三坐标测量机在现代制造车间的应用

最后更新于 2021 年 12 月 24 日，|作者：韦肯

现代工业的特点是制造元素的精度。它已经被评估为十分之一微米，并继续不断增长。实际上，制造商所说的机床精度已经提高了很多，以至于越来越难以测量制造零件的实际偏差。因此，新的控制方式和计量设备正在不断地开发和改进。三坐标测量机是用于估算零件精度的灵活、快速、精确的设备单元之一。

三坐标测量机 (CMM) 的工作原理

一台机器利用一个极其灵敏的电子探针来分析来自生产零件几何形状的一系列离散点。该测试用于计算零件是否符合特定要求。

CMM 经常用于评估其组件的一部分，以确定它是否尊重原始样品设计。这些都集成在质量测试或质量控制工作流程中，以分析制造零件的尺寸，以防止任何可能的质量问题。

三坐标测量机（CMM）的工作过程包括两件事。它通过手动测量物体的几何形状，并通过触摸在机器移动轴上上升的探头来测量物体的大小。它还确保零件确定与修正后的设计相同。它通过以下步骤操作。

要分析的零件放置在 CMM 的底座上。底座由刚性和稳定的材料制成，基本上是测量的位置。底座的这种稳定性确保了测量的准确性，而不受可能改变操作的外力的影响。所有安装在 CMM 板上方的设备都可以移动，并配备了接触式探头。三坐标测量机（CMM）在下一步控制龙门沿三维轴移动测头。通过执行此步骤，可以复制零件的每个方面以进行测量。

当探头接触到要测量的部分时，它会发出一个电脉冲，然后由计算机绘制出来。通过重复此步骤，您将通过许多部件勾勒出部件的结构。

在测量步骤之后，下一步是分析程序，在探头检测到零件的 X、Y 和 Z 坐标之后。分析获得的数据以构建特征。所有使用相机系统的三坐标测量机（CMM）的动作机制都是一样的。

三坐标测量机 (CMM) 的组件

三坐标测量机（CMM）由多个部分组成。待分析的部分被放在一块通常由花岗岩制成的实心板上，该板铺设在平坦的地面上。电子探针通常有各种尺寸和类别，安装在弹簧式触针上。此外，该手写笔是一个附加的龙门架，可在 3 维 X-Y-Z 平面坐标中搅拌。

触控笔和探头能够在没有帮助的情况下进行转向以获得多个零件特征。通过操纵杆，我们可以分别控制龙门和调查的所有动作。三坐标测量机（CMM）的组成部分包括：

• 探测
• 花岗岩桌
• 夹具
• 烘干机和空气压缩机
• 软件

探头的作用是什么？

调查是坐标测量机 (CMM) 的重要组成部分之一，因为它进行生物接触，而不是使用光学闪烁或激光。它的最大特点之一是它不依赖于由红宝石或任何其他正式且稳定的物质制成的圆形短柱，不会改变其尺寸，预计会随着温度的变化而改变。

调查和触控笔被构造为同时共同发挥作用。它们与极其敏感的电子设备有关，能够检测到调查中最轻微的电气摩擦偏差。

当球状尖端接触到固体物体时，它会被驱赶并产生一个电子指示，该指示在计算机中被理解。这些点数可以根据实体部分的规定进行分析。

利用方式？

这个点收集的主要目的是一个双重过程。特定点用于根据 CAD 客户的列表数据分析真实零件的测量值，以达到质量测试的目标。

或者，这些集体度数可用于通过创建“点云”来勾勒该部分的轮廓。当只有一个试样零件被用作 CAD 程序的基础来勾勒更多零件时，这种技术是有益的，就像 CNC 加工所做的那样。

在计算孔内的点时，坐标测量机 (CMM) 非常有用。这些区域不容易用其他光学系统评估，因为闪烁往往会指示并反弹到周围，由于干扰现象导致测量不精确。

花岗岩台

这是 CMM 机器的重要组成部分，因为它非常坚固，因此很稳定。与其他元素相比，它不受温度的影响。它的磨损率相对较低。花岗岩非常适合高精度测量，因为它不会随着时间的推移而受到影响。

夹具

夹具也是非常重要的工具，在大多数制造功能中用作稳定性和支持的代理。它们是坐标测量机 (CMM) 的工具，用于将零件固定到各自的位置。需要固定部件，因为移动部件会导致计算错误。其他可供使用的固定组件是磁铁、夹具和固定板。

干燥机和空气压缩机

空气压缩机和干燥机是三坐标测量机（CMM）的常用部件，包括龙门式三坐标测量机或标准桥架。

软件

需要软件来分析其他组件的探针和灵敏度。

不同类型的坐标测量机

桥接坐标测量机

这种类型的坐标测量机具有沿三维轴移动的探测系统。在坐标平面上，这些轴分别保持正交。

每个轴都配备有传感器，可在探针移动并检测物体表面上的点时以微米为单位监控探针的位置。这些点统称为点云。这些点说明了用户需要调查的对象的表面积。

龙门坐标测量机

龙门坐标测量机就像桥式坐标测量机；但是，它们的尺寸通常要大得多。因为它们的构建是为了消除将其分离到桌子上的需要并提供类似的精度水平。龙门坐标测量机用于非常重或巨大的零件。这些龙门坐标测量机必须直接安装在坚实的基础上。

