Täydellinen CMM-kone- ja mittausopas

Mikä on CMM-kone?

Kuvittele CNC-tyylinen kone, joka pystyy tekemään erittäin tarkkoja mittauksia erittäin automatisoidulla tavalla. Juuri sitä koordinaattilaskentakoneet (CMM) tekevät!

CMM on lyhenne sanoista "Coordinate Measuring Machine". Ne ovat kenties parhaita 3D-mittauslaitteita, kun otetaan huomioon niiden joustavuuden, tarkkuuden ja nopeuden yhdistelmä.

Koordinaattimittauskoneiden sovellukset

Koordinaattimittauskoneet ovat arvokkaita aina, kun on tehtävä tarkkoja mittauksia. Ja mitä monimutkaisempia tai useampia mittauksia on, sitä edullisempaa on käyttää koordinaattimittauskonetta.

Koordinaattimittauskoneita (CMM) käytetään tyypillisesti tarkastuksiin ja laadunvalvontaan. Toisin sanoen niitä käytetään varmistamaan, että osa täyttää suunnittelijan vaatimukset ja eritelmät.

Niitä voidaan käyttää myöskäänteisen suunnittelunolemassa olevia osia tekemällä tarkkoja mittauksia niiden ominaisuuksista.

Kuka keksi CMM-koneet?

Ensimmäiset koordinaattimittauskoneet (CMM) kehitti skotlantilainen Ferranti Company 1950-luvulla. Niitä tarvittiin osien tarkkuusmittaukseen ilmailu- ja puolustusteollisuudessa. Ensimmäisissä koneissa oli vain kaksi liikeakselia. Kolmiakseliset koneet esitteli 1960-luvulla italialainen DEA. Tietokoneohjaus tuli markkinoille 1970-luvun alussa, ja sen esitteli yhdysvaltalainen Sheffield.

CMM-koneiden tyypit

Koordinaattimittauskoneita on viisi tyyppiä:

• Siltatyyppinen KMM: Tässä yleisimmässä rakenteessa KMM:n pää kulkee sillalla. Sillan toinen puoli kulkee alustan kiskon päällä ja toinen puoli on tuettu ilmatyynyn tai muun alustaan ​​​​tuetun menetelmän avulla ilman ohjauskiskoa.
• Kantava CMM: Kantava osa tukee siltaa vain yhdeltä puolelta.
• Gantry-koordinaatisto: Gantryssä on molemmilla puolilla johdekisko, kuten CNC-jyrsimessä. Nämä ovat tyypillisesti suurimpia koordinaattimittauskoneita, joten ne tarvitsevat lisätukea.
• Vaakavartinen koordinaattimittari: Kuvittele ulokepalkki, mutta koko silta liikkuu ylös ja alas yksittäistä vartta pitkin oman akselinsa ympäri. Nämä ovat epätarkimpia koordinaattimittareita, mutta niillä voidaan mitata suuria ohuita komponentteja, kuten auton koreja.
• Kannettavavartinen koordinaattilaskentakone: Näissä koneissa käytetään nivelvarsia, ja ne asemoidaan tyypillisesti manuaalisesti. XYZ-koordinaatit ei mitata suoraan, vaan ne laskevat kunkin nivelen pyörimisasennosta ja nivelten välisestä tunnetusta pituudesta.

Jokaisella on etuja ja haittoja riippuen suoritettavien mittausten tyypeistä. Nämä tyypit viittaavat koneen rakenteeseen, jota käytetään sen sijoittamiseenkoetinmitattavaan osaan nähden.

Tässä on kätevä taulukko, joka auttaa ymmärtämään plussat ja miinukset:

Anturit sijoitetaan normaalisti kolmeen suuntaan – X, Y ja Z. Kehittyneemmissä koneissa antureiden kulmaa voidaan kuitenkin muuttaa, mikä mahdollistaa mittaamisen paikoissa, joihin anturi ei muuten yltäisi. Pyöröpöytiä voidaan myös käyttää parantamaan eri ominaisuuksien saavutettavuutta.

