Como Máquinas de Medição por Coordenadas (CMM) Otimizam a Precisão na Manufatura Moderna

Última atualização em 24 de dezembro de 2021 | Por WayKen

A indústria moderna é caracterizada pela precisão dos elementos fabricados. Já é avaliada em décimos de mícron e continua crescendo incessantemente. Na verdade, a precisão das máquinas-ferramenta declarada pelos fabricantes cresceu tanto que fica cada vez mais difícil medir o desvio real da peça fabricada. Assim, novas formas de controle e equipamentos de metrologia são constantemente desenvolvidos e aprimorados. Um dos equipamentos flexíveis, rápidos e precisos para estimar precisão de peça é a Máquina de Medição por Coordenadas (CMM).

Como Funciona a Máquina de Medição por Coordenadas (CMM)

Uma máquina utiliza uma sonda eletrônica extremamente sensível para analisar uma sequência de pontos discretos da geometria de uma peça de produção. Esse teste é usado para calcular a conformidade da peça a requisitos específicos.

A CMM é frequentemente usada para avaliar uma peça ou sua montagem para determinar se respeita o design original do espécime. São integradas em fluxos de trabalho de teste de qualidade ou controle de qualidade para analisar dimensões de peças fabricadas e prevenir possíveis problemas de qualidade.

O procedimento de trabalho das máquinas de medição por coordenadas (CMM) inclui duas coisas. Mede pela geometria manual de um objeto, e magnitudes do objeto tocando a sonda montada no eixo móvel da máquina. Também assegura que as peças são iguais ao design corrigido. Opera através dos seguintes passos.

A peça a ser analisada é colocada na base da CMM. A base é feita de material rígido e estável, basicamente o local de medição. Essa estabilidade garante que a medição seja precisa independentemente de forças externas que possam alterar a operação. Todos os componentes montados acima da placa da CMM podem mover-se e são equipados com sonda de toque. A CMM controla o portal no próximo passo para mover a sonda ao longo do eixo tridimensional. Ao realizar este passo, cada faceta da peça é replicada para medi-la.

Quando a sonda toca a peça a ser medida, envia um impulso elétrico que é mapeado pelo computador. Repetindo este passo com muitos pontos, você delineará a estrutura da peça.

Após a etapa de medição, a próxima é o procedimento de análise, após a sonda detectar as coordenadas X, Y e Z da peça. Os dados obtidos são analisados para construção de características. O mecanismo de ação é o mesmo para todas as CMMs que usam sistema de câmera.

Componentes de uma Máquina de Medição por Coordenadas (CMM)

Uma CMM é composta por várias partes. As porções a serem analisadas são montadas em uma laje sólida, geralmente de granito, sobre superfície plana. A sonda eletrônica, que vem em vários tamanhos e categorias, monta em um estilete com mola. Este estilete está ligado a um portal que se move em plano de coordenadas X-Y-Z tridimensional.

O estilete e a sonda podem se mover independentemente para obter várias características da peça. Usando um joystick, controlamos todas as ações do portal e da investigação respectivamente. Componentes da CMM incluem:

• Sonda (Probe)
• Mesa de granito (Granite table)
• Fixadores (Fixtures)
• Secadores e Compressores de Ar (Dryers and Air Compressors)
• Software

Qual a Função de uma Sonda?

Uma sonda é uma das partes mais essenciais de uma CMM, pois faz contato físico, em vez de usar reflexo óptico ou lasers. Uma de suas melhores características é que não depende de esferas circulares feitas de rubi ou outra substância formal e estável que não altera seu tamanho devido a mudança de temperatura.

A sonda e o estilete são construídos para funcionar coletivamente. Relacionados a eletrônica extremamente sensível capaz de detectar o menor desvio em atrito elétrico proveniente da sonda.

Quando a ponta esférica toca o objeto sólido, é forçada a desviar e produz sinal elétrico apprehendido no computador. Esses pontos podem ser analisados conforme regulamentos da peça substancial.

