Hướng dẫn đầy đủ về máy CMM và đo lường

Máy CMM là gì?

Hãy tưởng tượng một cỗ máy kiểu CNC có khả năng thực hiện các phép đo cực kỳ chính xác theo cách tự động hóa cao. Đó chính là những gì máy CMM làm được!

CMM là viết tắt của “Máy đo tọa độ”. Chúng có lẽ là thiết bị đo 3D tối ưu nhất xét về sự kết hợp giữa tính linh hoạt, độ chính xác và tốc độ tổng thể.

Ứng dụng của máy đo tọa độ

Máy đo tọa độ rất hữu ích khi cần thực hiện các phép đo chính xác. Và phép đo càng phức tạp hoặc số lượng càng nhiều thì việc sử dụng CMM càng có lợi.

CMM thường được sử dụng để kiểm tra và kiểm soát chất lượng. Nghĩa là, chúng được sử dụng để xác minh xem chi tiết có đáp ứng các yêu cầu và thông số kỹ thuật của nhà thiết kế hay không.

Chúng cũng có thể được sử dụng đểkỹ sư đảo ngượccác bộ phận hiện có bằng cách đo chính xác các tính năng của chúng.

Ai là người phát minh ra máy CMM?

Những chiếc máy CMM đầu tiên được phát triển bởi Công ty Ferranti của Scotland vào những năm 1950. Chúng được sử dụng để đo lường chính xác các chi tiết trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng. Những chiếc máy đầu tiên chỉ có 2 trục chuyển động. Máy 3 trục được DEA của Ý giới thiệu vào những năm 1960. Điều khiển bằng máy tính xuất hiện vào đầu những năm 1970 và được Sheffield của Hoa Kỳ giới thiệu.

Các loại máy CMM

Có năm loại máy đo tọa độ:

• CMM kiểu cầu: Trong thiết kế này, phổ biến nhất, đầu CMM được đặt trên một cầu. Một bên của cầu được đặt trên một thanh ray trên bệ máy, và bên còn lại được đỡ bằng đệm khí hoặc phương pháp khác trên bệ máy mà không cần thanh dẫn hướng.
• CMM dạng dầm đỡ: Dạng dầm đỡ này chỉ hỗ trợ cầu ở một bên.
• CMM Gantry: Gantry sử dụng ray dẫn hướng ở cả hai bên, giống như máy phay CNC. Đây thường là những máy CMM lớn nhất, vì vậy chúng cần thêm giá đỡ.
• CMM tay ngang: Hãy tưởng tượng một máy đo dạng cantilever, nhưng toàn bộ cầu di chuyển lên xuống trên một tay ngang thay vì trên trục riêng của nó. Đây là loại CMM kém chính xác nhất, nhưng chúng có thể đo các chi tiết lớn và mỏng như thân xe ô tô.
• CMM loại tay cầm di động: Các máy này sử dụng tay cầm có khớp nối và thường được định vị thủ công. Thay vì đo trực tiếp theo trục XYZ, chúng tính toán tọa độ từ vị trí quay của mỗi khớp và chiều dài đã biết giữa các khớp.

Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm tùy thuộc vào loại phép đo cần thực hiện. Các loại này đề cập đến cấu trúc của máy được sử dụng để định vị.thăm dòso với phần được đo.

Dưới đây là bảng hữu ích giúp bạn hiểu rõ ưu và nhược điểm:

Đầu dò thường được đặt theo 3 chiều X, Y và Z. Tuy nhiên, các máy móc hiện đại hơn cũng có thể cho phép thay đổi góc đầu dò, cho phép đo ở những vị trí mà đầu dò thông thường không thể tiếp cận được. Bàn xoay cũng có thể được sử dụng để cải thiện khả năng tiếp cận các đặc điểm khác nhau.

CMM thường được làm bằng đá granit và nhôm và chúng sử dụng ổ trục khí nén

Đầu dò là cảm biến xác định vị trí bề mặt của bộ phận khi thực hiện phép đo.

