CMM测量模具零部件说明书

天津轻工职业技术学院2015级毕业论文（设计）第一章三坐标机概述三坐标机即三坐标测量机（英文CoordinateMeasuringMachine,简称CMM）。三坐标机它是指在三维可测的空间范围内，能根据侧头的系统返回的点数据，通过三坐标的软件系统计算各类几何形状、尺寸等测量能力的仪器，有被人们称为三次元、三坐标机、三坐标量测仪。同时它在制造业中也起到的很关键的作用，而且具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单容易操作等优点，是现代化工业生产及制造实现自动化的重要设备之一。CMM一词最早源自于美国，美国CarnegieMellon大学的一位研究人员从美国的国防部合同成包商那里收集数据并加以研究提出了CMM。并在1984年有美国的国防部资助建立了卡内基.梅隆大学软件研究所（SEI）:1987年SEI发布了第一份技术报告介绍软件能力成熟度模型（CMM）及作为评价国防合同承包方过程成熟度的方法论：1991年，SEI发表了1.0版本的软件CMM（SW-CMM）。1.1坐标机的诞生随着现代加工制造业的高速发展，众多的如电子、机床、汽车、航空航天等行业的生产规模已经达到前所未有的高度。伴随着这一过程，对零部件的要求也越来越高，不但需要较高的互换性，而且其形状、大小公差也要在合理的范围之内。而传统的几何量测主要是依据人工机械式的手段。这种机械式的手段，有很大的弊端，一方面是搜集到的数据很容易受到人员及工作经验的的影响，在加工的过程中精度和重复性很难达到保证，而另一方面测得的数据还需要人工的计算才可以得到最终的结果，这样的结果是浪费大量的时间，效率也无法得到有效的提升同时也会有很大的误差性，这样测量效率完全不能够满足大批量的生产任务，而这种传统的检验量测方式成为了一个阻碍工业更进一步的绊脚石，为了不受到传统手段的影响，让计量检测的自动化、智能化、通用化成为制造业能否更近一步的关键所在。这也是全球各大国家及公司竞相追逐急迫要解决的问题之一。在这重大环境下坐标机（CMM）在二十世纪五十年代诞生，并在此之后逐渐进入蓬勃发展的阶段，坐标机逐渐成为现代几何量测的主要工具。而近几年来随着计算机技术、数控技术的蓬勃发展也为坐标机提供了良好的的技术基础，使其测量速度及测量的精度都有了很高的提升。1.2工作理念坐标测量机主要基于坐标测量理论进行工作的，通过对空间中的点进行测量的方式实现对几何工件的测量。对空间中的点坐标进行精确的采集是评定几何形状的基础，具体的采集过程是在测量机的工作时将被测工件恰当的放到量测的空间内，利用探测系统取得的被测工件的表面上的点的空间坐标，计算机获取的被测点的空间坐标后对其进行计算处理，最终通过拟出计算出所需的几何元素，例如圆，曲面、圆柱等。将几何元素进行更进步的数学计算机的处理，就可以得到形状、位置公差或其他需求测量的几何量数据。传统的几何量信息无法以数字化的形式进行表达和传输。而今在借助于光栅、容栅、激光干涉仪等仪器，几何量的信息可以通过信息进行传递。测量机数字化使得测量机不在仅仅是简单的采集点的空间坐标值，而且还可以利用软件对这些测量值进行进一步的处理，并对几何误差、温度等影响因素进行补偿，更加准确地拟合出被测对象的几何要素，实现了按照现代产品的几何技术规范和对工件的数字化测量。而现代计算机技术的发展对坐标机有显著的提升，在处理数据的同时又能兼顾自动更换探针、调取工件自动量测等一系列的工作，使得测量机能更好的融入到现代化的工业生产中，更大化的实现自动化，达到更快的测量速度及更高的精度，降低计量检测人员的工作时间和强度，提高生产现场的工作效率。而如今测量机已与多种外部设备进行连接交流，成为逆向设计、信息反馈、计算机统计汇种的重要工具，不仅仅可以完成对产品的检验任务，也成为了整个生产线的系统提供了前馈信息。根据已测量工件的信息，量测机可对零件的加工工艺及加工参数进行修正，实现对产品的闭环控制，使得加工的质量的到提升，降低整个零件加工系统的成本，并且坐标测量机也能与其他的一些柔性的软件一起相配合一同使用，这体现了坐标机的通用型、高效率、高精度和应用广泛等优点，现已成为零件生产加工的必不缺少的一环。