Контрольно-измерительные машины

Контроль таких параметров как соосность, параллельность, перпендикулярность, эксцентриситет, конусность, бочкообразность и т.п. просто приводят технологов в замешательство: изготовить можно – проверить сложно. И самое красивое решение проблем измерений – контрольно-измерительная машина.

Как показывает практика, измерить можно все. Штангенциркуль, микрометр, измерительное приспособление, калибр – испытанные и надежные средства измерения. Но на вершине контрольно-измерительной техники находятся контрольно-измерительные машины.

Процесс измерения

Как и на большинстве станков, программирование контрольно-измерительной машины, производится или в ручном или в автоматическом режиме. В ручном режиме – оператор джойстиком подводит на большой скорости щуп к детали, останавливает его, отмечает точку, и направляет щуп к детали на малой скорости. При соприкосновении с деталью, измерительная головка, останавливает машину и сообщает координаты. Затем щуп отводится от детали и на большой скорости перемещается к следующей точке. Все точки фиксируются компьютером и затем можно повторить все эти действия. Напоминает процесс обучения, только результат гарантирован.

Программирование в автоматическом режиме гораздо проще и сложнее одновременно. Достаточно указать, что вы хотите измерить, и компьютер определит оптимальные траектории движения, безопасные расстояния и саму возможность измерения данного параметра. Только он не может учесть, как закреплена деталь, и не осталось ли после обработки, например, технологических отливов, дополнительных креплений или просто сопрягаемых деталей, установленных для дальнейшей совместной обработки. Это откорректировать несложно.

Перед измерением обязательно производится тарировка щупов. Устанавливается эталонный шарик (точность не известна) и каждый щуп проверяет на нем свои координаты. Теперь на столе любым щупом можно измерять все с точностью до десятой доли микрона.

Если измеряется большая партия изделий, то не обязательно жестко привязывать их к столу. Достаточно задать ожидаемую точку контакта и контрольно-измерительная машина сама найдет ее, а дальше будет аккуратно работать по программе. Даже на большой скорости «въехав» в деталь, она останавливается, немного колышется на амортизаторах и продолжает работать.

Самое интересное

Измерить размеры по поверхностям – не очень сложная задача. Гораздо сложнее измерить, например, параллельность, перпендикулярность, соосность отверстий или параллельность, перпендикулярность плоскостей. Не стоит говорить, какое это имеет значение для работы сопрягаемых шестерен или при сборке узлов.

Для контрольно-измерительной машины проблемы сложности измерения не существует. По специальной программе она замеряет нужное количество точек, вычисляет положение оси и относительное положение осей или плоскостей. При этом все нарисует и покажет.

Одна из интереснейших возможностей контрольно-измерительных машин – сканирование поверхности. Щуп непрерывно скользит по поверхности и постоянно выдает результаты измерений. Можно задать шаг измерений, от микрона до миллиметра. Просканировать можно любые поверхности любых деталей – плоскости, отверстия, цилиндры, шестерни, лопатки, и пр.

Еще одна интересная программа, это измерение шестерней, причем всех типов и размеров. Измеряются и рассчитываются все параметры шестерней, все диаметры, модули, размеры зубьев, углы и пр. Можно проверить основные параметры шестерни, можно проверить все зубья и можно просканировать по профилю зуба или по его плоскости. Все распечатывается и рисуется с указанием отклонений, если они указаны.

Более того, если на плиту контрольно-измерительной машины установить поворотный стол и управлять им, то получим четвертую координату для измерений. Если сможем наклонять измерительный щуп относительно головки и вращать измерительную головку, то получим шестикоординатную контрольно-измерительную машину. На ней можно измерять ступенчатые отверстия, когда диаметр первого отверстия меньше следующего, а также сверхсложные шестерни, крыльчатки, винты, лопатки авиационных двигателей и все что угодно, с одной установки.

Следующее направление совершенствования – измерение все более мелких объектов. Например, резьбы с шагом 1,25 мм. Для этого применяется игольчатый щуп, который может сканировать поверхность с радиусом 0,25 мм. Тут уже видна и шероховатость поверхности, и фаски, и радиусы скругления, и неубранные заусенки.

Добавив к контрольно-измерительной машине магазин со сменными щупами, устройство для смены щупов и лазерное измерительное устройство, получаем контрольно-измерительный центр. Такая сверхсложная конструкция необходима для работы в составе гибкой производственной системы.

Другие типы контрольно-измерительных машин

Существует множество других типов контрольно-измерительных машин, и они соответствуют способам измерения, существующим в производстве. Наиболее интересны лазерные и оптические машины.

Лазерная измерительная головка имеет неоспоримое преимущество перед механической. Убирается огромное количество сложных и дорогих деталей: щупы, удлинители, держатели, сама механическая головка. Исчезает опасность повреждения при столкновении с деталью. Точность измерения определяется механической частью и длинной волны лазера, т.е. выше, чем на обычных контрольно-измерительных машинах. Маленькая масса лазерной головки позволяет значительно облегчить и упростить всю машину. Поэтому можно использовать конструкцию типа гибкой руки без снижения точности измерения. Такую контрольно-измерительную машину можно установить в любом удобном месте, даже непосредственно возле станка. Она больше напоминает руку робота и занимает немного места. Очень удобно проверять сложные детали с криволинейными поверхностями, причем сканирование поверхности проводится с большой скоростью и точностью. Основной недостаток – проверить можно только отверстия, в которые может поместиться измерительная головка. Небольшие отверстия уже не измеришь. Но и без этого область применения лазерных машин просто огромна.

Еще более простой способ контроля размеров – оптический. Фотографируем деталь, оцифровываем изображение и сравниваем с чертежом. Не нужно измерять каждый элемент отдельно, можно проверять детали движущиеся по конвейеру, большая скорость измерения и просто та конструкции. Недостатки определяются самим методом – невозможно измерить сложные объемные поверхности и внутренние размеры.

Цена и ценность

Минимальная цена контрольно-измерительной машины с ручным управлением, со средними габаритами измеряемой детали, портального типа начинается от 300 тыс. грн. Такая же машина с автоматизированным управлением стоит 400 тыс. грн. И, чем больше возможностей, тем выше цена. Да, это очень дорого, но если невозможно измерить деталь другим способом? А сколько контролеров и инженеров ОТК может заменить одна контрольно-измерительная машина, и сколько специального мерительного инструмента не нужно приобретать или изготавливать? Поэтому, все машины загружены 24 часа в сутки и очередь на измерения на месяц вперед.

Более того, измерение для посторонних заказчиков – услуга востребованная. Понятно, что необходим предварительный расчет: выгодно или не выгодно.

Если у вас есть старая контрольно-измерительная машина, то специалисты предлагают не приобретать новую, а модифицировать старую. В 80-90 годы не было мощного программного обеспечения, которое могло учитывать различные воздействия на процесс измерения и корректировать погрешности измерения. Поэтому, основной упор делался на механическую точность машины. Она была очень тяжелой и механически прочной. Поэтому, правильнее на старую машину установить новые линейки, датчики, приводы и программное обеспечение, и это будет дешевле, чем приобретать новую.

В настоящее время традиционные методы измерения остаются самыми распространенными. Но если достаточно часто приходится сталкиваться с измерениями сложных размеров и форм – стоит подумать об использовании контрольно- измерительной машины. 

Николай Куприн