Các loại đầu dò bao gồm:

• Cơ khí
• Quang học
• Tia laser
• Ánh sáng trắng

Máy đo tọa độ được sử dụng theo ba cách chung:

• Phòng kiểm soát chất lượng: Chúng thường được đặt trong phòng sạch có kiểm soát nhiệt độ để tối đa hóa độ chính xác.
• Xưởng sản xuất: Tại đây, máy CMM được đặt giữa các máy CNC để dễ dàng thực hiện kiểm tra trong một phân xưởng sản xuất với khoảng cách di chuyển tối thiểu giữa máy CMM và máy gia công. Điều này cho phép thực hiện các phép đo sớm hơn và có thể thường xuyên hơn, giúp tiết kiệm chi phí vì lỗi được phát hiện sớm hơn.
• Di động: Máy đo tọa độ di động dễ dàng di chuyển. Chúng có thể được sử dụng tại xưởng sản xuất hoặc thậm chí mang đến những địa điểm xa nhà máy sản xuất để đo đạc tại hiện trường.

Máy CMM có độ chính xác như thế nào (Độ chính xác CMM)?

Độ chính xác của máy đo tọa độ rất khác nhau. Nhìn chung, chúng hướng đến độ chính xác micromet hoặc cao hơn. Nhưng điều đó không dễ dàng. Thứ nhất, sai số có thể phụ thuộc vào kích thước, do đó sai số đo của máy CMM có thể được xác định bằng một công thức rút gọn, trong đó độ dài phép đo là một biến số.

Ví dụ, Global Classic CMM của Hexagon được liệt kê là CMM đa năng giá cả phải chăng và có thông số độ chính xác như sau:

1,0 + L/300um

Các phép đo này được tính bằng micron và L được chỉ định bằng mm. Giả sử chúng ta đang cố gắng đo chiều dài của một chi tiết có kích thước 10 mm. Công thức sẽ là 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 hoặc 1,03 micron.

Một micron bằng một phần nghìn của mm, tương đương khoảng 0,00003937 inch. Vậy nên sai số khi đo chiều dài 10mm của chúng ta là 0,00103 mm hoặc 0,00004055 inch. Con số này nhỏ hơn nửa phần mười - một sai số khá nhỏ!

Mặt khác, độ chính xác phải gấp 10 lần giá trị chúng ta đang cố đo. Điều đó có nghĩa là nếu chúng ta chỉ tin tưởng phép đo này gấp 10 lần giá trị đó, tức là 0,00005 inch. Vẫn là một sai số khá nhỏ.

Mọi thứ thậm chí còn khó khăn hơn đối với các phép đo CMM tại xưởng sản xuất. Nếu CMM được đặt trong phòng thí nghiệm kiểm tra có kiểm soát nhiệt độ, điều này sẽ giúp ích rất nhiều. Nhưng tại Xưởng sản xuất, nhiệt độ có thể thay đổi khá nhiều. Có nhiều cách để CMM bù trừ sự thay đổi nhiệt độ, nhưng không có cách nào là hoàn hảo.

Các nhà sản xuất CMM thường chỉ định độ chính xác cho một dải nhiệt độ, và theo tiêu chuẩn ISO 10360-2 về độ chính xác của CMM, dải nhiệt độ điển hình là 64-72°F (18-22°C). Điều này rất tốt, trừ khi nhiệt độ xưởng của bạn là 86°F vào mùa hè. Khi đó, bạn không có thông số kỹ thuật phù hợp cho lỗi này.

Một số nhà sản xuất sẽ cung cấp cho bạn một bộ thang đo hoặc dải nhiệt độ với các thông số kỹ thuật chính xác khác nhau. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn sử dụng nhiều hơn một dải đo cho cùng một lô sản phẩm vào các thời điểm khác nhau trong ngày hoặc các ngày khác nhau trong tuần?

