Proč se žula používá pro základny CMM a přesné měřicí stroje

Souřadnicový měřicí stroj (CMM) je navržen pro měření geometrie přesných součástí s vysokým stupněm přesnosti a opakovatelnosti.

Zatímco velká část pozornosti je obvykle zaměřena na sondu, váhy, software a pohybový systém, strukturální základy CMM jsou stejně důležité.

Základna stroje a dalšíkonstrukční prvkymusí poskytovat stabilní geometrickou referenci pro celý měřicí systém.

To je jeden z důvodů, proč se přesná žula široce používá v základnách CMM apřesné měřicí stroje.

Žula v sobě spojuje několik vlastností, které jsou cenné pro metrologické aplikace, včetně rozměrové stability, tepelného chování, tlumení vibrací a schopnosti přesně brousit a lapovat pro vytvoření stabilních referenčních povrchů.

Proč je ale žula vhodná pro CMM? Jaké žulové komponenty se používají v CMM? A co by měli inženýři zvážit při výběru žulové základny CMM?

Tato příručka vysvětluje roli přesné žuly v CMM a dalších přesných měřicích zařízeních.

1. Co je CMM?

Souřadnicový měřicí stroj, běžně známý jako CMM, je přesný měřicí systém používaný k určení geometrických charakteristik fyzického objektu.

V závislosti na konfiguraci stroje může CMM měřit vlastnosti, jako jsou:

Délka

Šířka

Výška

Průměr

Pozice

Přímost

Plochost

Rovnoběžnost

Kolmost

Profil

Geometrické vztahy mezi prvky

CMM jsou široce používány v:

Přesné obrábění

Výroba automobilů

Aerospace

Polovodičová zařízení

Elektronika

Lékařská zařízení

Výroba optiky

Kontrola nástroje

Obecná metrologie

Protože se CMM samotný používá k měření přesných součástí, je jeho strukturální stabilita zásadní pro kvalitu výsledků měření.

2. Proč je základna CMM tak důležitá?

Základna CMM poskytuje strukturální referenci pro měřicí systém.

V závislosti na konstrukci stroje může základna podporovat:

Lineární vedení

Vzduchová ložiska

Váhy

Sloupce

Mosty

Obrobky

Měřicí přípravky

Pohybové komponenty

Jakákoli geometrická změna v základně může potenciálně ovlivnit polohu součástí na ní namontovaných.

Například změny v:

Plochost

Přímost

Rovnoběžnost

Kolmost

Tepelná deformace

Strukturální vibrace

může ovlivnit celkový systém měření.

To je důvod, proč si materiál a kvalita výroby žulové základny CMM zaslouží pečlivé zvážení při konstrukci stroje.

3. Proč se žula používá pro základny CMM?

Neexistuje žádná jediná vlastnost, která by žula dělala vhodnou pro CMM.

Jde spíše o kombinaci několika materiálových a výrobních charakteristik.

Mezi nejdůležitější úvahy patří:

1. Rozměrová stabilita

2. Tepelné chování

3. Tlumení vibrací

4. Přesná povrchová úprava

5. Odolnost proti korozi

6. Dlouhodobá geometrická stabilita

Společně tyto vlastnosti činí přesnou žulu vhodnou pro mnoho metrologických konstrukcí.

4. Rozměrová stabilita přesné žuly

Souřadnicové měřicí stroje vyžadují stabilní geometrickou referenci.

Pokud nosná konstrukce za normálních provozních podmínek změní tvar, může být ovlivněn systém měření.

Přesná žula je široce používána, protože správně vybraná a zpracovaná žula může poskytnout stabilní konstrukční platformu pro měřicí zařízení.

Důležité je, že výkon žulové součásti závisí na více než na názvu materiálu.

Výběr materiálu, kvalita bloku, geometrie součásti, namáhání, proces obrábění a výstupní kontrola – to vše ovlivňuje konečný produkt.

