Конструкции деталей были довольно простыми в начале 20-го века, и мастера в цехах были гибкими в точности и требованиям к допуску размеров. В результате механические мастерские не испытывали проблем с изготовлением деталей с использованием обычных фрезерных станков и обеспечением контроля качества с помощью ручных инструментов, таких как штангенциркули, микрометры и скобы.
Но по мере того, как конструкции деталей становились все более сложными, а технологии производства становились все более продвинутыми, возникла потребность в более совершенных устройствах контроля качества, которые устраняют человеческие ошибки. Это привело к разработке первой координатно-измерительной машины (КИМ) Ферранти в 1959 году.
Координатно-измерительная машина (КИМ) является важным устройством контроля качества, используемым сегодня механическими мастерскими высшего уровня, и в этой статье мы рассмотрим основы КИМ. Мы объясним, как работает КИМ, ее применение и различные типы координатно-измерительных машин, доступных сегодня.
Координатно-измерительная машина (КИМ) представляет собой устройство контроля качества, которое измеряет высоту, ширину и глубину детали, чтобы определить, удовлетворяет ли она требованиям проектирования.
Типичная координатно-измерительная машина (КИМ) оснащена датчиком, который воспринимает положение точки в пространстве и измеряет ее из трехмерного исходного положения. Поэтому, когда вы перемещаете наконечник датчика над заготовкой, система измерения собирает точки, образуя «облако точек», которое очерчивает форму заготовки.
Эти точки измеряются и преобразуются в контур формы, обрабатывается специальным программным обеспечением для обработки координат.
Для чего используется координатно-измерительная машина?
«Облако точек», образованное координатно-измерительной машиной, позволяет подтвердить соответствие детали проектному замыслу и требованиям допусков. Механические цеха высшего уровня обычно интегрируют эти машины в свой отдел контроля качества (QC), чтобы проверить точность и прецизионность изготовленных деталей в соответствии со спецификациями своих заказчков.
Благодаря обратному проектированию механические цеха также используют КИМ для создания реплик пользовательских конструкций (или физических образцов). Во время этого процесса наладчик перемещает чувствительный датчик над физическим образцом, а КИМ выполняет ряд операций по преобразованию этого образца в 3D-чертеж САПР.
Затем наладчик использует эти модели CAD для создания реплик физических образцов с использованием производственных технологий, таких как станки с ЧПУ и 3D-принтеры. Это обратное инженерное применение КИМ пригодится при изготовлении устаревших деталей, таких как двигатели старых автомобилей или детали газовых турбин.
КИМ также обычно используют стекло или отражающую шкалу для измерения положения каждой оси в пределах диапазона движения машины. Когда считывающая головка, прикрепленная к движущемуся элементу оси, перемещается по поверхности весов, генерируется импульс, который мгновенно преобразуется в цифровое считывание. Чем точнее будут отметки на шкале, тем точнее будет разрешение этого показания.
КИМ с распределенным числовым программным управлением (DNC) должны минимизировать люфт в системе привода. Эти приводы сочетают в себе прямой привод вала с прецизионной приводной лентой. За счет исключения возвратно-поступательного вала в традиционных винтовых приводах, фрикционные приводы устраняют основной источник вибрации и работают с очень низким коэффициентом трения.
Характеристики измерительного датчика КИМ
Головки измерительного датчика устанавливаются в шток (или рычаг) КИМ. Спусковой механизм также может быть встроен в головку с иглой, установленной непосредственно на голове, или с удлинением иглы, увеличивающим досягаемость головки. Удлинители особенно распространены на небольших машинах для увеличения досягаемости щупа и увеличения максимальной измерительной рабочей зоны машины.
Измерительные датчики для станков КИМ могут использовать различные спусковые механизмы. Датчики касания, аналоговые датчики и пьезоэлектрические датчики контактируют с деталью, в то время как оптические и лазерные датчики - нет.
Головки дачика без шарнирного сочленения измеряют только прямо вниз и в основном используются для измерения механически обработанных или штампованных оттисков на плоском листовом металле. Эти головки можно использовать как с ручными машинами, так и с машинами DNC.
Тенденция к уменьшению размеров деталей и более жестким допускам требует сбора и анализа большего количества точек данных. Этой потребности удовлетворяют сканирующие датчики, которые автоматически собирают достаточно точек данных для точного определения формы детали. КИМ, совместимые со сканирующими датчиками, были непомерно дорогими на начальном этапе, но за последние несколько десятилетий технологии достаточно продвинулись, чтобы сделать КИМ с возможностью сканирования более доступными. Современные сканирующие датчики объединяют оптику, видео и лазерные технологии в устройства, которые быстро сканируют сложные формы и поверхности, с парными математическими механизмами, анализирующими данные.
