完整的 CMM 机器和测量指南

什么是 CMM 机器？

想象一下，一台 CNC 式机器能够以高度自动化的方式进行极其精确的测量。这就是坐标测量机 (CMM) 的魅力所在！

CMM 代表“坐标测量机”。就其整体灵活性、准确性和速度的结合而言，它们可能是终极的 3D 测量设备。

坐标测量机的应用

每当需要进行精确测量时，坐标测量机都至关重要。测量项目越复杂或数量越多，使用坐标测量机 (CMM) 的优势就越大。

通常，坐标测量机 (CMM) 用于检查和质量控制。也就是说，它们用于验证零件是否符合设计师的要求和规格。

它们还可用于逆向工程通过对现有零件的特征进行精确测量。

谁发明了 CMM 机器？

第一台坐标测量机（CMM）由苏格兰的费兰蒂公司于20世纪50年代开发。它们用于航空航天和国防工业零件的精密测量。最初的机器只有两个运动轴。20世纪60年代，意大利的DEA公司推出了三轴机器。计算机控制技术出现于20世纪70年代初，由美国的谢菲尔德公司引入。

CMM 机器的类型

坐标测量机有五种类型：

• 桥式坐标测量机：这种设计最为常见，坐标测量机测头安装在桥式测量机上。桥式测量机的一侧安装在床身上的导轨上，另一侧则通过气垫或其他方式支撑在床身上，无需导轨。
• 悬臂式坐标测量机：悬臂仅在一侧支撑桥梁。
• 龙门坐标测量机 (CMM)：龙门坐标测量机的两侧都使用导轨，类似于数控铣床。这类测量机通常是最大的坐标测量机，因此需要额外的支撑。
• 横臂式坐标测量机 (Horizontal Arm CMM)：类似于悬臂式测量机，但整个桥架沿着单臂上下移动，而不是绕其自身轴线移动。这类测量机的精度最低，但可以测量大型薄壁部件，例如汽车车身。
• 便携式臂式坐标测量机 (CMM)：这类机器使用关节臂，通常手动定位。它们不是直接测量 XYZ 轴，而是根据每个关节的旋转位置和关节之间的已知长度来计算坐标。

根据要进行的测量类型，每种测量方法都有其优缺点。这些类型指的是用于定位其的机器结构。探测相对于被测量的部分。

下面是一个方便的表格，可帮助您了解其优缺点：

探头通常位于三维空间——X、Y 和 Z。然而，更先进的机器也可以改变探头的角度，从而测量探头原本无法到达的位置。旋转工作台也可用于提高各种特征的可接近性。

CMM 通常由花岗岩和铝制成，并使用空气轴承

探头是一种传感器，用于在测量时确定零件表面的位置。

探针类型包括：

• 机械的
• 光学的
• 激光
• 白光

坐标测量机的使用方法大致有三种：

• 质量控制部门：这些产品通常存放在气候可控的洁净室中，以最大限度地提高其精度。
• 车间：坐标测量机 (CMM) 位于数控机床之间，方便作为生产单元的一部分进行检测，并最大程度缩短坐标测量机与加工零件的机床之间的距离。这样可以更早、更频繁地进行测量，从而更快地发现错误，从而节省成本。
• 便携式：便携式坐标测量机易于移动。它们可以在车间使用，甚至可以带到远离生产设施的现场测量零件。

CMM 机器有多准确（CMM 准确度）？

坐标测量机的精度各不相同。通常，它们的目标是微米级或更高。但这并非易事。首先，误差可能与尺寸有关，因此坐标测量机的测量误差可以用一个简短的公式来表示，其中包含测量长度作为变量。