Profesionální výrobce přesné žuly proto potřebuje řídit celý výrobní proces, spíše než jen dodávat kus kamene.

5. Tepelná stabilita a přesnost CMM

Teplota je kritickým faktorem v přesné metrologii.

Každý materiál reaguje na změny teploty.

Když se struktura stroje roztahuje nebo smršťuje, mohou se měnit relativní polohy sondy, měřítka, vodicí dráhy a obrobku.

To je zvláště důležité při měření součástí s úzkými rozměrovými tolerancemi.

Žula je atraktivní pro konstrukce CMM díky svým tepelným charakteristikám a relativně nízké tepelné roztažnosti ve srovnání s mnoha běžnými kovovými konstrukčními materiály.

Inženýři by se však měli vyhnout tomu, aby výběr materiálu považovali za jediné řešení tepelné chyby.

Kompletní systém CMM by měl také zvážit:

Okolní teplota

Teplotní gradienty

Zahřívání stroje

Teplota obrobku

Kontrola prostředí

Konstrukční geometrie

Náhrada za měření

Z tohoto důvodu jsou vysoce přesné instalace souřadnicových měřicích strojů často provozovány v prostředí řízené metrologie.

6. Tlumení vibrací v aplikacích CMM

Souřadnicové měřicí stroje jsou spíše měřicí systémy než těžké řezací stroje.

To znamená, že vnější vibrace se mohou stát významným faktorem.

Mezi potenciální zdroje vibrací patří:

Nedaleké CNC stroje

Motory

Kompresory

Pumpy

Fanoušci

Výrobní zařízení

Vibrace budovy

Dopravní a průmyslová činnost

I relativně malá mechanická rušení mohou ovlivnit citlivé měřicí systémy.

Žula má vlastní tlumicí vlastnosti, díky kterým je atraktivní pro aplikace citlivé na vibrace.

To je jeden z důvodů, proč jsou přesné žulové konstrukce běžně považovány za:

Souřadnicové měřicí stroje

Optické měřicí systémy

Přesné kontrolní zařízení

Kontrola polovodičů

Laserové měřicí systémy

Vzdušné plošiny

Nicméně vibrační výkon závisí na celém systému.

Je třeba vzít v úvahu návrh základu, konstrukci stroje, montáž, izolaci a podmínky prostředí.

7. Jaké žulové komponenty se používají v CMM?

CMM nemusí nutně sestávat z jediné žulové základny.

V závislosti na architektuře stroje může být přesná žula použita pro více konstrukčních součástí.

Příklady:

Žulová základna CMM

Základna poskytuje primární konstrukční a geometrickou referenci pro stroj.

Žulový CMM most

Žulový most může poskytnout stabilní konstrukci pro osu měření a související součásti ve vhodných konstrukcích CMM.

Žulové sloupy

Žulové sloupy mohou být použity jako konstrukční podpěry v určitých konfiguracích měřicích strojů.

Žulové vodicí struktury

Přesně opracované žulové konstrukce mohou podporovat vodicí dráhy, vzduchová ložiska nebo jiné pohybové komponenty.

Žulové měřicí plošiny

Žulové platformy mohou poskytnout stabilní referenční povrchy pro měření a kontrolu.

Zakázkové žulové komponenty

Specializovaní výrobci CMM mohou vyžadovat komponenty s:

Montážní otvory

Závitové vložky

Referenční plochy

Sloty

Prohlubně

Přesné vztažné prvky

Integrovaná rozhraní sestav

Tyto vlastnosti lze začlenit do procesu návrhu a výroby podle požadavků stroje.

8. Žulová základna CMM vs. litinová základna CMM

Inženýři mohou při navrhování konstrukce souřadnicového měřicího stroje také uvažovat o litině.

Oba materiály lze úspěšně použít v přesných strojích, ale jejich vlastnosti jsou odlišné.

Účelem tohoto srovnání není naznačit, že žula by měla nahradit litinu v každém CMM.

Místo toho by měl být materiál vybrán podle specifických požadavků stroje.

