Полное руководство по машинам КИМ и измерениям

Что такое машина КИМ?

Представьте себе станок с ЧПУ, способный выполнять чрезвычайно точные измерения в высокоавтоматизированном режиме.Это то, что делают машины КИМ!

CMM означает «Координатно-измерительная машина».Пожалуй, это лучшие 3D-измерительные устройства с точки зрения сочетания общей гибкости, точности и скорости.

Применение координатно-измерительных машин

Координатно-измерительные машины незаменимы в тех случаях, когда необходимо выполнить точные измерения.И чем сложнее или многочисленнее измерения, тем выгоднее использовать КИМ.

Обычно КИМ используются для проверки и контроля качества.То есть они используются для проверки соответствия детали требованиям и спецификациям разработчика.

Они также могут быть использованы дляреверс-инжинирингсуществующие детали путем точных измерений их характеристик.

Кто изобрел машины КИМ?

Первые машины КИМ были разработаны шотландской компанией Ferranti в 1950-х годах.Они были необходимы для прецизионного измерения деталей в аэрокосмической и оборонной промышленности.Самые первые машины имели только две оси движения.Трехосные станки были представлены в 1960-х годах итальянской компанией DEA.Компьютерное управление появилось в начале 1970-х годов и было представлено в Шеффилде, США.

Типы машин КИМ

Существует пять типов координатно-измерительных машин:

• КИМ мостового типа: в этой наиболее распространенной конструкции головка КИМ перемещается по мосту.Одна сторона моста опирается на рельс на станине, а другая поддерживается на воздушной подушке или другим способом на станине без направляющего рельса.
• Консольная КИМ: Консоль поддерживает мост только с одной стороны.
• Портальная КИМ: Портальная использует направляющую с обеих сторон, как фрезерный станок с ЧПУ.Обычно это крупнейшие ШМ, поэтому им нужна дополнительная поддержка.
• КИМ с горизонтальным рычагом: представьте себе консоль, но весь мост движется вверх и вниз по одному рычагу, а не по своей собственной оси.Это наименее точные КИМ, но они могут измерять большие тонкие детали, такие как кузова автомобилей.
• КИМ с портативным рычагом: в этих машинах используются шарнирные рычаги, которые обычно позиционируются вручную.Вместо непосредственного измерения XYZ они вычисляют координаты на основе поворотного положения каждого сустава и известной длины между суставами.

Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от типа проводимых измерений.Эти типы относятся к конструкции машины, которая используется для ее позиционирования.зондотносительно измеряемой детали.

Вот удобная таблица, которая поможет понять плюсы и минусы:

Датчики обычно располагаются в трех измерениях: X, Y и Z. Однако более сложные машины также позволяют изменять угол наклона датчиков, позволяя проводить измерения в местах, до которых в противном случае датчик не смог бы добраться.Поворотные столы также можно использовать для улучшения доступности различных объектов.

КИМ часто изготавливаются из гранита и алюминия и используют воздушные подшипники.

Зонд — это датчик, который определяет, где находится поверхность детали во время измерения.

Типы зондов включают в себя:

• Механический
• Оптический
• Лазер
• Белый свет

Координатно-измерительные машины используются примерно тремя основными способами:

• Отделы контроля качества: они обычно хранятся в чистых помещениях с кондиционируемым климатом, чтобы обеспечить максимальную точность.
• Цех: Здесь КИМ находятся среди станков с ЧПУ, чтобы облегчить выполнение проверок в рамках производственного цеха с минимальным перемещением между КИМ и станком, на котором обрабатываются детали.Это позволяет проводить измерения раньше и потенциально чаще, что приводит к экономии, поскольку ошибки выявляются раньше.
• Портативность: портативные КИМ легко перемещать.Их можно использовать в цехах или даже выносить на площадку, удаленную от производственного предприятия, для измерения деталей в полевых условиях.

Насколько точны машины КИМ (точность КИМ)?

Точность координатно-измерительных машин различается.Как правило, они стремятся к точности микрометра или выше.Но это не так просто.Во-первых, ошибка может быть функцией размера, поэтому погрешность измерения КИМ может быть указана в виде короткой формулы, включающей длину измерения в качестве переменной.

Например, КИМ Hexagon Global Classic указана как доступная универсальная КИМ, а ее точность определяется как:

1,0 + л/300 мкм

Эти размеры указаны в микронах, а L указывается в мм.Допустим, мы пытаемся измерить длину элемента диаметром 10 мм.Формула будет 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 или 1,03 микрона.

