Notícies - Guia completa de màquines CMM i mesurament

Què és una màquina CMM?

Imagineu-vos una màquina d'estil CNC capaç de fer mesures extremadament precises de manera altament automatitzada. Això és el que fan les màquines CMM!

CMM significa "Màquina de Mesura per Coordenades". Són potser els dispositius de mesura 3D definitius pel que fa a la seva combinació de flexibilitat general, precisió i velocitat.

Aplicacions de les màquines de mesura de coordenades

Les màquines de mesura de coordenades són valuoses sempre que calgui fer mesures precises. I com més complexes o nombroses siguin les mesures, més avantatjós és utilitzar una CMM.

Normalment, les CMM s'utilitzen per a la inspecció i el control de qualitat. És a dir, s'utilitzen per verificar que la peça compleix els requisits i les especificacions del dissenyador.

També es poden utilitzar per aenginyeria inversapeces existents fent mesures precises de les seves característiques.

Qui va inventar les màquines CMM?

Les primeres màquines CMM van ser desenvolupades per Ferranti Company d'Escòcia a la dècada del 1950. Eren necessàries per al mesurament de precisió de peces en les indústries aeroespacial i de defensa. Les primeres màquines només tenien 2 eixos de moviment. Les màquines de 3 eixos van ser introduïdes a la dècada del 1960 per DEA d'Itàlia. El control per ordinador va arribar a principis de la dècada del 1970 i va ser introduït per Sheffield dels EUA.

Tipus de màquines CMM

Hi ha cinc tipus de màquines de mesurar per coordenades:

CMM tipus pont: En aquest disseny, el més comú, el capçal de la CMM es desplaça sobre un pont. Un costat del pont es desplaça sobre un rail a la llitera i l'altre es recolza sobre un coixí d'aire o un altre mètode a la llitera sense un rail guia.
CMM en voladís: El voladís suporta el pont només per un costat.
CMM de pòrtic: El pòrtic utilitza un carril guia a banda i banda, com una fresadora CNC. Normalment són les CMM més grans, per la qual cosa necessiten suport addicional.
CMM de braç horitzontal: Imagineu-vos una voladís, però amb tot el pont movent-se amunt i avall del braç en lloc de sobre el seu propi eix. Aquestes són les CMM menys precises, però poden mesurar components grans i prims com ara carrosseries d'automòbils.
Màquines de mesura de massa (CMM) de tipus braç portàtil: aquestes màquines utilitzen braços articulats i normalment es posicionen manualment. En lloc de mesurar XYZ directament, calculen les coordenades a partir de la posició rotativa de cada articulació i la longitud coneguda entre les articulacions.

Cadascun té avantatges i desavantatges segons els tipus de mesures que s'han de fer. Aquests tipus fan referència a l'estructura de la màquina que s'utilitza per posicionar-lasondarespecte a la peça que es mesura.

Aquí teniu una taula pràctica per ajudar-vos a entendre els avantatges i els inconvenients:

Tipus de CMM	Precisió	Flexibilitat	Millor utilitzat per mesurar
Pont	Alt	Mitjà	Components de mida mitjana que requereixen una alta precisió
Voladís	El més alt	Baix	Components més petits que requereixen una precisió molt alta
Braç horitzontal	Baix	Alt	Components grans que requereixen poca precisió
Gantry	Alt	Mitjà	Components grans que requereixen una alta precisió
Tipus de braç portàtil	El més baix	El més alt	Quan la portabilitat és absolutament el criteri més important.

Les sondes normalment es posicionen en 3 dimensions: X, Y i Z. Tanmateix, màquines més sofisticades també poden permetre canviar l'angle de les sondes, cosa que permet mesurar en llocs on la sonda no podria arribar d'altra manera. Les taules giratòries també es poden utilitzar per millorar l'accessibilitat de diverses característiques.

Les CMM sovint estan fetes de granit i alumini, i utilitzen coixinets d'aire.

La sonda és el sensor que determina on es troba la superfície de la peça quan es fa una mesura.

Els tipus de sondes inclouen:

Mecànic
Òptica
Làser
Llum blanca

Les màquines de mesura de coordenades s'utilitzen aproximadament de tres maneres generals:

Departaments de control de qualitat: normalment es mantenen en sales blanques amb clima controlat per maximitzar la seva precisió.
Planta de producció: Aquí les CMM es troben entre les màquines CNC per facilitar la realització d'inspeccions com a part d'una cel·la de fabricació amb un desplaçament mínim entre la CMM i la màquina on es mecanitzen les peces. Això permet fer mesures abans i potencialment més sovint, cosa que genera estalvis, ja que els errors s'identifiquen abans.
Portàtils: Les CMM portàtils són fàcils de moure. Es poden utilitzar a la planta de producció o fins i tot portar-les a un lloc allunyat de la planta de fabricació per mesurar peces sobre el terreny.

Quina precisió tenen les màquines CMM (precisió CMM)?