Pro metrologické systémy, kde je důležitá rozměrová stabilita, tepelné chování a kontrola vibrací, může být žula obzvláště atraktivním řešením.

9. Výroba žulové základny CMM vyžaduje přesné zpracování

A přesná základna CMMnevyrábí se pouhým řezáním velkého bloku žuly.

Výrobní proces může zahrnovat několik fází.

Typický pracovní postup může zahrnovat:

Výběr surovin

↓

Blokové řezání

↓

Hrubé obrábění

↓

Přesné broušení

↓

Jemné broušení / lapování

↓

Rozměrová kontrola

↓

Závěrečné ověření

Každá fáze přispívá ke konečné geometrii a kvalitě povrchu.

U velkých žulových komponentů je zvláště důležitá výrobní kapacita.

Čím větší je komponenta, tím náročnější může být ovládání:

Plochost

Přímost

Rovnoběžnost

Kolmost

Povrchová úprava

Konstrukční stabilita

To je důvod, proč by velkoformátové žulové součásti CMM měly být vyráběny dodavateli s odpovídajícím vybavením a zkušenostmi.

10. Schopnost měření je stejně důležitá jako schopnost výroby

V přesné výrobě platí základní princip:

Pokud nemůžete funkci přesně změřit, nemůžete ji spolehlivě vyrobit podle požadované specifikace.

Tento princip je zvláště důležitý pro žulové součásti CMM.

Výrobce může mít velké obráběcí zařízení, ale to samo o sobě nedokazuje, že hotová součást může splňovat požadovanou toleranci.

Dodavatel by měl mít také vhodné metrologické vybavení a kvalifikované kontrolní postupy.

UNPARALLELED® používá přesná měřicí zařízení od mezinárodně uznávaných výrobců, včetně:

Mahr

Mitutoyo

WYLER

Renishaw

Mezi možnosti měření společnosti patří přesné indikátory, elektronické nivelační přístroje, měření drsnosti povrchu a laserová interferometrie.

UNPARALLELED® také uvádí, že jeho měřicí zařízení jsou podporována kalibračními certifikáty od kvalifikovaných metrologických institucí s návazností na národní standardy měření.

Pro zákazníky nakupující zakázkové žulové komponenty souřadnicových měřicích strojů je proto schopnost kontroly důležitou součástí hodnocení dodavatele.

11. Záležitosti kontroly životního prostředí pro součásti CMM Granite

Vysoce přesný žulový komponent nelze hodnotit nezávisle na jeho prostředí.

Teplota, vlhkost, vibrace a stabilita základu mohou ovlivnit přesnost měření.

UNPARALLELED® provozuje výrobní a kontrolní prostory s řízenou teplotou a vlhkostí pro přesnou výrobu.

Společnost uvádí, že její kontrolované prostředí zahrnuje velkou přesnou dílnu se speciálně navrženým základem a opatřeními na kontrolu vibrací.

Samostatné kontrolované a čisté montážní prostředí se používá také pro montáž žulových komponentů.

Tyto environmentální kontroly jsou zvláště důležité pro přesné součásti používané v:

Souřadnicové měřicí stroje

Polovodičová zařízení

Optická kontrola

Laserové měření

Přesná automatizace

Cílem je poskytnout stabilní prostředí, ve kterém lze výrobní a měřicí podmínky řídit co nejdůsledněji.

12. Proč na kvalitě žuly záleží

Při výběru žulové základny CMM by se inženýři měli zeptat, jaký typ žuly se ve skutečnosti používá.

Přírodní žula není jednotný materiál.

Různé kameny mohou mít různé:

Hustota

Minerální složení

Tvrdost

Tepelné charakteristiky

Stejnorodost

Strukturální vlastnosti

UNPARALLELED® používá UNPARALLELED® černou žulu pro své přesné žulové komponenty.

Společnost uvádí, že jí vybraná žula má hustotu přibližně 3 100 kg/m³.