1.3测量系统介绍1、机械式测量系统。典型的机械式测量系统是传统的精密丝杠和微积分鼓读数系统，也可以把微分鼓的示值通过机电转换，用数字方式显示一般为1~5um。2、光学测量系统。是最常用的光栅测量系统，利用光栅的莫尔条纹来检测坐标的移动方式。由于光栅体积较小，量测精度高，信号又容易细分，因此是目前三坐标测量机特别是计量型测量机使用最普遍的测量系统，但使用光栅测量系统需要干净整洁的工作环境。除了光栅测量系统之外，其他的光学量测系统有光学读数刻度尺，光电显微镜和金属刻度尺、光学编码器、激光干涉仪等其他的测量系统。3、电学式测量系统。最常见的是感应同步器测量系统和磁尺系统两种，前者的特点是成本低，对环境的适应能力较强，不怕灰尘和油污，精度在1m~10um，因而常常应用于生产型的三坐标测量机。磁尺系统也同样有容易生产，成本低、易安装的优点，但是它的精度略低于感应同步器，其精度在600mm长度的范围内±10um，但是在三坐标测量机中很少应用。1.4侧头的介绍非接触式测量头。分为光学测量头和激光测量头，主要用于软材料表面、难于接触到的的表面以及窄小的棱面等的非接触量测。接触式测量头。分为硬测量头多为机械测量头，主要用于手动测量与精度要求不高的场合。现代的三坐标测量机较少采用这种测量头。而软测量头是目前三坐标测量机普遍使用的的测量头。而软测头主要是由两种主成一个是触发式测量头和电感式三维模拟测量头，这两种测量头前者多用于生产型的三坐标测量机，后者多用于计量型三坐标测量机。产厂商生产研发也初具规模，产品种类丰富多样，从精密型到生产型都有对应的产品型号，在国内的市场也有一定的比重。第二章CMM机的主要功能及组成2.1测量机的功能现代的三坐标测量机都配有不同的计算机。因此三坐标测量机的功能很大程度上取决去所配计算机软件的功能。计量型和生产型三坐标测量机的基本测量功能相仿，但计量型三坐标测量机往往有许多特殊的测量功能。1、基本测量功能：包括对一般几何元素的确定（如直线、圆、椭圆、平面、圆柱、球、圆锥等），对一般几何元素的几何误差测量以及对曲线的点到点的侧量和对一般几何元素的联结、坐标转换、相应误差的统计分析，必要的打印输出和绘图输出等。2、特殊测量功能：包括对曲线的连续扫描，圆柱与圆锥齿轮的齿形、齿向和齿距测量，各种凸轮和凸轮轴的测定以及各种螺纹参数的测量等。3、计量型三坐标测量机还可以用于机械产品计算机的辅助设计与辅助制造。如汽车车身设计从泥模的测量到主模型的测量；冲模从数控加工到加工后的检验，直到投入到生产后的定期磨损检验等，都可以用三坐标测量机完成。2.2主要组成图2-1三坐标机图2-2测量机主示意图1、主机机械系统（X、Y、Z三轴或其它）2、侧头系统3、电气控制硬件系统4、数据处理软件系统（测量软件）2.3主机结构主体1、框架，是指量测机的主体结构架子。它是工作台、立柱、桥框、壳体等机械结构的集合体。2、标尺系统，是测量机的重要组成部分，是决定仪器精度的一个重要环节。三坐标测量机所用的标尺有线纹尺、精密丝杠、感应同步器、光栅尺、磁尺及光波波长等。该系统还应包括数显电气装置。3、导轨，是测量机实现三维运动的重要部分，测量机多采用滑动导轨、滚动轴承导轨和气浮导轨，而以气浮静压导轨为主要形式。气浮导轨由导轨和气垫组成，有的导轨体和工作台合二为一。气浮导轨还应包括气源、稳定器过滤器、气管、分流器等一套气体装置。4、驱动装置，是测量机的重要运动机构，可实现机动和程序控制伺服运动的功能。在测量机上一般采用的驱动装置有丝杆丝母、滚动轮、钢丝、齿形带、齿轮齿条、光轴滚动轮等传动，并配以伺服马达驱动。直线马达驱动正在增多。5、平衡部件，主要用于Z轴框架结构中。它的功能是平衡Z轴的重量，以使Z轴上下运动时无偏差无干扰，使得检测时Z向测力稳定。如更换Z轴上所装的侧头时，应重新调节平衡力的大小，已达到新的平衡。Z轴平衡装置有重锤、发条或弹簧、气缸活塞杆等类型。6、转台与附件，转台是测量机的重要元件，它使测量机增加一个转动运动的自由度，便于某些种类的零件的侧量。转台包括分度台、单轴回转台、万能转台（二轴或三轴）和数控转台等。用于坐标测量机的附件很多，视需要而定。