Πλήρης Οδηγός Μηχανής και Μετρήσεων CMM

Τι είναι μια μηχανή CMM;

Φανταστείτε μια μηχανή τύπου CNC ικανή να κάνει εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις με εξαιρετικά αυτοματοποιημένο τρόπο.Αυτό κάνουν τα CMM Machines!

Το CMM σημαίνει "Μηχανή μέτρησης συντεταγμένων".Είναι ίσως οι απόλυτες τρισδιάστατες συσκευές μέτρησης όσον αφορά τον συνδυασμό της συνολικής ευελιξίας, ακρίβειας και ταχύτητας.

Εφαρμογές Μηχανών Μετρήσεων Συντεταγμένων

Οι μηχανές μέτρησης συντεταγμένων είναι πολύτιμες κάθε φορά που χρειάζεται να γίνουν ακριβείς μετρήσεις.Και όσο πιο πολύπλοκες ή πολυάριθμες είναι οι μετρήσεις, τόσο πιο συμφέρουσα είναι η χρήση ενός CMM.

Συνήθως τα CMM χρησιμοποιούνται για επιθεώρηση και ποιοτικό έλεγχο.Δηλαδή, χρησιμοποιούνται για να επαληθεύσουν ότι το εξάρτημα πληροί τις απαιτήσεις και τις προδιαγραφές του σχεδιαστή.

Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σεαντίστροφος μηχανικόςυπάρχοντα μέρη κάνοντας ακριβείς μετρήσεις των χαρακτηριστικών τους.

Ποιος εφηύρε τις μηχανές CMM;

Οι πρώτες Μηχανές CMM αναπτύχθηκαν από τη Ferranti Company της Σκωτίας τη δεκαετία του 1950.Χρειάζονταν για ακριβείς μετρήσεις εξαρτημάτων στην αεροδιαστημική και την αμυντική βιομηχανία.Οι πρώτες μηχανές είχαν μόνο 2 άξονες κίνησης.Οι μηχανές 3 αξόνων εισήχθησαν τη δεκαετία του 1960 από την DEA της Ιταλίας.Ο έλεγχος υπολογιστών εμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970 και εισήχθη από το Sheffield των ΗΠΑ.

Τύποι Μηχανών CMM

Υπάρχουν πέντε τύποι μηχανών μέτρησης συντεταγμένων:

• Τύπος γέφυρας CMM: Σε αυτό το σχέδιο, το πιο συνηθισμένο, η κεφαλή CMM οδηγεί σε μια γέφυρα.Η μία πλευρά της γέφυρας κινείται σε μια ράγα στο κρεβάτι και η άλλη στηρίζεται σε ένα μαξιλάρι αέρα ή άλλη μέθοδο στο κρεβάτι χωρίς ράγα οδήγησης.
• Cantilever CMM: Ο πρόβολος υποστηρίζει τη γέφυρα μόνο στη μία πλευρά.
• Gantry CMM: Η γέφυρα χρησιμοποιεί μια ράγα οδήγησης και στις δύο πλευρές, όπως ένας δρομολογητής CNC.Αυτά είναι συνήθως τα μεγαλύτερα CMM, επομένως χρειάζονται επιπλέον υποστήριξη.
• Οριζόντιος βραχίονας CMM: Φανταστείτε έναν πρόβολο, αλλά με ολόκληρη τη γέφυρα να κινείται πάνω-κάτω στον μονό βραχίονα και όχι στον δικό της άξονα.Αυτά είναι τα λιγότερο ακριβή CMM, αλλά μπορούν να μετρήσουν μεγάλα λεπτά εξαρτήματα, όπως αμαξώματα αυτοκινήτων.
• Φορητός Τύπος βραχίονα CMM: Αυτά τα μηχανήματα χρησιμοποιούν ενωμένους βραχίονες και συνήθως τοποθετούνται χειροκίνητα.Αντί να μετρούν απευθείας το XYZ, υπολογίζουν τις συντεταγμένες από την περιστροφική θέση κάθε άρθρωσης και το γνωστό μήκος μεταξύ των αρθρώσεων.

Κάθε ένα έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ανάλογα με τους τύπους των μετρήσεων που πρέπει να γίνουν.Αυτοί οι τύποι αναφέρονται στη δομή του μηχανήματος που χρησιμοποιείται για την τοποθέτησή τουκαθετήραςσε σχέση με το τμήμα που μετράται.

Ακολουθεί ένας εύχρηστος πίνακας για να κατανοήσετε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα:

Οι ανιχνευτές τοποθετούνται κανονικά σε 3 διαστάσεις –Χ, Υ και Ζ. Ωστόσο, πιο εξελιγμένα μηχανήματα μπορούν επίσης να επιτρέψουν την αλλαγή της γωνίας των ανιχνευτών επιτρέποντας τη μέτρηση σε σημεία που διαφορετικά δεν θα μπορούσε να φτάσει ο ανιχνευτής.Τα περιστροφικά τραπέζια μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της ικανότητας προσέγγισης διαφόρων χαρακτηριστικών.

