Una màquina de mesura de coordenades (CMM) està dissenyada per mesurar la geometria dels components de precisió amb un alt grau de precisió i repetibilitat.
Tot i que gran part de l'atenció se sol centrar en la sonda, les escales, el programari i el sistema de moviment, la base estructural del CMM és igual d'important.
La base de la màquina i altrescomponents estructuralsha de proporcionar una referència geomètrica estable per a tot el sistema de mesura.
Aquesta és una de les raons per les quals el granit de precisió s'utilitza àmpliament a les bases de CMM imàquines de mesura de precisió.
El granit combina diverses característiques que són valuoses per a aplicacions de metrologia, com ara l'estabilitat dimensional, el comportament tèrmic, l'amortiment de vibracions i la capacitat de ser rectificat i lligat amb precisió per crear superfícies de referència estables.
Però, per què el granit és adequat per a CMM? Quins components de granit s'utilitzen en una CMM? I què han de tenir en compte els enginyers a l'hora de seleccionar una base de CMM de granit?
Aquesta guia explica el paper del granit de precisió en CMM i altres equips de mesura de precisió.
1. Què és un CMM?
Una màquina de mesura de coordenades, comunament coneguda com a CMM, és un sistema de mesura de precisió utilitzat per determinar les característiques geomètriques d'un objecte físic.
Depenent de la configuració de la màquina, un CMM pot mesurar característiques com ara:
Longitud
Amplada
Alçada
Diàmetre
Posició
Rectitud
Planitud
Paral·lelisme
Perpendicularitat
Perfil
Relacions geomètriques entre característiques
Els CMM s'utilitzen àmpliament en:
Mecanitzat de precisió
Fabricació d'automòbils
Aeroespacial
Equips semiconductors
Electrònica
Dispositius mèdics
Fabricació òptica
Inspecció d'eines
Metrologia general
Com que el mateix CMM s'utilitza per mesurar components de precisió, la seva estabilitat estructural és fonamental per a la qualitat dels resultats de la mesura.
2. Per què és tan important la base CMM?
La base CMM proporciona la referència estructural per al sistema de mesura.
Depenent del disseny de la màquina, la base pot suportar:
Guies lineals
Coixinets d'aire
Escales
Columnes
Ponts
Peces de treball
Elements de mesura
Components del moviment
Qualsevol canvi geomètric a la base pot influir potencialment en la posició dels components muntats sobre ella.
Per exemple, canvis en:
Planitud
Rectitud
Paral·lelisme
Perpendicularitat
Deformació tèrmica
Vibració estructural
pot afectar el sistema de mesura global.
És per això que el material i la qualitat de fabricació d'una base de granit CMM mereixen una consideració acurada durant el disseny de la màquina.
3. Per què s'utilitza el granit per a bases CMM?
No hi ha cap característica única que faci que el granit sigui adequat per a CMM.
Més aviat, és la combinació de diversos materials i característiques de fabricació.
Les consideracions més importants inclouen:
1. Estabilitat dimensional
2. Comportament tèrmic
3. Amortiment de vibracions
4. Acabat superficial de precisió
5. Resistència a la corrosió
6. Estabilitat geomètrica a llarg termini
En conjunt, aquestes característiques fan que el granit de precisió sigui adequat per a moltes estructures de metrologia.
4. Estabilitat dimensional del granit de precisió
Els CMM requereixen una referència geomètrica estable.
Si l'estructura de suport canvia de forma en condicions de funcionament normals, el sistema de mesura es pot veure afectat.
El granit de precisió s'utilitza àmpliament perquè el granit seleccionat i processat adequadament pot proporcionar una plataforma estructural estable per als equips de mesura.
El punt important és que el rendiment d'un component de granit depèn de més que del nom del material.
La selecció del material, la qualitat del bloc, la geometria dels components, les condicions de tensió, el procés de mecanitzat i la inspecció final influeixen en el producte acabat.
Per tant, un fabricant professional de granit de precisió ha de controlar tot el procés de fabricació en lloc de simplement subministrar una peça de pedra.
