Novità - Guida completa alla macchina CMM e alla misurazione

Cos'è una macchina CMM?

Immagina una macchina in stile CNC in grado di effettuare misurazioni estremamente precise in modo altamente automatizzato.Questo è ciò che fanno le macchine CMM!

CMM sta per “Macchina di misura a coordinate”.Sono forse i dispositivi di misurazione 3D più innovativi in termini di combinazione di flessibilità complessiva, precisione e velocità.

Applicazioni delle macchine di misura a coordinate

Le macchine di misura a coordinate sono preziose ogni volta che è necessario effettuare misurazioni accurate.E più le misurazioni sono complesse o numerose, più è vantaggioso utilizzare una CMM.

Solitamente le CMM vengono utilizzate per l'ispezione e il controllo qualità.Vengono cioè utilizzati per verificare che la parte soddisfi i requisiti e le specifiche del progettista.

Potrebbero anche essere abituatiingegneria inversaparti esistenti effettuando misurazioni accurate delle loro caratteristiche.

Chi ha inventato le macchine CMM?

Le prime macchine CMM furono sviluppate dalla Ferranti Company of Scotland negli anni '50.Erano necessari per la misurazione di precisione di componenti nei settori aerospaziale e della difesa.Le primissime macchine avevano solo 2 assi di movimento.Le macchine a 3 assi furono introdotte negli anni '60 dalla DEA italiana.Il controllo computerizzato arrivò all'inizio degli anni '70 e fu introdotto da Sheffield negli Stati Uniti.

Tipi di macchine CMM

Esistono cinque tipi di macchine di misura a coordinate:

CMM a ponte: in questo modello, il più comune, la testa della CMM scorre su un ponte.Un lato del ponte scorre su un binario sul letto e l'altro è supportato su un cuscino d'aria o altro metodo sul letto senza binario di guida.
CMM a sbalzo: il cantilever sostiene il ponte su un solo lato.
CMM a portale: il portale utilizza un binario di guida su entrambi i lati, come un router CNC.Queste sono in genere le CMM più grandi, quindi necessitano di supporto aggiuntivo.
CMM a braccio orizzontale: immagina un cantilever, ma con l'intero ponte che si muove su e giù sul singolo braccio anziché sul proprio asse.Queste sono le CMM meno precise, ma possono misurare componenti di grandi dimensioni e sottili, come le carrozzerie delle automobili.
CMM a braccio portatile: queste macchine utilizzano bracci snodati e sono generalmente posizionate manualmente.Invece di misurare direttamente XYZ, calcolano le coordinate dalla posizione rotatoria di ciascun giunto e dalla lunghezza nota tra i giunti.

Ognuno presenta vantaggi e svantaggi a seconda del tipo di misurazioni da effettuare.Queste tipologie si riferiscono alla struttura della macchina che serve per posizionarlasondarispetto alla parte da misurare.

Ecco una tabella utile per comprendere i pro e i contro:

Tipo di macchina di misura	Precisione	Flessibilità	Ideale per misurare
Ponte	Alto	medio	Componenti di medie dimensioni che richiedono elevata precisione
A sbalzo	Più alto	Basso	Componenti più piccoli che richiedono una precisione molto elevata
Braccio orizzontale	Basso	Alto	Componenti di grandi dimensioni che richiedono bassa precisione
Portale	Alto	medio	Componenti di grandi dimensioni che richiedono elevata precisione
Tipo a braccio portatile	Il più basso	Più alto	Quando la portabilità è assolutamente il criterio più importante.

Le sonde sono normalmente posizionate in 3 dimensioni: X, Y e Z. Tuttavia, macchine più sofisticate possono anche consentire di modificare l'angolo delle sonde consentendo la misurazione in punti che la sonda non sarebbe altrimenti in grado di raggiungere.Le tavole rotanti possono anche essere utilizzate per migliorare la capacità di approccio di varie caratteristiche.

Le CMM sono spesso realizzate in granito e alluminio e utilizzano cuscinetti ad aria

La sonda è il sensore che determina dove si trova la superficie del pezzo quando viene effettuata una misurazione.

I tipi di sonda includono:

Meccanico
Ottico
Laser
Luce bianca

Le macchine di misura a coordinate vengono utilizzate grosso modo in tre modi generali:

Reparti di controllo qualità: qui vengono generalmente tenuti in camere bianche climatizzate per massimizzarne la precisione.
Officina: qui le CMM sono tra le macchine CNC per facilitare l'esecuzione di ispezioni come parte di una cella di produzione con una corsa minima tra la CMM e la macchina in cui vengono lavorate le parti.Ciò consente di effettuare misurazioni prima e potenzialmente più spesso, il che porta a risparmi poiché gli errori vengono identificati prima.
Portatile: le CMM portatili sono facili da spostare.Possono essere utilizzati in officina o addirittura portati in un sito lontano dallo stabilimento di produzione per misurare le parti sul campo.