Pro náročné metrologické aplikace by měl být výběr materiálu založen na dokumentovaných materiálových charakteristikách a požadavcích konkrétní aplikace.

Profesionální dodavatel by měl být schopen vysvětlit použitý materiál a v případě potřeby poskytnout příslušné technické informace.

13. Jak přesná může být žulová základna CMM?

Odpověď závisí na konkrétní komponentě.

Neexistuje žádná jediná hodnota přesnosti, která by platila pro každý žulový souřadnicový měřicí stroj.

Požadovaná tolerance závisí na:

Velikost součásti

Geometrie

Materiál žula

Architektura stroje

Aplikace

Metoda měření

Podmínky prostředí

Specifikace zákazníka

Důležité geometrické vlastnosti mohou zahrnovat:

Plochost

Přímost

Rovnoběžnost

Kolmost

Přesnost polohy

Drsnost povrchu

Z tohoto důvodu by zákazníci měli poskytnout technické výkresy nebo podrobné specifikace, když žádají o cenovou nabídku na zakázkovou žulovou součást CMM.

To umožňuje výrobci vyhodnotit geometrii, výrobní proces a metodu kontroly před výrobou.

14. Aplikace nad rámec souřadnicových měřicích strojů

Stejné vlastnosti, které činí žulu přitažlivou pro struktury souřadnicových měřicích strojů, mohou využít i jiná přesná zařízení.

Polovodičové vybavení

Žulové komponenty lze použít jako konstrukční základny a platformy pro přesnou výrobu polovodičů a kontrolní zařízení.

Optická kontrola

Stabilní žulové struktury mohou podporovat optické a vizuální kontrolní systémy.

Laserové zařízení

Přesné laserové systémy mohou vyžadovat stabilní struktury pro optické a pohybové komponenty.

Přesná automatizace

Žulové základny lze použít v přesných polohovacích systémech, stolech XY a zařízeních s lineárním pohybem.

Metrologické vybavení

Žula je široce použitelná pro měřicí plošiny, inspekční základny a další metrologické konstrukce.

Přesné CNC

Vybrané systémy přesného obrábění mohou také používat žulové struktury, kde jsou důležité tepelné a vibrační charakteristiky.

15. Jak si vybrat výrobce granitové základny CMM

Výběr správného dodavatele je stejně důležitý jako výběr správného materiálu.

Před zadáním objednávky zvažte následující otázky.

Kontroluje výrobce surovinu?

Zeptejte se na typ žuly, vlastnosti materiálu a výběr materiálu.

Dokáže výrobce zpracovat požadované rozměry?

Velké struktury souřadnicových měřicích strojů vyžadují vhodné možnosti řezání, broušení a manipulace.

Má výrobce přesné brusné zařízení?

Výrobní proces musí být schopen dosáhnout stanovené geometrie.

Může výrobce změřit hotový komponent?

Schopnost kontroly by měla odpovídat požadované toleranci.

Jsou měřicí přístroje kalibrovány?

Kalibrace a návaznost měření jsou důležité pro mezinárodní projekty v oblasti přesnosti.

Dokáže výrobce pracovat s mezinárodními standardy?

To může být zvláště důležité pro zákazníky v Evropě, Severní Americe a Asii.

Může dodavatel vyrobit vlastní rozhraní?

Součásti souřadnicových měřicích strojů často vyžadují otvory, vložky, základní prvky a další přizpůsobené struktury.

Může dodavatel podporovat technický vývoj?

U zakázkového vybavení může včasná komunikace mezi konstruktérem souřadnicového měřicího stroje a výrobcem žuly zabránit pozdějším výrobním problémům.

16. Proč zvolit UNPARALLELED® pro žulové součásti CMM?

UNPARALLELED® se specializuje na přesné žulové komponenty a přesné měřicí přístroje pro náročné průmyslové aplikace.