KMM:t on usein valmistettu graniitista ja alumiinista, ja niissä käytetään ilmalaakereita.

Mittapää on anturi, joka määrittää kappaleen pinnan sijainnin mittausta suoritettaessa.

Anturityyppeihin kuuluvat:

• Mekaaninen
• Optinen
• Laser
• Valkoinen valo

Koordinaattimittauskoneita käytetään karkeasti kolmella yleisellä tavalla:

• Laadunvalvontaosastot: Niitä pidetään tyypillisesti ilmastoiduissa puhdastiloissa tarkkuuden maksimoimiseksi.
• Työmaakerros: Täällä koordinaattimittauskoneet (CMM) ovat CNC-koneiden joukossa, mikä helpottaa tarkastusten suorittamista osana valmistussolua ja minimoi CMM:n ja koneen, jossa osia työstetään, välisen matkan. Tämä mahdollistaa mittausten tekemisen aikaisemmin ja mahdollisesti useammin, mikä johtaa säästöihin, koska virheet havaitaan nopeammin.
• Kannettava: Kannettavia koordinaattimittauskoneita on helppo liikutella. Niitä voidaan käyttää tuotantotiloissa tai jopa viedä tuotantolaitoksesta etäälle sijaitseviin työmaille osien mittaamiseen kentällä.

Kuinka tarkkoja CMM-koneet ovat (CMM-tarkkuus)?

Koordinaattimittauskoneiden tarkkuus vaihtelee. Yleensä ne pyrkivät mikrometrin tarkkuuteen tai parempaan. Mutta se ei ole niin helppoa. Ensinnäkin niiden virhe voi riippua koosta, joten koordinaattimittauskoneen mittausvirhe voidaan määrittää lyhyenä kaavana, joka sisältää mittauksen pituuden muuttujana.

Esimerkiksi Hexagonin Global Classic -koordinaatistossa käytettyä mittauslaitetta pidetään edullisena yleiskäyttöisenä koordinaattimittarina, ja sen tarkkuus on määritelty seuraavasti:

1,0 + l/300 µm

Nuo mitat ovat mikroneina ja L on määritetty millimetreinä. Oletetaan siis, että yritämme mitata 10 mm:n pituisen rakenteen pituutta. Kaava olisi 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 eli 1,03 mikronia.

Mikroni on millimetrin tuhannesosa eli noin 0,00003937 tuumaa. Joten virhe mitattaessa 10 mm:n pituutta on 0,00103 mm eli 0,00004055 tuumaa. Se on alle puoli kymmenesosaa – melko pieni virhe!

Toisaalta tarkkuuden tulisi olla 10 kertaa mitattava arvo. Eli se tarkoittaa, että voimme luottaa tähän mittaukseen vain 10-kertaisesti tuohon arvoon eli 0,00005 tuumaan. Se on silti melko pieni virhe.

Asiat muuttuvat vieläkin hämärämmiksi tuotantotilojen koordinaattimittauskoneilla tehtävissä mittauksissa. Jos koordinaattimittari on lämpötilasäädellyssä tarkastuslaboratoriossa, siitä on paljon apua. Mutta tuotantotiloissa lämpötilat voivat vaihdella melko paljon. Koordinaattimittari voi kompensoida lämpötilan vaihteluita monella eri tavalla, mutta mikään niistä ei ole täydellinen.

KMK-valmistajat määrittelevät usein tarkkuuden tietylle lämpötila-alueelle, ja KMK-tarkkuutta koskevan ISO 10360-2 -standardin mukaan tyypillinen taajuusalue on 18–22 °C. Tämä on hyvä, ellei tuotantotilasi lämpötila ole kesällä 86 °F. Silloin sinulla ei ole hyvää spesifikaatiota virheelle.