Оценка точности
Точность КИМ часто указывается в виде «2,3 + L / 600». Это обозначение соответствует стандарту ISO 10360-2 и происходит от формулы E = A + L (1 ÷ K). В этом случае E - точность, считываемая по оси Y графика; A - постоянная, равная E, если длина хода равна 0; L - длина хода измерительного щупа; 1 ÷ K - постоянная и наклон прямой.
Для определения констант требуется особый процесс тестирования. Семь конфигураций (линии разной длины и ориентации) устанавливаются в пределах рабочего объема КИМ по осям X, Y и Z. Каждая конфигурация имеет пять целевых точек, и машина перемещается в каждую целевую точку три раза. Это дает 105 общих показаний. Абсолютные различия между целевыми точками и фактическими показаниями КИМ нанесены на график, где по оси X отложена длина пути между точками, а по оси Y - «погрешность индикации» или точность. Машиностроители определяют точность, проводя линию по всем 105 точкам и находя наклон K. A - это место, где эта линия пересекает ось Y.
Производители обычно представляют формулы с уже вставленными константами A и K. Таким образом, в начальном примере 2.3 + L / 600, A равно 2.3, а K равно 600.
КИМ в цехе
КИМ собирает данные быстрее, чем ручные измерительные приборы, и предлагает большую гибкость и оперативность.
Однако исторически КИМ имели недостатки, которые не позволяли использовать их в качестве устройств для контроля в цехах.
Спрос на производство с очень строгими допусками стимулировал изменения в этом отношении, переходя к интеграции КИМ в цехах. Эти измерительные станции могут быть физически присоединены к производственной линии или интегрированы через передаточное устройство (например, тележку, рельсовый транспорт или другой конвейер). Приближая контроль размеров к производственным операциям, операторы получают гораздо больший контроль над процессом. Повышенный контроль снижает количество брака и переделок за счет снижения вероятности производства деталей, выходящих за рамки допуска. Операторы станков обычно могут выполнять измерения на КИМ в цехах с помощью интуитивно понятного программного обеспечения, что устраняет необходимость в дополнительном специализированном персонале.
Типы координатно-измерительных машин
Координатно-измерительные машины обычно бывают четырех различных типов:
-
Мостовые КИМ
-
Портальные КИМ
-
Консольные КИМ
-
Горизонтальные кимы
Мостовые координатно-измерительные машины
КИМ мостового типа являются наиболее распространенным типом координатно-измерительных машин. Они, как правило, имеют очень стабильный анкер для измерительной аппаратуры и являются лучшими для измерения обрабатываемых деталей с высочайшей точностью и самыми жесткими допусками.
Тем не менее, КИМ мостового типа, как правило, ограничены измерением небольших и средних деталей, которые вы можете легко поднять на стол.
Портальные координатно-измерительные машины
Портальные КИМ очень похожи на мостовые КИМ, но немного отличаются по конструкции и возможностям.
В отличие от КИМ мостового типа, портальная координатно-измерительная машина устанавливается непосредственно на полу с мостом, поднятым на столбах. Это позволяет портальной КИМ размещать и получать доступ к обработанным деталям, имеющим большие объемы и более сложную геометрию, чем то, для чего предназначены мостовые КИМ.
Диапазон измерения портальных КИМ обычно варьируется от (1 x 2 x 1 м) до (5 x 9 x 3 м) в 3D-системе координат.
Консольные координатно-измерительные машины
Консольные КИМ поддерживаются только в одной точке, что делает их менее жесткими, чем портальные и мостовые координатно-измерительные машины. При использовании для измерения маловесных обработанных деталей их одноточечная опора позволяет им двигаться быстрее и достигать более высокой точности, чем другие КИМ.
Консольные КИМ, как правило, ограничены измерением небольших обработанных деталей, измерительных датчиков и главных деталей.
Горизонтальные координатно-измерительные машины
Горизонтальные КИМ устанавливают сканирующие датчики горизонтально, а не вертикально, как в случае с другими типами КИМ. Эта уникальная конструкция позволяет им измерять большие поверхности или обработанные детали с труднодоступными функциями.
Имейте в виду, что горизонтальные КИМ менее точны, чем другие типы КИМ. Тем не менее, они являются идеальным типом КИМ для измерения больших тонкостенных деталей из листового металла.
