vašo sposobnost natančnega razporejanja dela. Nenadoma pomislite, da bi bila boljša kontrola klime v proizvodnem prostoru morda vredna naložba.

Vidiš, kako vsa ta stvar z merjenjem postane precej zapletena.

Druga sestavina, ki gre z roko v roki, je način določanja toleranc, ki jih je treba preveriti s koordinatnim merilnim strojem (KMS). Zlati standard je geometrijsko dimenzioniranje in toleranciranje (GD&T). Za več informacij si oglejte naš uvodni tečaj o GD&T.

Programska oprema za KMS

Koordinatni merilni stroji (KMS) uporabljajo različne vrste programske opreme. Standard se imenuje DMIS, kar je kratica za standard vmesnika za dimenzijske meritve (Dimensional Measurement Interface Standard). Čeprav ni glavni programski vmesnik za vsakega proizvajalca KMS, ga večina vsaj podpira.

Proizvajalci so ustvarili svoje edinstvene različice, da bi dodali merilne naloge, ki jih DMIS ne podpira.

DMIS

Kot že omenjeno, je DMIS standard, vendar tako kot pri CNC-jevi G-kodi obstaja veliko dialektov, vključno z:

• PC-DMIS: Različica Hexagona
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS je Nikonova programska oprema za CMM.

Kalipso

Calypso je programska oprema za CMM podjetja Zeiss.

Programska oprema za KMS in CAD/CAM

Kakšna je povezava med programsko opremo in programiranjem za CMM in programsko opremo CAD/CAM?

Obstaja veliko različnih formatov datotek CAD, zato preverite, s katerimi je vaša programska oprema za CMM združljiva. Končna integracija se imenuje Model Based Definition (MBD). Z MBD se lahko sam model uporabi za pridobivanje dimenzij za CMM.

MDB je precej napreden, zato se v večini primerov še ne uporablja.

Merilne glave, vpenjala in dodatki za KMS

Merilne glave za koordinatne merilne stroje (KMS)

Na voljo so različne vrste in oblike sond za lažje izvajanje različnih aplikacij.

Vpenjala za KMS

Vpenjala prihranijo čas pri nalaganju in razkladanju delov na koordinatnem merilnem stroju (KMS), tako kot na CNC stroju. Na voljo so celo KMS-ji z ​​avtomatskimi nakladalniki palet za povečanje pretočnosti.

Cena stroja CMM

Cene novih koordinatnih merilnih strojev se začnejo v razponu od 20.000 do 30.000 dolarjev in segajo vse do več kot milijona dolarjev.

Delovna mesta v strojni delavnici, povezana s CMM

Vodja koordinatnega merilnega stroja (CMM)

Programer CMM-ja

Operater koordinatnega merilnega stroja (KMS)