La precisió de les màquines de mesura per coordenades varia. Generalment, busquen una precisió micromètrica o superior. Però no és tan fàcil. D'una banda, l'error pot ser una funció de la mida, de manera que l'error de mesura d'una CMM es pot especificar com una fórmula curta que inclou la longitud de la mesura com a variable.

Per exemple, la CMM Global Classic d'Hexagon està catalogada com una CMM polivalent assequible i especifica la seva precisió com:

1,0 + L/300 µm

Aquestes mesures són en micres i L s'especifica en mm. Per tant, suposem que intentem mesurar la longitud d'una peça de 10 mm. La fórmula seria 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 o 1,03 micres.

Una micra és una mil·lèsima part d'un mm, que són aproximadament 0,00003937 polzades. Per tant, l'error en mesurar la nostra longitud de 10 mm és de 0,00103 mm o 0,00004055 polzades. Això és menys de la meitat d'una dècima part, un error força petit!

D'altra banda, s'hauria de tenir una precisió 10 vegades superior a la que intentem mesurar. Això vol dir que si només poguéssim confiar en aquesta mesura fins a 10 vegades aquest valor, o 0,00005 polzades. Encara és un error força petit.

Les coses es tornen encara més tèrboles per als mesuraments de CMM a la planta de producció. Si la CMM està allotjada en un laboratori d'inspecció amb temperatura controlada, ajuda molt. Però a la planta de producció, les temperatures poden variar força. Hi ha diverses maneres en què una CMM pot compensar la variació de temperatura, però cap és perfecta.

Els fabricants de CMM sovint especifiquen la precisió per a una banda de temperatura i, segons la norma ISO 10360-2 per a la precisió de CMM, una banda típica és de 18 a 22 °C (64-72 °F). Això és fantàstic, tret que la temperatura al taller sigui de 86 °F a l'estiu. Aleshores no teniu una bona especificació per a l'error.

Alguns fabricants us proporcionaran un conjunt d'escales o bandes de temperatura amb diferents especificacions de precisió. Però què passa si esteu en més d'un rang per a la mateixa sèrie de peces a diferents hores del dia o diferents dies de la setmana?

Comença a haver de crear un pressupost d'incertesa que permeti els pitjors casos. Si aquests pitjors casos resulten en toleràncies inacceptables per a les peces, calen més canvis en el procés:

Podeu limitar l'ús del CMM a certes hores del dia quan les temperatures caiguin en rangs més favorables.
Podeu optar per mecanitzar només peces o elements de tolerància inferior en moments concrets del dia.
Les millors CMM poden tenir millors especificacions per als vostres rangs de temperatura. Potser valen la pena, tot i que poden ser molt més cares.

Per descomptat, aquestes mesures causaran estralls en la vostra capacitat per programar amb precisió les vostres feines. De sobte, penseu que un millor control climàtic a la planta de producció podria ser una inversió que val la pena.

Podeu veure com tot això de les mesures es torna força complicat.

L'altre ingredient que va de la mà és com s'especifiquen les toleràncies que ha de comprovar la CMM. L'estàndard d'or és el Dimensionament i Tolerança Geomètrica (GD&T). Consulteu el nostre curs introductori sobre GD&T per obtenir més informació.

Programari CMM

Les CMM executen diversos tipus de programari. L'estàndard s'anomena DMIS, que significa Dimensional Measurement Interface Standard (EStàndard d'Interfície de Mesura Dimensional). Tot i que no és la interfície de programari principal per a tots els fabricants de CMM, la majoria com a mínim la suporten.

Els fabricants han creat els seus propis sabors únics per tal d'afegir tasques de mesurament que no són compatibles amb DMIS.

DMIS

Com s'ha esmentat, DMIS és l'estàndard, però igual que el codi G de CNC, hi ha molts dialectes, com ara:

PC-DMIS: Versió d'Hexagon
OpenDMIS
TouchDMIS: Perceptró

MCOSMOS

MCOSTMOS és el programari CMM de Nikon.

Calypso

Calypso és un programari CMM de Zeiss.

Programari CMM i CAD/CAM

Com es relaciona el programari i la programació CMM amb el programari CAD/CAM?

Hi ha molts formats de fitxer CAD diferents, així que comproveu amb quins és compatible el vostre programari CMM. La integració definitiva s'anomena Definició basada en models (MBD). Amb MBD, el model en si es pot utilitzar per extreure dimensions per a la CMM.

MDB és força innovador, per la qual cosa encara no s'utilitza en la majoria dels casos.

Sondes, fixacions i accessoris CMM

Sondes CMM

Hi ha disponibles una varietat de tipus i formes de sondes per facilitar moltes aplicacions diferents.

Fixacions CMM

Els accessoris permeten estalviar temps a l'hora de carregar i descarregar peces en una CMM, igual que en una màquina CNC. Fins i tot podeu obtenir CMM que tinguin carregadors automàtics de palets per maximitzar el rendiment.