数控测量的应用和操作

3．3数控测量

利用坐标测量技术、计算机测控技术及最先进的动态测量系统，配合各种通用或专用测量软件，实现三维工件的测量。

三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，CMM)是20世纪60年代中期出现的一种高效率的精密测量仪器。随着计算机技术的进步以及电子控制系统、检测技术的发展，为三坐标测量机向高精度、高速度方向发展提供了强有力的技术支持。CMM在工业界的应用开始于对棱柱类零件的快速、精确测量。但随着CMM各方面技术的发展(如回转工作台、触发式测头的产生)，特别是计算机控制的CMM的出现，目前，CMM已广泛应用于对各类零件的自动检测。与投影仪、轮廓测量仪、圆度测量仪、激光测量仪等相比较，CMM具有适应性强、功能完善等特点。坐标测量机的出现，不仅提高了检测设备的水平，而且在自动化检测中也是一个重要的突破。

计算机控制的CMM具有全自动执行检测、分析检测数据和输出检测结果的功能，而一般的CMM仅具有手动控制功能或手动控制加示教功能。目前，随着计算机硬件性能的提高和价格的降低，绝大部分CMM均配有计算机，利用计算机可对测量所得的数据进行在线分析，以判别被测工件是否合格。同时也可以使用统计技术来确定工艺能力是否满足，分析误差来源等。

除了在质量检测方面使用CMM外，CMM还可应用于对实物的仿制加工中，即所谓逆向工程(Reverse Engineering，RE)。在这种情况下，由CMM测量实际工件，并将测量所得的数据传送到CAD/CAM系统中，由CAD/CAM系统对这些数据进行加工处理，建立CAD模型，并进一步生成加工指令来指导加工。

3．3．1三坐标测量机的结构及测量原理

图3－1　三坐标测量机主机机械系统组成示意图

1—Z轴部件;2—X轴支撑梁和导轨;3—Y轴支撑梁和导轨;4—立柱;5—底座;6—测量工作台;7—测头

三坐标测量机由主机机械系统、测头系统、电气控制硬件系统和数据处理软件系统(测量软件)组成。如图3－1所示，三坐标测量机的主机机械系统由以下几部

分组成:底座5、测量工作台6、立柱4、X轴支撑梁和导轨2、Y轴支撑梁和导轨3、Z轴部件1及测量系统。测头7通过三个坐标轴导轨可在三个空间方向自由移动，在测量范围内到达任意一个测点。三个轴的测量系统可以测出测点在X，Y，Z三个方向上的精确坐标位置。根据被测几何型面上若干个测点的坐标值即可计算求出被

测物体的几何尺寸和形位误差。另外，在测量工作台上，还可以配置绕Z轴旋转的分度转台和绕X轴旋转的带有顶尖座的分度头，以方便螺纹、齿轮、凸轮等的测量。

CMM在尺寸上有很大的差别，小的手动控制的CMM其体积可能只有0．05 m³，而大的CMM可用来测量整个汽车的外轮廓。CMM的测量范围是由三维测头在空间X，Y，Z方向所能移动的最大范围确定的。在实际使用当中测量范围受到工作台大小以及工件不同形状的限制。为了适应不同用户的要求，制造商一般向用户提供一系列不同测量范围、不同配置的CMM。

3．3．2三坐标测量机的使用操作

CMM的操作与CNC机床相似。在计算机控制的制造系统中，CMM的控制程序和坐标数据可以由中央计算机传送，测量结果亦可反馈给主控计算机。

1．机械操作/机器的启动

接通数显电源，将测头的初始位置(相对零件)记忆下来(或数显表清零)，从测头的初始位置开始，随着工件测到不同的位置，数显上会显示相对应的数值，然后输入到计算机中，进行数据处理，打印出结果。