Mezi jeho schopnosti přesné žuly patří:

CMM žulové základny

Základny žulových strojů

Žulové mosty

Žulové sloupy

Žulové plošiny

Žulové vodicí konstrukce

Granitová vzduchová ložiska

Zakázkové žulové komponenty

Žulové měřicí přístroje

Společnost kombinuje velkoformátovou výrobu, přesné broušení, ruční dokončování a metrologickou kontrolu.

Jeho výrobní zařízení jsou navržena pro zpracování velkých a těžkých přesných konstrukcí, zatímco prostředí s řízenou teplotou a vlhkostí podporuje přesnou kontrolu a montáž.

UNPARALLELED® má také zkušenosti se službami zákazníkům v průmyslových odvětvích, včetně:

Metrologie

Polovodičová zařízení

Přesné obrábění

Optická kontrola

Laserová technologie

Automatizace

Pokročilá výroba

U zakázkových projektů mohou zákazníci poskytnout výkresy, specifikace a aplikační požadavky pro technické vyhodnocení.

17. Jaké informace byste měli poskytnout při objednávání žulové základny CMM?

U zakázkové žulové součásti CMM může poskytnutí úplných technických informací výrazně zefektivnit proces nabídky a inženýrství.

Doporučené informace zahrnují:

Základní rozměry

Délka

Šířka

Výška

Celková geometrie

Požadavky na přesnost

Plochost

Přímost

Rovnoběžnost

Kolmost

Drsnost povrchu

Rozhraní

Montážní otvory

Otvory se závitem

Vložky

Sloty

Základní funkce

Montážní plochy vodicích drah

Provozní podmínky

Teplota

Vlhkost

Očekávaná zatížení

Vibrační prostředí

Podmínky instalace

Aplikace

Například:

CMM
Polovodičová zařízení
Optická kontrola
Laserové měření
Přesná automatizace

Čím úplnější jsou technické informace, tím přesněji může výrobce žuly vyhodnotit požadavky na výrobu a kontrolu.

18. Přesná žula je součástí řetězce přesnosti CMM

Přesnost souřadnicového měřicího stroje nepochází pouze z jedné součásti.

Je to výsledek celého systému:

Struktura stroje

→

Žulová základna

→

Vodicí dráhy

→

Systém pohybu

→

Váhy

→

Sonda

→

Řídicí systém

→

Kalibrace

→

Podmínky prostředí

Žulová základna je tedy součástí mnohem většího řetězce přesnosti.

Jeho úlohou je poskytovat stabilní a spolehlivou konstrukční referenci pro komponenty na něm namontované.

U náročných metrologických aplikací může výběr výrobce žulových komponent v raném stádiu procesu vývoje stroje pomoci inženýrům optimalizovat strukturu, rozhraní a požadavky na kontrolu před zahájením výroby.

Závěr: Proč je žula při návrhu CMM důležitá

Přesná žula je široce používána v CMM a přesných měřicích strojích, protože nabízí kombinaci charakteristik, které jsou cenné pro metrologické aplikace.

Patří sem:

Rozměrová stabilita

Příznivé tepelné vlastnosti

Tlumení vibrací

Odolnost proti korozi

Precizní povrchová úprava

Dlouhodobá geometrická stabilita

Výkon žulové základny CMM však závisí na více než na samotném materiálu.

Výběr materiálu, konstrukční návrh, přesné zpracování, schopnost měření, kontrola prostředí a instalace – to vše je důležité.

Z tohoto důvodu je výběr kvalifikovaného výrobce přesné žuly důležitou součástí vývoje CMM.

Hledáte vlastní CMM žulovou základnu?

UNPARALLELED® vyrábí přesné žulové základny CMM a zakázkové žulové komponenty pro metrologii, polovodičové, optické, laserové a přesné automatizační aplikace.

Máte-li výkres, požadavky na rozměry nebo konkrétní aplikaci souřadnicového měřicího stroje, kontaktujte náš technický tým a prodiskutujte svůj projekt.

UNPARALLELED® - Přesné podnikání nemůže být příliš náročné.