5. Estabilitat tèrmica i precisió CMM
La temperatura és un factor crític en la metrologia de precisió.
Cada material respon als canvis de temperatura.
Quan l'estructura d'una màquina s'expandeix o es contrau, les posicions relatives de la sonda, l'escala, la guia i la peça poden canviar.
Això és especialment important quan es mesuren components amb toleràncies dimensionals ajustades.
El granit és atractiu per a les estructures CMM per les seves característiques tèrmiques i una expansió tèrmica relativament baixa en comparació amb molts materials estructurals metàl·lics comuns.
Tanmateix, els enginyers haurien d'evitar tractar la selecció de material com l'única solució a l'error tèrmic.
Un sistema CMM complet també hauria de tenir en compte:
Temperatura ambient
Gradients de temperatura
Escalfament de la màquina
Temperatura de la peça
Control ambiental
Geometria estructural
Compensació de mesura
Per aquest motiu, les instal·lacions de CMM d'alta precisió s'utilitzen sovint en entorns de metrologia controlada.
6. Amortiment de vibracions en aplicacions CMM
Les CMM són sistemes de mesura més que màquines de tall pesades.
Això significa que la vibració externa pot esdevenir una consideració important.
Les possibles fonts de vibració inclouen:
Màquines CNC properes
Motors
Compressors
Bombes
Fans
Equips de producció
Vibració de l'edifici
Trànsit i activitat industrial
Fins i tot les pertorbacions mecàniques relativament petites poden influir en sistemes de mesura sensibles.
El granit té característiques d'amortiment inherents que el fan atractiu per a aplicacions sensibles a les vibracions.
Aquesta és una de les raons per les quals les estructures de granit de precisió es consideren habitualment per:
CMMs
Sistemes de mesura òptica
Equips d'inspecció de precisió
Inspecció de semiconductors
Sistemes de mesura làser
Plataformes portadores d'aire
No obstant això, el rendiment de la vibració depèn del sistema complet.
Cal tenir en compte el disseny de la base, l'estructura de la màquina, el muntatge, l'aïllament i les condicions ambientals.
7. Quins components de granit s'utilitzen en una CMM?
Un CMM no consta necessàriament d'una sola base de granit.
Depenent de l'arquitectura de la màquina, el granit de precisió es pot utilitzar per a múltiples components estructurals.
Alguns exemples inclouen:
Base de granit CMM
La base proporciona la referència estructural i geomètrica principal de la màquina.
Pont CMM de granit
Un pont de granit pot proporcionar una estructura estable per a l'eix de mesura i components associats en dissenys CMM adequats.
Columnes de granit
Les columnes de granit es poden utilitzar com a suports estructurals en determinades configuracions de màquines de mesura.
Estructures de guia de granit
Les estructures de granit mecanitzats amb precisió poden suportar guies, coixinets d'aire o altres components de moviment.
Plataformes de mesura de granit
Les plataformes de granit poden proporcionar superfícies de referència estables per al mesurament i la inspecció.
Components de granit personalitzats
Els fabricants de CMM especialitzats poden requerir components amb:
Forats de muntatge
Insercions roscades
Superfícies de referència
Ranures
Recesos
Característiques de dades de precisió
Interfícies de muntatge integrades
Aquestes característiques es poden incorporar durant el procés de disseny i fabricació segons els requisits de la màquina.
8. Base CMM de granit vs Base CMM de ferro colat
Els enginyers també poden tenir en compte el ferro colat a l'hora de dissenyar una estructura CMM.