Como Ser Utilizada?

O principal propósito desta coleta de pontos é duplo. Pontos particulares são usados para analisar medidas das peças reais contra dados de lista do cliente CAD para teste de qualidade.

Ou esses graus coletivos podem delinear a silhueta da porção criando "nuvem de pontos". Técnica benéfica quando apenas uma peça espécime é usada como base de programa CAD para delinear mais peças, como feito com usinagem CNC.

A CMM é extremamente útil ao calcular pontos dentro de furos. Essas áreas não são fáceis de avaliar com outros sistemas ópticos porque o brilho tende a indicar e saltar, causando imprecisão por interferência.

Mesa de Granito

Componente essencial da máquina CMM porque é muito rígida e estável. Não afetada por temperatura como outros elementos. Taxa de desgaste comparativamente baixa. Granito é perfeito para medição de alta precisão porque permanece inalterado ao longo do tempo.

Fixadores

Fixadores são ferramentas importantes usadas como agentes de estabilidade e suporte na maioria das funções de fabricação. São ferramentas de CMM e funcionam fixando peças em seus respectivos lugares. Fixação da peça é necessária pois peça em movimento pode levar a erros de cálculo. Outros componentes de fixação disponíveis: ímãs, grampos e placas de fixação.

Secadores e Compressores de Ar

Compressores de ar e secadores são componentes comuns de CMMs incluindo tipo portal ou pontes padrão.

Software

Software necessário para analisar a sonda e sensibilidade dos outros componentes.

Diferentes Tipos de CMM

CMM Tipo Ponte (Bridge CMM)

Este tipo tem sistema de sondagem que se move ao longo dos três eixos dimensionais. No plano de coordenadas, esses eixos são mantidos ortogonais entre si.

Cada eixo é equipado com sensores que monitoram posição da sonda em micrômetros enquanto move e detecta pontos na superfície do objeto. Esses pontos são coletivamente conhecidos como nuvem de pontos. Ilustram a área de superfície do objeto que usuários precisam investigar.

CMM Tipo Portal (Gantry CMM)

CMMs tipo portal são como CMMs ponte; porém, geralmente muito maiores. Porque são construídos para remover necessidade de levantar peça para mesa e oferecem níveis de precisão similares. Usados para peças muito pesadas ou enormes. Devem ser montados em fundação sólida, diretamente no chão.

CMM Tipo Cantilever (Cantilever CMM)

CMM cantilever é diferente de CMM ponte pois a cabeça de medição está presa apenas a um lado da base rígida da CMM. CMMs cantilever fornecem acesso aberto a técnicos de inspeção nos três lados para facilidade de função.

A Aplicação Multipropósito da CMM na Manufatura Contemporânea

CMM é o meio mais avançado de medição automatizada e manual, encontrou multidão de usos possíveis na indústria. Muitos tipos de CMM tornam possível usar tanto em peças grandes (tipo portal) quanto pequenas (tipo cantilever). Variedade de tipos de sonda (mecânica, óptica, laser, luz branca) garante que você pode medir até superfícies que não devem ser tocadas por sonda ou outro objeto. Alto grau de automação da CMM permite usá-la manualmente por operador e cortar mão de obra automatizando para operações repetidas onde grandes volumes de produção são concernidos.

Como usar máquina CMM dependerá dos objetivos que você quer alcançar. Nível de flexibilidade e precisão dá aos fabricantes muitas oportunidades. Você pode usar CMM após usinagem ou medir peças existentes para redesenhá-las, ou usá-la como parte de cadeia de fabricação automatizada. Muitas opções, algumas listadas nos parágrafos seguintes.