悬臂坐标测量机

悬臂三坐标测量机与桥式三坐标测量机不同，因为测量头仅连接到三坐标测量机刚性底座的一侧，因此有所不同。悬臂三坐标测量机为所有三个侧面的检测技术人员提供开放访问，以方便使用。

CMM 在现代制造中的多用途应用

三坐标测量机是最先进的自动和手动测量的现代手段，它在行业中发现了多种可能的用途。许多不同类型的坐标测量机使该工具既可以用于大型（龙门式坐标测量机）也可以用于最小（悬臂式坐标测量机）。多种探头类型（机械、光学、激光或白光）确保您甚至可以测量探头或任何其他物体不得接触的表面。高度自动化的坐标测量机既可以由机械师手动使用，也可以通过自动化它来减少劳动力，以便在涉及大批量生产的情况下进行重复操作。

如何使用 CMM 机器将取决于您想要实现的目标。其灵活性和精度水平为制造商提供了很多机会。您可以在加工后使用 CMM 或测量现有零件以重新设计它们，也可以将其用作自动化制造链的一部分。这里有很多选项，其中一些列在以下段落中。

使用 CMM 之前必须做的事情

CMM 机器是进行测量的最精确的仪器。他们可以估计小于微米的零件中的故障。然而，为了使它们尽可能精确，机械师必须彻底准备设备以进行测量。准备程度取决于被测零件的精度。如果我们谈论精度最高的零件（公差为 IT6 或更小的零件），您将必须准备 CMM 和要进行测量的区域。它必须具有特定百分比的湿度和最佳温度，并且必须非常干净，因为在这种精度下，即使是微小的灰尘也会影响操作的结果。

三坐标测量机本身通常使用极其精确的金属球进行校准。它的尺寸和形状偏差是众所周知的。花岗岩工作台上球体的位置也是众所周知的（通常在工作台的中心有一个特殊的固定装置）。探头必须在多个点接触球体并确定球体的直径和形状偏差。然后根据它们的偏差调整测量值，并再次测量球体以确保保存正确的设置。

用于线性表面测量的 CMM

最简单的测量包括线性或圆柱表面的公差。在大多数情况下，这些是由机械师在完成加工后立即使用简单的千分尺或量规测量的。那么，如果一个更简单的工具可以成功地用于这种工作，那么使用 CM 有什么意义呢？

这个问题的答案是所有流程的自动化。包括未来工业 4.0 在内的所有现代工业概念都包括高度的制造过程自动化，即使是额外的运动和任务也无需机械师即可完成。这种任务的一个很好的例子是质量控制。您可以对 CMM 进行编程，以对批次中的任意数量的零件执行相同的操作。但是，您将需要一个自动化夹具和一个额外的机器人来在控制之前和之后装载和卸载零件。

用于复杂表面测量的 CMM

三坐标测量机的主要目的是测量复杂的表面。这就是为什么当它们用于涡轮叶片、飞机机翼、泵叶轮和其他具有不寻常表面的部件等部件时，三坐标测量机可以发挥其全部潜力。如果您正在制造大量相同的零件并且它们非常精确以至于您必须检查每一个零件，那么这些工作的自动化也是可能的。但是，在大多数情况下，此类零件是由机械师手动测量的。

为了测量复杂的表面，机械师将使用遥控器手动沿三个轴移动探头，直到探头接触到机械师需要的部分。然后，在进行大量测量后，对点进行分析，并将零件的轮廓连接为样条。然后，将测量结果与零件的 3D 模型（包括可接受的偏差）或显示所需尺寸的其他一些数据进行比较。

关系和形式偏差的 CMM

大多数高质量零件的特征不仅在于它们的尺寸误差，而且还在于它们的表面形状的精度和它们之间的相对位置。这些偏差对于旋转部件以减少振动和确保运动的平稳性尤其重要。针对此类偏差的 CMM 测量与复杂表面的测量没有太大区别。所有的形式和关系偏差都有一个与之比较的基面。因此，为了达到精度要求，您必须将零件夹在基面上并测量所需的零件。如果我们在谈论两个表面之间的关系，只需设计夹具以夹紧第一个表面并测量第二个表面。

表面光洁度的 CMM 测量

轮廓仪是用于表面光洁度测量的最广泛使用的仪器。然而，CMM 机器也可以测量零件的表面光洁度，因为它们具有出色的精度。但是，您必须将探头更换为特殊的针头。然后，针将沿着表面移动，并确定形成表面光洁度的任何类型的微观不平整度。

威肯如何为您提供帮助

在 WayKen，我们运行的质量体系已通过 ISO 9001:2015 标准认证。如果您想获得尺寸和形状更精确的加工零件，请随时与我们联系，讨论您的零件测量要求。要了解更多信息，您可以在此处上传 CAD 文件并索取报价。