一般指基准平尺、角尺、步距尺、标准球体（或立方体）、测微仪及用于自检的精度检测样板等。7、三维侧头即是三维测量的传感器，它可在三个方向上感受瞄准信号和微小位移，一实现瞄准与测微两种功能。测量的侧头主要有硬测量头、电气测头、光学测头等，此外还有侧头回转体等附件。测头有接触更非接触之分。按输出信号分，有用于发信号的触发式测头和用于扫描的瞄准式测头、测微式测头。2.4电气系统1、电气控制系统是测量机的电气控制部分。它具有单轴与多轴联动控制、外围设备控制、通信控制和保护与逻辑控制等。2、计算机硬件部分，三坐标测量机可以采用各种计算机，一般有PC机和工作站等。3、量测软件，包括控制软件与数据处理软件。这些软件可进行坐标交换与测头校正，生成探测模式与测量路径，可用于基本几何元素及其相互关系的测量，形状与位置误差测量，齿轮、螺纹与凸轮的测量，曲面的测量等。具有统计分析、误差补偿和网络通信等功能。4、打印与绘图装置，此装置可根据测量要求，打印出数据、表格，亦可绘制图形，为测量结果的输出设备。2.5三坐标机测量优势非接触式测量：即对扫描目标物体无需进行任何表面处理，直接采集物体的表面的三维数据。可以用于解决危险的目标、环境(或柔性目标）及人员难以企及的情况，具有传统测量方式难以完成的技术优势。数据采样率高：采用激光方法测量的激光扫描测量机可以达到75000点/秒。主动发射扫描光源：即激光，通过探测自身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息，因此在扫描的过程中，可以不受扫描环境的时空约束进行测量。高分辨率、高精度：激光扫描技术所采得的数据是直接获取的数字信号，具有全数字特征，易于后期处理机输出。能够与其他常用的软件进行数字交换及共享，如geomagic、imageware、UG、Catia等。第三章三坐标机实际测量过程3.1测量方法分类1、接触式探针测量三坐标测量仪（最常用最普遍的）2、影像复合式三坐标测量仪3、激光复合式三坐标测量仪（主要应用于产品测量与逆向抄数扫描）其中，接触测量方式常用于机加工产品、压制成型产品、金属膜等的测量。为了分析工件加工数据，或为逆向工程提供工作原始信息，经常需要用三坐标测量机对被测工件表面进行数据点扫描。三坐标测量机的扫描操作是应用DMIS程序在被测工件表面特定的区域内进行数据点采集，该区域可以是一条线也可以是一个面或是零件的一个截面、零件的曲面或距边缘一定距离的周线等。将被测物体置。3.2注意事项1、工件在吊装之前，要将探针退回坐标原点，为吊装位置预留较大的空间；工件吊装要平稳，不可撞机三坐标测量机任何构件。2、正确安装零件，安装前确保符合零件与测量机的等温条件。3、建立正确的坐标系，保证所建的坐标系符合图纸的要求，才能确保所测数据准确。4、编好程序自行运行时，要注意防止探针与工件的干涉，撞坏探针，故需要注意要增加拐点。3.3三坐标量测机应用与操作流程图3-1坐标的建立传统方法建立坐标系是首先测量一个平面，在测量一条直线和一个点，然后利用“坐标系”下拉菜单中得“校准”选项建立坐标系。测量的平面可以作为所建坐标系的任意工作平面，机XY、YZ、ZX平面均可；测量的直线可以作为X、Y、Z三轴中的任意一轴；而测量的点可以作为坐标系的原点，这样用户坐标系便建立起来了。图3-2坐标的检测与完善如图1-3评价列表是经过评价所得的内容，但在评价完成后，为了确保程序能够正常运行，要对五项进行检测与完善。图3-3被测工件在零件上表面测量3个点拟合一平面找正。在零件前端面上测量2个点拟合一直线旋转轴。在零件左端面测量一个点设定原点。3.4操作流程开机：打开开关的电源连接装置开启进气阀开关：用于锁紧治具的开关开启电脑的开关打开电脑开关进入量测软件系统1.打开UCC和制造管理系统输入自己的工号及密码2.打开CMM量测系统3.进入侧头校准的窗口页面，按下“设定侧头直径”并KEY直径，按下开始，机床开始校准白球。图3-4校白球4.再进行校准机床UPC治具的坐标，侧头点在四个圆面上，并显示出机床坐标的的偏移量，在将气阀开关打开放入大盘（UPC校正治具），关上开关继续进行校正。5.方上校正盘后，侧头在在校正盘上点平行及中心坐标。