例如，Hexagon 的 Global Classic CMM 被列为经济实惠的通用 CMM，并将其精度规定为：

1.0 + L/300微米

这些测量单位为微米，L 的单位为毫米。假设我们要测量 10 毫米特征的长度。公式为 1.0 + 10/300 = 1.0 + 1/30，即 1.03 微米。

一微米是千分之一毫米，约为0.00003937英寸。因此，测量10毫米长度时的误差为0.00103毫米或0.00004055英寸。这还不到十分之一的一半——误差相当小！

另一方面，精度应该达到我们测量值的 10 倍。这意味着我们只能将测量值的 10 倍，也就是 0.00005 英寸，作为参考。这仍然是一个相当小的误差。

对于车间坐标测量机 (CMM) 的测量来说，情况就更加复杂了。如果坐标测量机 (CMM) 安装在温控检测实验室中，会有很大帮助。但在车间，温度变化可能很大。坐标测量机 (CMM) 有多种方法可以补偿温度变化，但没有一种方法是完美的。

坐标测量机 (CMM) 制造商通常会根据温度范围指定精度，根据 ISO 10360-2 坐标测量机 (CMM) 精度标准，典型的温度范围是 64-72 华氏度 (18-22 摄氏度)。除非您的车间在夏季温度高达 86 华氏度 (30 摄氏度)，否则这个温度范围很合适。那样的话，您就无法制定合适的误差规格了。

有些制造商会提供一系列具有不同精度规格的阶梯式温度或温度带。但是，如果在一天中的不同时间或一周中的不同天，同一批零件的运行温度处于多个范围内，会发生什么情况呢？

首先需要创建一个不确定性预算，以应对最坏的情况。如果这些最坏情况导致零件公差不可接受，则需要进一步的工艺改进：

• 您可以将 CMM 的使用限制在一天中的特定时间，即温度处于更有利的范围内。
• 您可以选择仅在一天中的特定时间加工公差较低的零件或特征。
• 更好的坐标测量机 (CMM) 可能具有更适合您温度范围的规格。即使价格可能高得多，它们也可能物有所值。

当然，这些措施会严重影响您精确安排工作的能力。突然间，您想到，在车间改善环境控制或许是一项值得的投资。

您可以看到整个测量过程变得多么繁琐。

另一个密切相关的要素是如何规定坐标测量机 (CMM) 检查的公差。黄金标准是几何尺寸和公差 (GD&T)。查看我们的 GD&T 入门课程，了解更多信息。

CMM软件

坐标测量机 (CMM) 运行各种软件。该标准称为 DMIS，即尺寸测量接口标准 (Dimensional Measurement Interface Standard)。虽然它并非每个坐标测量机 (CMM) 制造商的主要软件接口，但大多数制造商至少都支持它。

制造商已经创建了自己独特的风格，以添加 DMIS 不支持的测量任务。

管理信息系统

如上所述，DMIS 是标准，但与 CNC 的 g 代码一样，有许多方言，包括：

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

MCOSMOS

MCOSTMOS 是尼康的 CMM 软件。

卡里普索

Calypso 是蔡司的 CMM 软件。

CMM 和 CAD/CAM 软件

CMM 软件和编程与 CAD/CAM 软件有何关系？

CAD 文件格式多种多样，因此请检查您的 CMM 软件兼容哪些格式。最终的集成称为基于模型的定义 (MBD)。使用 MBD，模型本身可用于提取 CMM 的尺寸。

MDB 相当前沿，因此在大多数情况下尚未被使用。

CMM 探头、夹具和配件

坐标测量机 (CMM) 探头

有多种探头类型和形状可供选择，以方便许多不同的应用。

坐标测量机夹具

夹具可以节省坐标测量机 (CMM) 上零件装卸的时间，就像数控机床一样。您甚至可以选择配备自动托盘装载机的坐标测量机 (CMM)，以最大限度地提高生产效率。

CMM机器价格

新型坐标测量机的价格从 20,000 美元到 30,000 美元不等，最高可达 100 万美元以上。

机械车间的坐标测量机 (CMM) 相关工作

CMM经理

CMM程序员

CMM操作员