БольшинствоСтанки CMM (координатно-измерительные машины) изготавливаютсягранитные компоненты.
Координатно-измерительная машина (КИМ) — это универсальное измерительное устройство, которое нашло применение в различных областях производства, включая использование в традиционных лабораториях контроля качества, а в последнее время — непосредственную поддержку производства в цехах в более жестких условиях. Тепловые характеристики шкал энкодеров КИМ становятся важным фактором, определяющим их роль и область применения.
В недавно опубликованной статье компании Renishaw обсуждаются методы установки плавающих и управляемых шкал энкодеров.
Шкалы энкодеров могут быть либо термически независимыми от подложки (плавающие), либо термически зависимыми от подложки (мастер-шкалы). Плавающая шкала расширяется и сжимается в соответствии с тепловыми характеристиками материала шкалы, тогда как мастер-шкала расширяется и сжимается с той же скоростью, что и подложка. Методы крепления измерительных шкал предлагают множество преимуществ для различных измерительных задач: в статье Renishaw рассматривается случай, когда мастер-шкала может быть предпочтительным решением для лабораторных приборов.
Координатно-измерительные машины (КИМ) используются для получения трехмерных данных измерений высокоточных обработанных компонентов, таких как блоки цилиндров двигателей и лопатки реактивных двигателей, в рамках процесса контроля качества. Существует четыре основных типа координатно-измерительных машин: мостовые, консольные, портальные и горизонтальные. Мостовые КИМ являются наиболее распространенными. В мостовой конструкции КИМ шпиндель по оси Z установлен на каретке, которая перемещается вдоль моста. Мост перемещается по двум направляющим в направлении оси Y. Двигатель приводит в движение одну из сторон моста, в то время как противоположная сторона традиционно не приводится в движение: конструкция моста обычно направляется/поддерживается на аэростатических подшипниках. Каретка (ось X) и шпиндель (ось Z) могут приводиться в движение ремнем, винтом или линейным двигателем. КИМ спроектированы таким образом, чтобы минимизировать невоспроизводимые ошибки, поскольку их трудно компенсировать в контроллере.
Высокопроизводительные координатно-измерительные машины (КИМ) состоят из гранитной станины с высокой тепловой инерцией и жесткой портальной/мостовой конструкции с малоинерционным штоком, к которому прикреплен датчик для измерения характеристик заготовки. Полученные данные используются для обеспечения соответствия деталей заданным допускам. На отдельных осях X, Y и Z установлены высокоточные линейные энкодеры, длина которых на более крупных машинах может достигать многих метров.
Типичная координатно-измерительная машина мостового типа для гранитных поверхностей, работающая в кондиционированном помещении со средней температурой 20 ± 2 °C, где температура в помещении изменяется три раза в час, позволяет граниту с высокой тепловой инерцией поддерживать постоянную среднюю температуру 20 °C. Плавающий линейный энкодер из нержавеющей стали, установленный на каждой оси координатно-измерительной машины, будет в значительной степени независим от гранитной подложки и быстро реагировать на изменения температуры воздуха благодаря своей высокой теплопроводности и низкой тепловой инерции, которая значительно ниже тепловой инерции гранитного стола. Это приведет к максимальному расширению или сжатию шкалы на типичной 3-метровой оси примерно на 60 мкм. Это расширение может привести к существенной погрешности измерения, которую трудно компенсировать из-за ее изменяющегося во времени характера.
В данном случае предпочтительным выбором является эталонная шкала на основе гранитной подложки: эталонная шкала будет расширяться только с коэффициентом теплового расширения (КТР) гранитной подложки и, следовательно, будет мало изменяться в ответ на небольшие колебания температуры воздуха. Необходимо учитывать и более долгосрочные изменения температуры, которые повлияют на среднюю температуру подложки с высокой тепловой инерцией. Температурная компенсация проста, поскольку контроллеру нужно компенсировать только тепловые характеристики машины, не учитывая при этом тепловые характеристики шкалы энкодера.
В заключение, системы энкодеров с эталонными шкалами на подложке представляют собой отличное решение для прецизионных координатно-измерительных машин с подложками с низким коэффициентом теплового расширения/высокой тепловой инерцией, а также для других применений, требующих высоких показателей метрологии. Преимущества эталонных шкал включают упрощение режимов термокомпенсации и потенциальное снижение невоспроизводимых ошибок измерения, вызванных, например, колебаниями температуры воздуха в локальной среде станка.
Дата публикации: 25 декабря 2021 г.