Τα CMM είναι συχνά κατασκευασμένα από γρανίτη και αλουμίνιο και χρησιμοποιούν ρουλεμάν αέρα

Ο αισθητήρας είναι ο αισθητήρας που καθορίζει πού βρίσκεται η επιφάνεια του εξαρτήματος όταν πραγματοποιείται μια μέτρηση.

Οι τύποι ανιχνευτών περιλαμβάνουν:

• Μηχανικός
• Οπτικός
• Λέιζερ
• Λευκό φως

Οι μηχανές μέτρησης συντεταγμένων χρησιμοποιούνται με περίπου τρεις γενικούς τρόπους:

• Τμήματα Ποιοτικού Ελέγχου: Εδώ φυλάσσονται συνήθως σε ελεγχόμενα καθαρά δωμάτια για να μεγιστοποιηθεί η ακρίβειά τους.
• Όροφος καταστήματος: Εδώ τα CMM είναι κάτω μεταξύ των μηχανών CNC για να διευκολύνουν την εκτέλεση επιθεωρήσεων ως μέρος μιας κυψέλης παραγωγής με ελάχιστη διαδρομή μεταξύ του CMM και του μηχανήματος όπου υποβάλλονται σε κατεργασία εξαρτημάτων.Αυτό επιτρέπει να γίνονται μετρήσεις νωρίτερα και ενδεχομένως πιο συχνά, γεγονός που οδηγεί σε εξοικονόμηση πόρων καθώς τα σφάλματα εντοπίζονται νωρίτερα.
• Φορητό: Τα φορητά CMM είναι εύκολο να μετακινηθούν.Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε έναν όροφο καταστήματος ή ακόμη και να μεταφερθούν σε μια τοποθεσία απομακρυσμένη από τις εγκαταστάσεις παραγωγής για τη μέτρηση εξαρτημάτων στο χωράφι.

Πόσο ακριβείς είναι οι μηχανές CMM (Ακρίβεια CMM);

Η ακρίβεια των μηχανών μέτρησης συντεταγμένων ποικίλλει.Γενικά, στοχεύουν στην ακρίβεια μικρομέτρου ή καλύτερη.Αλλά δεν είναι τόσο εύκολο.Πρώτον, το σφάλμα μπορεί να είναι συνάρτηση μεγέθους, επομένως το σφάλμα μέτρησης ενός CMM μπορεί να καθοριστεί ως ένας σύντομος τύπος που περιλαμβάνει το μήκος της μέτρησης ως μεταβλητή.

Για παράδειγμα, το Global Classic CMM της Hexagon παρατίθεται ως ένα προσιτό CMM για όλες τις χρήσεις και προσδιορίζει την ακρίβειά του ως εξής:

1,0 + L/300um

Αυτές οι μετρήσεις είναι σε μικρά και το L καθορίζεται σε mm.Ας υποθέσουμε λοιπόν ότι προσπαθούμε να μετρήσουμε το μήκος ενός χαρακτηριστικού 10 mm.Ο τύπος θα ήταν 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 ή 1,03 μικρά.

Ένα μικρό είναι ένα χιλιοστό του mm, το οποίο είναι περίπου 0,00003937 ίντσες.Έτσι, το σφάλμα κατά τη μέτρηση του μήκους των 10 mm είναι 0,00103 mm ή 0,00004055 ίντσες.Αυτό είναι λιγότερο από μισό δέκατο – αρκετά μικρό σφάλμα!

Από την άλλη πλευρά, κάποιος θα πρέπει να έχει ακρίβεια 10 φορές αυτή που προσπαθούμε να μετρήσουμε.Αυτό σημαίνει ότι αν μπορούμε να εμπιστευτούμε αυτή τη μέτρηση μόνο 10 φορές αυτήν την τιμή ή 0,00005 ίντσες.Ακόμα ένα πολύ μικρό λάθος.

Τα πράγματα γίνονται ακόμη πιο σκοτεινά για τις μετρήσεις CMM του καταστήματος.Εάν το CMM στεγάζεται σε εργαστήριο επιθεώρησης ελεγχόμενης θερμοκρασίας, βοηθάει πολύ.Αλλά στον όροφο του καταστήματος, οι θερμοκρασίες μπορεί να διαφέρουν αρκετά.Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους ένα CMM μπορεί να αντισταθμίσει τη διακύμανση της θερμοκρασίας, αλλά κανένας δεν είναι τέλειος.

Οι κατασκευαστές CMM συχνά καθορίζουν την ακρίβεια για μια ζώνη θερμοκρασίας και σύμφωνα με το πρότυπο ISO 10360-2 για την ακρίβεια CMM, μια τυπική ζώνη είναι 64-72F (18-22C).Αυτό είναι υπέροχο, εκτός εάν ο όροφος του καταστήματός σας είναι 86 F το καλοκαίρι.Τότε δεν έχετε καλές προδιαγραφές για το σφάλμα.

