完整的 CMM 機器和測量指南

什麼是 CMM 機器？

想像一下，一台 CNC 式機器能夠以高度自動化的方式進行極為精確的測量。這就是坐標測量機 (CMM) 的魅力所在！

CMM 代表「座標測量機」。就其整體靈活性、準確性和速度的結合而言，它們可能是終極的 3D 測量設備。

座標測量機的應用

每當需要進行精確測量時，坐標測量機都至關重要。測量專案越複雜或數量越多，使用座標測量機 (CMM) 的優勢就越大。

通常，坐標測量機 (CMM) 用於檢查和品質控制。也就是說，它們用於驗證零件是否符合設計師的要求和規格。

它們還可用於逆向工程透過對現有零件的特徵進行精確測量。

誰發明了 CMM 機器？

第一台坐標測量機（CMM）由蘇格蘭的費蘭蒂公司於1950年代開發。它們用於航空航天和國防工業零件的精密測量。最初的機器只有兩個運動軸。 1960年代，義大利的DEA公司推出了三軸機器。電腦控制技術出現於1970年代初，由美國的謝菲爾德公司引進。

CMM 機器的類型

座標測量機有五種類型：

• 橋式座標測量機：這種設計最常見，坐標測量機測頭安裝在橋式測量機上。橋式測量機的一側安裝在床身上的導軌上，另一側則透過氣墊或其他方式支撐在床身上，無需導軌。
• 懸臂式座標測量機：懸臂僅在一側支撐橋樑。
• 龍門座標測量機 (CMM)：龍門座標測量機的兩側都使用導軌，類似於數控銑床。這類測量機通常是最大的座標測量機，因此需要額外的支撐。
• 橫臂式座標測量機 (Horizontal Arm CMM)：類似懸臂式測量機，但整個橋架沿著單臂上下移動，而不是繞著自身軸線移動。這類測量機的精度最低，但可以測量大型薄壁部件，例如汽車車身。
• 手提式臂式座標測量機 (CMM)：這類機器使用關節臂，通常手動定位。它們不是直接測量 XYZ 軸，而是根據每個關節的旋轉位置和關節之間的已知長度來計算座標。

根據要進行的測量類型，每種測量方法都有其優缺點。這些類型指的是用於定位其的機器結構。探測相對於被測量的部分。

以下是一個方便的表格，可幫助您了解其優缺點：

探頭通常位於三維空間—X、Y 和 Z。然而，更先進的機器也可以改變探頭的角度，從而測量探頭原本無法到達的位置。旋轉工作台也可用於提高各種特徵的可近性。

CMM 通常由花崗岩和鋁製成，並使用空氣軸承

探頭是一種感測器，用於在測量時確定零件表面的位置。

探針類型包括：

• 機械的
• 光學的
• 雷射
• 白光

坐標測量機的使用方法大致有三種：

• 品質控制部門：這些產品通常存放在氣候可控的無塵室中，以最大限度地提高其精度。
• 車間：座標測量機 (CMM) 位於數控工具機之間，方便作為生產單元的一部分進行檢測，並最大程度縮短座標測量機與加工零件的工具機之間的距離。這樣可以更早、更頻繁地進行測量，更快發現錯誤，從而節省成本。
• 便攜式：便攜式坐標測量機易於移動。它們可以在車間使用，甚至可以帶到遠離生產設施的現場測量零件。

CMM 機器有多準確（CMM 準確度）？

坐標測量機的精度各不相同。通常，它們的目標是微米或更高。但這並非易事。首先，誤差可能與尺寸有關，因此座標測量機的測量誤差可以用一個簡短的公式來表示，其中包含測量長度作為變數。

例如，Hexagon 的 Global Classic CMM 被列為經濟實惠的通用 CMM，並將其精度規定為：

1.0 + L/300微米

這些測量單位為微米，L 的單位為毫米。假設我們要測量 10 毫米特徵的長度。公式為 1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30，即 1.03 微米。