6.得出测得的X、Y、Z值的偏差量，如果偏差太大的话，那就要从新的校正坐标，最后校正出在偏差之内的数值方可进行校正工件。7.机床校正后，便可以测量工件了，先看被测工件的工号及件号，把工件的基础信息储存在晶片内，在打开工件的加工单，以确定工件正确的摆放位置及基准角的方向，以便得出正确的数值出来。图3-5存晶片8.量测工件一开始，先打开CMM量测系统的页面，点开工作→再打开前置外补正→再点下读取，先用晶片扫描器扫描一下晶片电脑自动读取工件的3D档案自动在表面打点，得到工件具体的信息，先是测量平行，得出结论后自动显示，先确认是否在允许的公差范围之内（1~5u之内），如果在公差之内可以进行下一步，如若不是，便用铜块敲击工件，直到平行在允许的公差之内就可以测量平面值了。9.测量平面时，测针在UPC治具板和工件上分别打4个点，并汇出4个点的测量数值，便可以得到这4个点是不是在同一平面了，如果平面差的太多的话，先确认是否被测的平面有杂质，用布或擦刀纸擦拭，看看能否通过。如果还不能通过的话，用铜块敲击高的那一个点，再进行测量，如若还是不行，就将工件拆除，用一次元测量或重新装夹。图3-6平行测试10.在这一切都测量完后，再将之前的点重新点一次，以便得出最终的答案。测量结束后侧头自动回到初始的位置。在侧头回归的初始的位置时，系统会把得到的数据存储在晶片内，以方便下一制程的工作人员调取。11.晶片在得到数据后，还需要进行手动验证得到的数据是否准确有效，因为有时大道倒角或特殊的位置时系统不会显示，但是数值是错的，所以干出的工件有可能过切或预留，也有可能重新制新。这行不但会增加人力物力的浪费，也会耽误工件的交期，产生很严重的后果。12.在手动确认时，先打开加工单，看一对工件的标注，在将工件分中进行检查。移动侧头让侧针分别在工件的X+、X、Y+、Y-、Z值的方向上点击，得到X、Y、Z的数值，在与之前自动跑点得到的数值进行对比，看是否有过大的出入。如果没有那就以手动跑点为准，如果手动与自动跑点有很大的偏差时，首先是先在次确认这一次看看与那次的数值一致，如果与手动一致的话，打开“通报书”看看是否有降面的通知，如果有看看降了多少将这个数值在原有的的基础上减去。如果没有通知，那便要用UG抓一下工件的具体数值在用测针确认，如果还是有很大的出入，那就以UG抓的数值为准。再将得到的数值存进晶片。图3-7对比13.一切完备后，点进MPMS系统将工件送到下一制程，并提示下一制程的人即使接收，以防系统将延迟工件报出。3.5未来发展趋势坐标机行业的发展壮大也从侧面体现了机械制造业对新技术的应用。例如空气轴承和导轨的改进及应用、控制理论和技术应用创新、计算机软硬件方面的集成进步、各类新式接触式侧头和非接触式侧头的开发研究，都为坐标测量机产业的发展提供了理论指导和技术指导，坐标机的产品更新换代也标志着这些技术的成熟应用。与此同时这些技术的发展，使得测量机能够针对特定的测量任务、测量环境选择出最佳的类型，也能够得到最佳的理想的测量结果。坐标测量机行业的发展的成熟程度与国家的工业发展水平密切相关，反映了一个国家的机械水平和机械加工水平。在国际上欧美和日本的测量机品牌受到了各界人士的认可，例如德国的Zeiss、Leitz，美国的Brown&Sharp，瑞士的Leica，意大利的DEA，日本的三丰公司等。上述公司都是以各种各具特色的坐标机而著称，反映了各自国家的工业制造水平。在国内自改革开放以来工业方面的进步和检测行业的需求要求坐标量测机行业尽快实现国产化、自主品牌的坐标测量机生产厂商生产研发也初具规模，产品种类丰富多样，从精密型到生产型都有对应的产品型号，在国内的市场也有一定的比重。随着现代工业的不断进步，先进制造技术、各种工程项目与科学实验的需要，对三坐标测量机不断的提出新的、更高的标准。而结合目前国内外测量机的发展情况要求看，在今后的一段时间内，主要概括为以下几方面：一是随着生产节奏的加快，用户要求测量机在保证精度的情况下也要在测量速度方面也提出了更高的要求。二是在测量机的机构跟材料的变化方面着手，使用轻质材料来降低运动惯性，由花岗岩转变为密度与杨氏模数之比低的材料、薄壁空心结构等。三是在制造控制系统的改进，现代的机以后