Tots dos materials es poden utilitzar amb èxit en maquinària de precisió, però les seves característiques són diferents.
| Característic | Granit de precisió | Ferro colat |
|---|---|---|
| Estabilitat dimensional | Excel·lent per a estructures de metrologia adequades | Bé quan es dissenya i es processa correctament |
| Comportament tèrmic | Afavorible per a estructures de referència de precisió | Cal tenir en compte l'expansió tèrmica |
| Amortiment de vibracions | Molt bé | Bé |
| Resistència a la corrosió | Excel·lent | Requereix protecció |
| Acabat superficial | Mòlta i llipat de precisió | Mecanitzat i rectificat de precisió |
| Geometria complexa de fosa | Més limitat | Excel·lent |
| Càrrega mecànica pesada | Depenent de l'aplicació | Excel·lent |
| Aplicacions CMM | Molt adequat | Depenent de l'aplicació |
| Superfícies de referència de precisió | Molt adequat | Molt adequat |
L'objectiu d'aquesta comparació no és suggerir que el granit hauria de substituir el ferro colat a cada CMM.
En canvi, el material s'ha de seleccionar segons els requisits específics de la màquina.
Per als sistemes de metrologia on l'estabilitat dimensional, el comportament tèrmic i el control de vibracions són importants, el granit pot ser una solució especialment atractiva.
9. La fabricació de bases de granit CMM requereix un processament de precisió
A base CMM de precisióno es produeix simplement tallant un gran bloc de granit.
El procés de fabricació pot implicar diverses etapes.
Un flux de treball típic pot incloure:
Selecció de matèries primeres
↓
Tall de blocs
↓
Mecanitzat desbast
↓
Mòlta de precisió
↓
Mòlta fi / Llapat
↓
Inspecció dimensional
↓
Verificació final
Cada etapa contribueix a la geometria final i la qualitat de la superfície.
Per a components grans de granit, la capacitat de fabricació esdevé especialment important.
Com més gran sigui el component, més difícil pot ser controlar:
Planitud
Rectitud
Paral·lelisme
Perpendicularitat
Acabat superficial
Estabilitat estructural
És per això que els components de granit CMM de gran format haurien de ser fabricats per proveïdors amb equip i experiència adequats.
10. La capacitat de mesura és tan important com la capacitat de fabricació
Hi ha un principi fonamental en la fabricació de precisió:
Si no podeu mesurar amb precisió una característica, no la podeu fabricar de manera fiable amb l'especificació requerida.
Aquest principi és especialment important per als components de granit CMM.
Un fabricant pot tenir equips de mecanitzat grans, però això per si sol no demostra que el component acabat pugui complir la tolerància requerida.
El proveïdor també ha de disposar d'equips de metrologia adequats i procediments d'inspecció qualificats.
UNPARALLELED® utilitza equips de mesura de precisió de fabricants reconeguts internacionalment, que inclouen:
Mahr
Mitutoyo
WYLER
Renishaw
Les capacitats de mesura de la companyia inclouen indicadors de precisió, nivells electrònics, mesura de rugositat superficial i interferometria làser.
UNPARALLELED® també afirma que els seus equips de mesura estan recolzats per certificats de calibratge d'institucions de metrologia qualificades, amb traçabilitat als estàndards de mesura nacionals.
Per als clients que compren components de granit CMM personalitzats, la capacitat d'inspecció és, per tant, una part important de l'avaluació del proveïdor.
11. Assumptes de control ambiental per a components de granit CMM
Un component de granit d'alta precisió no es pot avaluar independentment del seu entorn.
La temperatura, la humitat, la vibració i l'estabilitat de la base poden influir en la mesura de precisió.
UNPARALLELED® opera àrees de producció i inspecció de temperatura i humitat controlades per a la fabricació de precisió.
L'empresa afirma que el seu entorn controlat inclou un gran taller de precisió amb una base especialment dissenyada i mesures de control de vibracions.
També s'utilitza un entorn de muntatge net i controlat separat per al muntatge de components de granit.
Aquests controls ambientals són especialment rellevants per als components de precisió utilitzats en:
CMMs
Equips semiconductors
Inspecció òptica
Mesurament làser
Automatització de precisió
L'objectiu és proporcionar un entorn estable en el qual les condicions de fabricació i mesura es puguin controlar de la manera més coherent possible.
12. Per què importa la qualitat del granit
Quan seleccioneu una base CMM de granit, els enginyers haurien de preguntar quin tipus de granit s'utilitza realment.
El granit natural no és un únic material uniforme.