Người ta bắt đầu phải lập một ngân sách dự phòng cho những trường hợp xấu nhất. Nếu những trường hợp xấu nhất đó dẫn đến sai số không thể chấp nhận được cho các bộ phận của bạn, cần phải thay đổi quy trình thêm:

• Bạn có thể giới hạn việc sử dụng CMM vào một số thời điểm nhất định trong ngày khi nhiệt độ rơi vào phạm vi thuận lợi hơn.
• Bạn có thể chọn chỉ gia công các bộ phận hoặc tính năng có dung sai thấp hơn vào những thời điểm cụ thể trong ngày.
• Máy đo CMM tốt hơn có thể có thông số kỹ thuật tốt hơn cho dải nhiệt độ của bạn. Chúng có thể đáng giá mặc dù có thể đắt hơn nhiều.

Tất nhiên, những biện pháp này sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng lên lịch công việc chính xác của bạn. Đột nhiên, bạn nghĩ rằng việc kiểm soát khí hậu tốt hơn tại Xưởng có thể là một khoản đầu tư xứng đáng.

Bạn có thể thấy toàn bộ quá trình đo lường này khá phức tạp.

Một yếu tố khác đi kèm với nó là cách xác định dung sai cần kiểm tra bằng CMM. Tiêu chuẩn vàng là Định lượng và Dung sai Hình học (GD&T). Hãy xem khóa học giới thiệu về GD&T của chúng tôi để tìm hiểu thêm.

Phần mềm CMM

CMM chạy nhiều loại phần mềm khác nhau. Tiêu chuẩn này được gọi là DMIS, viết tắt của Dimensional Measurement Interface Standard (Tiêu chuẩn Giao diện Đo lường Kích thước). Mặc dù đây không phải là giao diện phần mềm chính của mọi nhà sản xuất CMM, nhưng hầu hết đều hỗ trợ ít nhất là DMIS.

Các nhà sản xuất đã tạo ra những hương vị độc đáo của riêng mình để bổ sung các tác vụ đo lường không được DMIS hỗ trợ.

Hệ thống thông tin quản lý (DMIS)

Như đã đề cập, DMIS là tiêu chuẩn, nhưng giống như mã g của CNC, có nhiều phương ngữ bao gồm:

• PC-DMIS: Phiên bản Hexagon
• OpenDMIS
• TouchDMIS: Perceptron

MCOSMOS

MCOSTMOS là phần mềm CMM của Nikon.

Calypso

Calypso là phần mềm CMM của Zeiss.

Phần mềm CMM và CAD/CAM

Phần mềm CMM và lập trình liên quan như thế nào đến phần mềm CAD/CAM?

Có nhiều định dạng tệp CAD khác nhau, vì vậy hãy kiểm tra xem phần mềm CMM của bạn tương thích với định dạng nào. Tích hợp tối ưu được gọi là Định nghĩa Dựa trên Mô hình (MBD). Với MBD, bản thân mô hình có thể được sử dụng để trích xuất kích thước cho CMM.

MDB là công nghệ tiên tiến nhất nên vẫn chưa được sử dụng trong phần lớn các trường hợp.

Đầu dò CMM, thiết bị cố định và phụ kiện

Đầu dò CMM

Có nhiều loại đầu dò và hình dạng khác nhau để phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Đồ đạc CMM

Thiết bị gá lắp giúp tiết kiệm thời gian khi xếp dỡ chi tiết trên máy CMM, giống như trên máy CNC. Bạn thậm chí có thể mua máy CMM có bộ nạp pallet tự động để tối đa hóa năng suất.

Giá máy CMM

Máy đo tọa độ mới có giá khởi điểm từ 20.000 đến 30.000 đô la và có thể lên tới hơn 1 triệu đô la.

Các công việc liên quan đến CMM trong xưởng cơ khí

Quản lý CMM

Lập trình viên CMM

Người vận hành CMM