Quanto sono precise le macchine CMM (precisione CMM)?

La precisione delle macchine di misura a coordinate varia.Generalmente, mirano alla precisione micrometrica o migliore.Ma non è così facile.Per prima cosa, l'errore può essere una funzione della dimensione, quindi l'errore di misurazione di una CMM può essere specificato come una breve formula che include la lunghezza della misurazione come variabile.

Ad esempio, la CMM Global Classic di Hexagon è elencata come una CMM multiuso economica e specifica la sua precisione come:

1,0 + L/300um

Tali misure sono in micron e L è specificata in mm.Quindi diciamo che stiamo cercando di misurare la lunghezza di un elemento di 10 mm.La formula sarebbe 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 o 1,03 micron.

Un micron è un millesimo di mm, ovvero circa 0,00003937 pollici.Quindi l'errore quando si misura la nostra lunghezza di 10 mm è 0,00103 mm o 0,00004055 pollici.È meno di mezzo decimo: un errore piuttosto piccolo!

D'altra parte, si dovrebbe avere una precisione 10 volte superiore a quella che stiamo cercando di misurare.Ciò significa che possiamo fidarci di questa misurazione solo fino a 10 volte quel valore, o 0,00005 pollici.Ancora un errore piuttosto piccolo.

Le cose si fanno ancora più oscure per le misurazioni CMM in officina.Se la CMM è ospitata in un laboratorio di ispezione a temperatura controllata, è di grande aiuto.Ma in officina le temperature possono variare parecchio.Esistono vari modi in cui una CMM può compensare la variazione di temperatura, ma nessuno è perfetto.

I produttori di CMM spesso specificano la precisione per una banda di temperatura e, secondo lo standard ISO 10360-2 per la precisione delle CMM, una banda tipica è 64-72F (18-22C).È fantastico a meno che il tuo negozio non sia 86F in estate.Allora non hai una buona specifica per l'errore.

Alcuni produttori ti forniranno una serie di gradini o fasce di temperatura con specifiche di precisione diverse.Ma cosa succede se ti trovi in più di un intervallo per la stessa serie di parti in momenti diversi della giornata o in giorni diversi della settimana?

Si inizia a dover creare un budget di incertezza che tenga conto dei casi peggiori.Se questi casi peggiori comportano tolleranze inaccettabili per le vostre parti, sono necessarie ulteriori modifiche al processo:

È possibile limitare l'uso della CMM a determinate ore del giorno in cui le temperature scendono in intervalli più favorevoli.
È possibile scegliere di lavorare solo parti o caratteristiche con tolleranza inferiore in particolari orari della giornata.
CMM migliori potrebbero avere specifiche migliori per i tuoi intervalli di temperatura.Potrebbero valerne la pena anche se possono essere molto più costosi.

Naturalmente queste misure danneggeranno la tua capacità di pianificare con precisione i tuoi lavori.All'improvviso pensi che un migliore controllo del clima in officina potrebbe essere un investimento utile.

Puoi vedere come tutta questa faccenda della misurazione diventa dannatamente complicata.

L'altro ingrediente che va di pari passo è il modo in cui vengono specificate le tolleranze che devono essere controllate dalla CMM.Il gold standard è il dimensionamento e la tolleranza geometrica (GD&T).Dai un'occhiata al nostro corso introduttivo su GD&T per saperne di più.

Software CMM

CMM esegue vari tipi di software.Lo standard si chiama DMIS, che sta per Dimensional Measurement Interface Standard.Sebbene non sia l'interfaccia software principale per tutti i produttori di CMM, la maggior parte di essi almeno la supporta.

I produttori hanno creato versioni uniche per aggiungere attività di misurazione non supportate da DMIS.

DMIS

Come accennato, DMIS è lo standard, ma come il codice g del CNC, esistono molti dialetti tra cui:

PC-DMIS: versione di Hexagon
OpenDMIS
TouchDMIS: Percettrone

MCOSMOS

MCOSTMOS è il software CMM di Nikon.

Calipso

Calypso è un software CMM di Zeiss.

Software CMM e CAD/CAM

In che modo il software e la programmazione CMM sono correlati al software CAD/CAM?

Esistono molti formati di file CAD diversi, quindi controlla con quali è compatibile il tuo software CMM.L'integrazione definitiva è denominata Model Based Definition (MBD).Con MBD, il modello stesso può essere utilizzato per estrarre le dimensioni per la CMM.

MDB è piuttosto all'avanguardia, quindi non è ancora utilizzato nella maggior parte dei casi.

Sonde, dispositivi e accessori CMM

Sonde CMM

È disponibile una varietà di tipi e forme di sonde per facilitare molte applicazioni diverse.

Attrezzature CMM

Tutti i dispositivi consentono di risparmiare tempo durante il caricamento e lo scaricamento dei pezzi su una CMM, proprio come su una macchina CNC.Puoi anche acquistare macchine di misura dotate di caricatori di pallet automatici per massimizzare la produttività.