Микрон — это тысячная доля мм, что составляет около 0,00003937 дюйма.Таким образом, ошибка при измерении нашей длины в 10 мм составляет 0,00103 мм или 0,00004055 дюйма.Это меньше половины половины десятой – довольно маленькая ошибка!

С другой стороны, точность должна быть в 10 раз выше той, которую мы пытаемся измерить.Это означает, что мы можем доверять этому измерению только до 10-кратного значения, или 0,00005 дюйма.Все равно довольно маленькая ошибка.

Ситуация с измерениями на КИМ в цехах становится еще более мрачной.Если КИМ размещается в инспекционной лаборатории с контролируемой температурой, это очень помогает.Но в цехах температура может сильно различаться.Существуют различные способы компенсации изменений температуры с помощью КИМ, но ни один из них не идеален.

Производители КИМ часто указывают точность для температурного диапазона, и согласно стандарту точности КИМ ISO 10360-2, типичный диапазон составляет 64–72F (18–22C).Это здорово, если только в вашем магазине летом не 86F.Тогда у вас нет хорошей спецификации ошибки.

Некоторые производители предоставляют вам набор ступенек или температурных диапазонов с различными характеристиками точности.Но что произойдет, если вы находитесь в нескольких диапазонах для одной и той же партии деталей в разное время дня или в разные дни недели?

Приходится создавать бюджет неопределенности, учитывающий наихудшие случаи.Если эти худшие случаи приводят к неприемлемым допускам для ваших деталей, необходимы дальнейшие изменения процесса:

• Вы можете ограничить использование ШМ определенным временем суток, когда температура падает в более благоприятные диапазоны.
• Вы можете выбрать обработку только деталей или элементов с более низким допуском в определенное время суток.
• Лучшие КИМ могут иметь лучшие характеристики для вашего температурного диапазона.Возможно, они того стоят, хотя могут быть намного дороже.

Конечно, эти меры нанесут ущерб вашей способности точно планировать свою работу.Внезапно вы думаете, что улучшение климат-контроля в цехах может оказаться стоящей инвестицией.

Вы можете видеть, как вся эта штука с измерениями становится чертовски суетливой.

Другой важный момент – это определение допусков, подлежащих проверке с помощью КИМ.Золотым стандартом является определение геометрических размеров и допусков (GD&T).Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашим вводным курсом по GD&T.

Программное обеспечение КИМ

Компания CMM использует различные виды программного обеспечения.Стандарт называется DMIS, что означает «Стандарт интерфейса измерения размеров».Хотя это не основной программный интерфейс для каждого производителя КИМ, большинство из них, по крайней мере, поддерживают его.

Производители создали свои собственные уникальные варианты, чтобы добавить задачи измерения, не поддерживаемые DMIS.

ДМИС

Как уже упоминалось, DMIS является стандартом, но, как и g-код ЧПУ, существует множество диалектов, в том числе:

• PC-DMIS: версия Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Персептрон

МКОСМОС

MCOSTMOS — это программное обеспечение для КИМ компании Nikon.

Калипсо

Calypso — это программное обеспечение для КИМ от Zeiss.

Программное обеспечение CMM и CAD/CAM

Как программное обеспечение и программирование CMM связано с программным обеспечением CAD/CAM?

Существует множество различных форматов файлов САПР, поэтому проверьте, с какими из них совместимо ваше программное обеспечение CMM.Окончательная интеграция называется определением на основе модели (MBD).При использовании MBD сама модель может использоваться для извлечения размеров для КИМ.

MDB является передовой технологией, поэтому в большинстве случаев она еще не используется.

Датчики, приспособления и аксессуары для КИМ

Датчики КИМ

Доступны различные типы и формы зондов для облегчения различных применений.

Приспособления для КИМ

Все приспособления экономят время при загрузке и разгрузке деталей на КИМ, как и на станке с ЧПУ.Вы даже можете приобрести КИМ с автоматическими загрузчиками поддонов для максимизации пропускной способности.

Цена машины КИМ

Стоимость новых координатно-измерительных машин начинается от 20 000 до 30 000 долларов и превышает 1 миллион долларов.

Работа, связанная с КИМ, в механическом цехе

Менеджер ШМ

Программист КИМ

Оператор ШМ