Ορισμένοι κατασκευαστές θα σας δώσουν ένα σετ σκαλοπατιών ή ζώνες θερμοκρασίας με διαφορετικές προδιαγραφές ακρίβειας.Τι συμβαίνει όμως εάν βρίσκεστε σε περισσότερα από ένα εύρη για την ίδια σειρά ανταλλακτικών σε διαφορετικές ώρες της ημέρας ή διαφορετικές ημέρες της εβδομάδας;

Αρχίζει κανείς να χρειάζεται να δημιουργήσει έναν προϋπολογισμό αβεβαιότητας που επιτρέπει τις χειρότερες περιπτώσεις.Εάν αυτές οι χειρότερες περιπτώσεις οδηγήσουν σε απαράδεκτες ανοχές για τα εξαρτήματά σας, απαιτούνται περαιτέρω αλλαγές στη διαδικασία:

• Μπορείτε να περιορίσετε τη χρήση CMM σε συγκεκριμένες ώρες της ημέρας, όταν οι θερμοκρασίες πέφτουν σε πιο ευνοϊκά εύρη.
• Μπορείτε να επιλέξετε να κατεργάζεστε μόνο εξαρτήματα ή χαρακτηριστικά χαμηλότερης ανοχής σε συγκεκριμένες ώρες της ημέρας.
• Τα καλύτερα CMM μπορεί να έχουν καλύτερες προδιαγραφές για τα εύρη θερμοκρασίας σας.Μπορεί να αξίζουν τον κόπο, παρόλο που μπορεί να είναι πολύ πιο ακριβά.

Φυσικά αυτά τα μέτρα θα καταστρέψουν την ικανότητά σας να προγραμματίζετε με ακρίβεια τις εργασίες σας.Ξαφνικά σκέφτεστε ότι ο καλύτερος έλεγχος του κλίματος στον όροφο του καταστήματος μπορεί να είναι μια αξιόλογη επένδυση.

Μπορείτε να δείτε πώς όλο αυτό το θέμα των μετρήσεων γίνεται πολύ φασαριόζικο.

Το άλλο συστατικό που πηγαίνει χέρι-χέρι είναι ο τρόπος με τον οποίο καθορίζονται οι ανοχές που πρέπει να ελέγχονται από το CMM.Το χρυσό πρότυπο είναι η γεωμετρική διάσταση και ανοχή (GD&T).Ρίξτε μια ματιά στο εισαγωγικό μάθημά μας για το GD&T για να μάθετε περισσότερα.

Λογισμικό CMM

Η CMM εκτελεί διάφορα είδη λογισμικού.Το πρότυπο ονομάζεται DMIS, που σημαίνει Dimensional Measurement Interface Standard.Αν και δεν είναι η κύρια διεπαφή λογισμικού για κάθε κατασκευαστή CMM, οι περισσότεροι από αυτούς τουλάχιστον το υποστηρίζουν.

Οι κατασκευαστές έχουν δημιουργήσει τις δικές τους μοναδικές γεύσεις για να προσθέσουν εργασίες μέτρησης που δεν υποστηρίζονται από το DMIS.

DMIS

Όπως αναφέρθηκε, το DMIS είναι το πρότυπο, αλλά όπως και ο g-code του CNC, υπάρχουν πολλές διάλεκτοι όπως:

• PC-DMIS: Έκδοση του Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

Το MCOSTMOS είναι το λογισμικό CMM της Nikon.

Είδος χορού των δυτικών ινδίων

Το Calypso είναι λογισμικό CMM από τη Zeiss.

Λογισμικό CMM και CAD/CAM

Πώς σχετίζεται το λογισμικό και ο προγραμματισμός CMM με το λογισμικό CAD/CAM;

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μορφές αρχείων CAD, επομένως ελέγξτε με ποιες είναι συμβατό το λογισμικό CMM που διαθέτετε.Η τελική ολοκλήρωση ονομάζεται Μοντέλο Βασισμένος Ορισμός (MBD).Με το MBD, το ίδιο το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή διαστάσεων για το CMM.

Το MDB είναι αρκετά αιχμή, επομένως δεν χρησιμοποιείται ακόμη στις περισσότερες περιπτώσεις.

Ανιχνευτές CMM, εξαρτήματα και αξεσουάρ

Ανιχνευτές CMM

Μια ποικιλία τύπων και σχημάτων ανιχνευτών είναι διαθέσιμα για τη διευκόλυνση πολλών διαφορετικών εφαρμογών.

Εξαρτήματα CMM

Όλα τα φωτιστικά εξοικονομούν χρόνο κατά τη φόρτωση και εκφόρτωση εξαρτημάτων σε ένα CMM, ακριβώς όπως σε μια μηχανή CNC.Μπορείτε ακόμη να αποκτήσετε CMM που διαθέτουν αυτόματους φορτωτές παλετών για μεγιστοποίηση της απόδοσης.

Τιμή μηχανής CMM

Οι νέες μηχανές μέτρησης συντεταγμένων ξεκινούν από 20.000 $ έως 30.000 $ και φτάνουν μέχρι και πάνω από 1 εκατομμύριο $.

Εργασίες που σχετίζονται με CMM σε μηχανουργείο

Διαχειριστής CMM

Προγραμματιστής CMM

Χειριστής CMM