Les diferents pedres poden tenir diferents:
Densitat
Composició mineral
Duresa
Característiques tèrmiques
Homogeneïtat
Propietats estructurals
UNPARALLELED® utilitza granit negre UNPARALLELED® per als seus components de granit de precisió.
L'empresa afirma que el seu granit seleccionat té una densitat d'aproximadament 3.100 kg/m³.
Per a aplicacions de metrologia exigents, la selecció del material s'ha de basar en les característiques del material documentades i els requisits de l'aplicació específica.
Un proveïdor professional hauria de ser capaç d'explicar el material que s'utilitza i proporcionar informació tècnica rellevant quan sigui necessari.
13. Quina precisió pot ser una base de CMM de granit?
La resposta depèn del component específic.
No hi ha un valor de precisió únic que s'apliqui a cada base de CMM de granit.
La tolerància requerida depèn de:
Mida del component
Geometria
Material de granit
Arquitectura de màquines
Aplicació
Mètode de mesura
Condicions ambientals
Especificacions del client
Les característiques geomètriques importants poden incloure:
Planitud
Rectitud
Paral·lelisme
Perpendicularitat
Precisió de posició
Rugositat superficial
Per aquest motiu, els clients haurien de proporcionar dibuixos d'enginyeria o especificacions detallades quan sol·licitin un pressupost per a un component de granit CMM personalitzat.
Això permet al fabricant avaluar la geometria, el procés de fabricació i el mètode d'inspecció abans de la producció.
14. Aplicacions més enllà dels CMM
Les mateixes característiques que fan que el granit sigui atractiu per a estructures CMM també poden beneficiar altres equips de precisió.
Equips de semiconductors
Els components de granit es poden utilitzar com a bases estructurals i plataformes per a equips d'inspecció i fabricació de semiconductors de precisió.
Inspecció òptica
Les estructures de granit estables poden suportar sistemes d'inspecció òptics i basats en visió.
Equips làser
Els sistemes làser de precisió poden requerir estructures estables per a components òptics i de moviment.
Automatització de precisió
Les bases de granit es poden utilitzar en sistemes de posicionament de precisió, taules XY i equips de moviment lineal.
Equips de metrologia
El granit és àmpliament aplicable a plataformes de mesura, bases d'inspecció i altres estructures de metrologia.
CNC de precisió
Els sistemes de mecanitzat de precisió seleccionats també poden utilitzar estructures de granit on les característiques tèrmiques i de vibració són importants.
15. Com triar un fabricant de bases de CMM de granit
Escollir el proveïdor adequat és tan important com seleccionar el material adequat.
Abans de fer una comanda, tingueu en compte les preguntes següents.
El fabricant controla la matèria primera?
Pregunteu sobre el tipus de granit, les característiques del material i la selecció del material.
El fabricant pot processar les dimensions requerides?
Les grans estructures CMM requereixen capacitats adequades de tall, rectificat i manipulació.
El fabricant disposa d'equips de rectificat de precisió?
El procés de fabricació ha de ser capaç d'aconseguir la geometria especificada.
El fabricant pot mesurar el component acabat?
La capacitat d'inspecció ha de coincidir amb la tolerància requerida.
Els instruments de mesura estan calibrats?
La traçabilitat de calibratge i mesurament és important per als projectes de precisió internacionals.
El fabricant pot treballar amb estàndards internacionals?
Això pot ser especialment important per als clients d'Europa, Amèrica del Nord i Àsia.
El proveïdor pot fabricar interfícies personalitzades?
Els components de CMM sovint requereixen forats, insercions, característiques de dades i altres estructures personalitzades.
El proveïdor pot donar suport al desenvolupament d'enginyeria?
Per a equips personalitzats, la comunicació primerenca entre el dissenyador de CMM i el fabricant de granit pot evitar problemes de fabricació més endavant.
16. Per què triar UNPARALLELED® per a components de granit CMM?
UNPARALLELED® està especialitzat en components de granit de precisió i instruments de mesura de precisió per a aplicacions industrials exigents.