O Que Você Deve Fazer Antes de Usar CMM

Máquinas CMM são os instrumentos mais precisos para medições. Podem estimar falhas em peças menores que mícron. Porém, para serem tão precisas quanto feitas, o operador deve preparar completamente o equipamento. Nível de preparação depende da precisão da peça medida. Se falamos de peças com maior precisão (tolerância IT6 ou menor), você terá que preparar tanto a CMM quanto a área onde fará medições. Deve ter porcentagem específica de umidade e temperatura dentro do ideal e extremamente limpa, pois, nessa precisão, até minúsculas partículas de poeira afetam resultado.

A CMM em si é geralmente calibrada usando esfera de metal extremamente precisa. Seu tamanho e desvio de forma são conhecidos no mais alto grau. Posição da esfera na mesa de granito é conhecida (geralmente há fixador especial no centro da mesa). A sonda deve tocar a esfera em vários pontos e determinar diâmetro e desvio de forma. Medidas são ajustadas conforme desvio e esfera medida novamente para garantir configurações corretas salvas.

CMM para Medição de Superfícies Lineares

Medidas mais simples incluem tolerâncias de superfícies lineares ou cilíndricas. Na maioria dos casos, medidas pelo operador usando micrômetro ou paquímetro logo após usinagem. Qual o ponto de usar CMM se ferramenta mais simples faz o trabalho?

A resposta é automação de todos os processos. Todos os conceitos modernos de indústria, incluindo Indústria 4.0 futurista, incluem alto grau de automação onde até movimentos e tarefas adicionais são feitos sem operador. Bom exemplo: controle de qualidade. Você pode programar CMM para realizar ações idênticas em qualquer número de peças em lote. Porém, precisará de fixador automatizado e robô adicional para carregar/descarregar peças antes e depois do controle.

CMM para Medição de Superfícies Complexas

O principal propósito das máquinas de medição por coordenadas é medir superfícies complexas. Por isso, quando usadas para peças como pás de turbina, asas de avião, impulsores de bomba e outros componentes com superfícies incomuns, a CMM trabalha em seu potencial máximo. Automação de tais trabalhos também é possível se você faz grande lote de peças idênticas e são tão precisas que cada uma deve ser verificada. Porém, na maioria dos casos, tais peças são medidas manualmente pelo operador.

Para medir superfície complexa, o operador moverá a sonda ao longo dos três eixos manualmente com controle remoto até a sonda tocar a peça onde precisa. Após muitas medições, pontos são analisados e perfis da peça conectados como splines. Medidas comparadas a modelo 3D da peça (incluindo desvios aceitáveis) ou outros dados onde tamanhos requeridos são mostrados.

CMM para Relacionamento e Desvios de Forma

A maioria das peças de alta qualidade não é caracterizada apenas pelo erro de dimensões, mas pela precisão de suas formas superficiais e posição em relação umas às outras. Esses desvios são especialmente importantes para peças rotativas para diminuir vibração e garantir suavidade de movimento. Medição CMM para tais desvios não difere muito de medição de superfícies complexas. Todos os desvios de forma e relacionamento têm superfície base para comparação. Para atingir requisitos de precisão, você prende a peça na superfície base e mede a requerida. Se falamos de relacionamento entre duas superfícies, projete fixador para prender a primeira e medir a segunda.

Medição de Acabamento Superficial por CMM

Perfilômetro é instrumento mais difundido para medir acabamento superficial. Porém, máquinas CMM também medem acabamentos superficiais devido à sua precisão excepcional. Porém, você teria que trocar a sonda por agulha especial. A agulha mover-se-á ao longo de uma superfície e determinará qualquer irregularidade microscópica que forma o acabamento.

Como a WayKen Pode Ajudar Você

Na WayKen, operamos sistema de qualidade certificado pela ISO 9001:2015. Se quer peças usinadas com tamanhos e formas mais precisos, sinta-se à vontade para nos contatar antecipadamente para discutir requisitos de medição de suas peças. Para saber mais, faça upload de arquivos CAD e solicite orçamento aqui.