一微米是千分之一毫米，約0.00003937英吋。因此，測量10毫米長度時的誤差為0.00103毫米或0.00004055英吋。這還不到十分之一的一半──誤差相當小！

另一方面，精度應該達到我們測量值的 10 倍。這意味著我們只能將測量值的 10 倍，也就是 0.00005 英寸，作為參考。這仍然是一個相當小的誤差。

對於車間座標測量機 (CMM) 的測量來說，情況就更加複雜了。如果座標測量機 (CMM) 安裝在溫控檢測實驗室中，將會很有幫助。但在車間，溫度變化可能很大。座標測量機 (CMM) 有多種方法可以補償溫度變化，但沒有一種方法是完美的。

座標測量機 (CMM) 製造商通常會根據溫度範圍指定精度，根據 ISO 10360-2 座標測量機 (CMM) 精度標準，典型的溫度範圍是 64-72 華氏度 (18-22 攝氏度)。除非您的車間在夏季溫度高達 86 華氏度 (30 攝氏度)，否則這個溫度範圍很合適。那樣的話，您就無法制定合適的誤差規格了。

有些製造商會提供一系列具有不同精度規格的階梯式溫度或溫度帶。但是，如果在一天中的不同時間或一周中的不同天，同一批零件的運行溫度處於多個範圍內，會發生什麼情況呢？

首先需要創建一個不確定性預算，以應對最壞的情況。如果這些最壞情況導致零件公差不可接受，則需要進一步的製程改進：

• 您可以將 CMM 的使用限制在一天中的特定時間，即溫度處於更有利的範圍內。
• 您可以選擇僅在一天中的特定時間加工公差較低的零件或特徵。
• 更好的坐標測量機 (CMM) 可能具有更適合您溫度範圍的規格。即使價格可能高得多，它們也可能物有所值。

當然，這些措施會嚴重影響您精確安排工作的能力。突然間，您想到，在車間改善環境控製或許是一項值得的投資。

您可以看到整個測量過程變得多麼繁瑣。

另一個密切相關的要素是如何規定座標測量機 (CMM) 檢查的公差。黃金標準是幾何尺寸和公差 (GD&T)。查看我們的 GD&T 入門課程，以了解更多資訊。

CMM軟體

坐標測量機 (CMM) 運行各種軟體。此標準稱為 DMIS，即尺寸測量介面標準 (Dimensional Measurement Interface Standard)。雖然它並非每個坐標測量機 (CMM) 製造商的主要軟體接口，但大多數製造商至少都支援它。

製造商已經創建了自己獨特的風格，以添加 DMIS 不支援的測量任務。

管理資訊系統

如上所述，DMIS 是標準，但與 CNC 的 g 代碼一樣，有許多方言，包括：

• PC-DMIS：Hexagon 版本
• OpenDMIS
• TouchDMIS：感知器

MCOSMOS

MCOSTMOS 是尼康的 CMM 軟體。

卡里普索

Calypso 是蔡司的 CMM 軟體。

CMM 和 CAD/CAM 軟體

CMM 軟體和程式設計與 CAD/CAM 軟體有何關係？

CAD 檔案格式多種多樣，因此請檢查您的 CMM 軟體相容於哪些格式。最終的整合稱為基於模型的定義 (MBD)。使用 MBD，模型本身可用於擷取 CMM 的尺寸。

MDB 相當前沿，因此在大多數情況下尚未被使用。

CMM 探頭、夾具和配件

座標測量機 (CMM) 探頭

有多種探頭類型和形狀可供選擇，以方便許多不同的應用。

座標測量機夾具

夾具可以節省在座標測量機 (CMM) 上零件裝卸的時間，就像CNC工具機一樣。您甚至可以選擇配備自動托盤裝載機的座標測量機 (CMM)，以最大限度地提高生產效率。

CMM機器價格

新型座標測量機的價格從 2 萬美元到 3 萬美元不等，最高可達 100 萬美元以上。

機械車間的座標測量機 (CMM) 相關工作

CMM經理

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