Jotkut valmistajat antavat sinulle joukon porrasaskelmia tai lämpötila-alueita, joilla on erilaiset tarkkuusvaatimukset. Mutta mitä tapahtuu, jos olet useammalla kuin yhdellä alueella saman osan osalta eri vuorokaudenaikoina tai eri viikonpäivinä?

Aletaan joutua luomaan epävarmuusbudjetti, joka ottaa huomioon pahimmat tapaukset. Jos nämä pahimmat tapaukset johtavat osien hyväksymättömiin toleransseihin, tarvitaan lisää prosessimuutoksia:

• Voit rajoittaa KMM:n käyttöä tiettyihin kellonaikoihin, jolloin lämpötilat laskevat suotuisammille alueille.
• Voit halutessasi koneistaa pienemmän toleranssin omaavia osia tai ominaisuuksia vain tiettyinä vuorokaudenaikoina.
• Paremmilla koordinaattimittauslaitteilla voi olla paremmat ominaisuudet lämpötila-alueillesi. Ne voivat olla hintansa arvoisia, vaikka ne voivat olla paljon kalliimpia.

Nämä toimenpiteet tietenkin heikentävät kykyäsi aikatauluttaa työsi tarkasti. Yhtäkkiä alat ajatella, että parempi ilmastointi tuotantotiloissa voisi olla kannattava investointi.

Näet kyllä, miten pirun hankalaksi tämä koko mittausjuttu muuttuu.

Toinen käsi kädessä kulkeva tekijä on se, miten koordinaattimittauskoneella (CMM) tarkistettavat toleranssit määritellään. Kultainen standardi on geometrinen mitoitus ja toleranssilaskenta (GD&T). Katso GD&T-johdantokurssimme saadaksesi lisätietoja.

CMM-ohjelmisto

KMK-koneissa käytetään erilaisia ​​ohjelmistoja. Standardia kutsutaan nimellä DMIS, joka on lyhenne sanoista Dimensional Measurement Interface Standard. Vaikka se ei olekaan kaikkien KMK-valmistajien pääasiallinen ohjelmistorajapinta, useimmat heistä ainakin tukevat sitä.

Valmistajat ovat luoneet omia ainutlaatuisia vaihtoehtojaan lisätäkseen mittaustehtäviä, joita DMIS ei tue.

DMIS-järjestelmä

Kuten mainittiin, DMIS on standardi, mutta CNC:n G-koodin tavoin on olemassa monia murteita, mukaan lukien:

• PC-DMIS: Hexagonin versio
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS on Nikonin graafisen hallinnan ohjelmisto.

Calypso

Calypso on Zeissin CMM-ohjelmisto.

CMM- ja CAD/CAM-ohjelmistot

Miten CMM-ohjelmistot ja -ohjelmointi liittyvät CAD/CAM-ohjelmistoihin?

CAD-tiedostomuotoja on monia erilaisia, joten tarkista, minkä kanssa CMM-ohjelmistosi on yhteensopiva. Täydellinen integrointitapa on nimeltään Model Based Definition (MBD). MBD:n avulla itse mallia voidaan käyttää CMM:n mittojen poimimiseen.

MDB on melko edistyksellinen, joten sitä ei vielä käytetä useimmissa tapauksissa.

CMM-mittapäät, kiinnikkeet ja lisävarusteet

CMM-anturit

Saatavilla on erilaisia ​​​​anturityyppejä ja -muotoja monien eri sovellusten helpottamiseksi.

CMM-valaisimet

Kiinnityslaitteet säästävät aikaa osien lastaamisessa ja purkamisessa koordinaattimittauskoneella (CMM), aivan kuten CNC-koneella. Saatavilla on jopa koordinaattimittauskoneita, joissa on automaattiset paletinlataajat läpimenon maksimoimiseksi.

CMM-koneen hinta

Uudet koordinaattimittauskoneet alkavat 20 000–30 000 dollarin hintaluokasta ja nousevat yli miljoonan dollarin hintaan.

CMM:ään liittyvät työpaikat konepajassa

CMM-päällikkö

CMM-ohjelmoija

CMM-operaattori