Les seves capacitats de granit de precisió inclouen:
Bases de granit CMM
Bases de màquines de granit
Ponts de granit
Columnes de granit
Plataformes de granit
Estructures guia de granit
Coixinets d'aire de granit
Components de granit personalitzats
Instruments de mesura de granit
L'empresa combina la fabricació de gran format, el rectificat de precisió, l'acabat manual i la inspecció metrològica.
Les seves instal·lacions de fabricació estan dissenyades per processar estructures de precisió grans i pesades, mentre que els entorns de temperatura i humitat controlades admeten la inspecció i el muntatge de precisió.
UNPARALLELED® també té experiència al servei de clients en indústries que inclouen:
Metrologia
Equips semiconductors
Mecanitzat de precisió
Inspecció òptica
Tecnologia làser
Automatització
Fabricació avançada
Per a projectes personalitzats, els clients poden proporcionar dibuixos, especificacions i requisits d'aplicació per a l'avaluació d'enginyeria.
17. Quina informació heu de proporcionar quan demaneu una base CMM de granit?
Per a un component CMM de granit personalitzat, proporcionar informació tècnica completa pot fer que el procés de cotització i enginyeria sigui molt més eficient.
La informació recomanada inclou:
Dimensions bàsiques
Longitud
Amplada
Alçada
Geometria global
Requisits de precisió
Planitud
Rectitud
Paral·lelisme
Perpendicularitat
Rugositat superficial
Interfícies
Forats de muntatge
Forats roscats
Insercions
Ranures
Característiques del datum
Superfícies de muntatge de guies
Condicions de funcionament
Temperatura
Humitat
Càrregues esperades
Entorn de vibració
Condicions d'instal·lació
Aplicació
Per exemple:
CMM
Equips semiconductors
Inspecció òptica
Mesurament làser
Automatització de precisió
Com més completa sigui la informació d'enginyeria, amb més precisió un fabricant de granit pot avaluar els requisits de fabricació i inspecció.
18. El granit de precisió forma part de la cadena de precisió del CMM
La precisió d'un CMM no prové d'un sol component.
És el resultat del sistema complet:
Estructura de la màquina
→
Base de granit
→
Guies
→
Sistema de moviment
→
Escales
→
Sonda
→
Sistema de control
→
Calibració
→
Condicions ambientals
La base de granit és, per tant, una part d'una cadena de precisió molt més gran.
La seva funció és proporcionar una referència estructural estable i fiable per als components que hi ha muntats.
Per a aplicacions de metrologia exigents, seleccionar el fabricant de components de granit al principi del procés de desenvolupament de la màquina pot ajudar els enginyers a optimitzar l'estructura, les interfícies i els requisits d'inspecció abans que comenci la producció.
Conclusió: per què el granit segueix sent important en el disseny de CMM
El granit de precisió s'utilitza àmpliament en CMM i màquines de mesura de precisió perquè ofereix una combinació de característiques que són valuoses per a aplicacions de metrologia.
Aquests inclouen:
Estabilitat dimensional
Característiques tèrmiques favorables
Amortiment de vibracions
Resistència a la corrosió
Acabat superficial de precisió
Estabilitat geomètrica a llarg termini
Tanmateix, el rendiment d'una base de CMM de granit depèn de més que del material en si.
La selecció de materials, el disseny estructural, el processament de precisió, la capacitat de mesura, el control ambiental i la instal·lació són importants.
Per aquest motiu, escollir un fabricant qualificat de granit de precisió és una part important del desenvolupament de CMM.
Esteu buscant una base de granit CMM personalitzada?
UNPARALLELED® fabrica bases de CMM de granit de precisió i components de granit personalitzats per a aplicacions de metrologia, semiconductors, òptiques, làser i d'automatització de precisió.
Si teniu un dibuix, requisits dimensionals o una aplicació específica de CMM, poseu-vos en contacte amb el nostre equip d'enginyeria per parlar del vostre projecte.
UNPARALLELED®: el negoci de precisió no pot ser massa exigent.