2．机械操作/划线与测量

(1)操作前先将X，Y，Z三个方向的导轨擦干净，使机器在三个方向移动灵活。

(2)将被测工件放在工作平台上，安放的位置尽可能在操作员操作最为方便的地方，划线时用百分表找正。

(3)选择适当的划针或测头(在安装或更换划针或测头时，需要把Z向滑板锁紧，安装好后再松开)。

(4)划线与测量，手动粗调X，Y，Z三个方向，使划针或测头接近工件，然后用手旋转X，Y，Z三个方向的操作手轮，使划针或测头到位。操作时应注意:锁紧某一运动轴后，不应再转动操作手轮或推动该轴进行任何运动，否则会出现手轮操作打滑或锁紧失效等现象。

(5)数显表X，Y，Z三个方向清零。

重复操作，将数显表显示出的数据输入计算机中，经计算机处理后，打印结果，并绘制出图形。

3．机械操作/电气系统操作(www.xing528.com)

(1)开机前，首先检查坐标测量机数显与其他设备的连线及计算机系统的连线是否正常，清除计算机系统及电源插座周围的闲杂物品，以免发生意外。

(2)打开电源接线板开关，当电源指示正常后，依次打开打印机电源，显示器电源、数显接口箱电源，最后打开计算机电源。

(3)打开计算机电源后，计算机系统首先进行自检测试，同时显示Windows的起始画面。屏幕显示稳定后，系统开机正常。

(4)结束坐标测量机的操作后，关闭计算机系统电源。关机时，请按照以下顺序进行关机操作:

①将坐标测量机的三个运动轴移动到坐标的起始位置，锁紧每个运动轴的机械锁紧装置，确认三个坐标轴不能随意移动。

②退出当前的坐标测量软件的运行，返回Windows操作系统，从“开始”菜单进入Windows的关闭系统操作。关闭打印机电源和显示器电源，关闭数显接口箱电源，关闭电源接线板开关，使用防尘布或其他防尘罩盖计算机。

4．维护与保养

(1)立柱导轨、横臂导轨、工作台台面及工作台上的导轨需保持清洁，为防止锈蚀，可在导轨表面涂少许机油。

(2)移动各个坐标轴前，应用柔软的绸布擦拭测量机的导轨面和测量机的工作平台表面，以免尘土对测量造成不良影响。

(3)结束测量操作时，应将测量机的运动轴移动到起始位置，将Z轴降到最低位置，横臂停放在Y轴滑板中间偏后一点，然后锁紧每一运动轴，关闭电源。

(4)任一运动部件快接近终端时，必须降速，防止因速度快撞击定位块引起机器振动，而降低机器的精度。

(5)定期质检每三个月对主要精度指标检测一次，每半年将精度指标检测一次。

(6)当工作台表面或运动轴导轨面出现污迹时，请用无水乙醇做表面擦拭，清除污迹。如果工作台表面或运动轴导轨面出现锈斑，可以用高标号汽油或机油擦试。

(7)日常工作时，应注意工作间的防潮与防尘，要定时清洁。

5．使用环境要求

由于三坐标测量机是一种高精度的检测设备，其机房环境条件的好坏，对于测量机的影响至关重要。这其中包括检测工件状态及环境、温度条件、振动、湿度、供电电源、压缩空气等因素。

(1)检测工件的状态及环境。检测工件的物理形态对测量结果有一定的影响。最普遍的是工件表面粗糙度和加工留下的切屑。冷却液和机油对测量误差也有影响。通常，灰尘和脏东西可集中在测球上影响测量机的性能和精度。类似的影响测量精度的情况还很多，大多数可以避免，建议在测量机开始工作之前和完成工作之后进行必要的清洁工作。

(2)温度条件。影响测量的主要环境因素是温度。现代化大生产，测量机有许多直接在生产车间现场使用，鉴于生产现场的条件往往不能满足对温度的要求，大多数测量机制造商开发了温度自动修正补偿系统。温度自动修正补偿系统是通过对测量机光栅和检测工件零件温度的监控，根据不同金属的温度膨胀系数，对测量结果基于标准温度进行修正。

(3)振动。由于较多的测量机转而应用在生产现场，振动成为一个经常性的问题。比如冲压机、空压机或其他重型设备在测量机的周围将会对测量机产生严重影响。较难察觉的是小幅振动，如果同测量机自身的振动频率相混淆，对于测量精度也会产生较大影响。因此，测量机的制造商对于测量环境的振动频率与振幅均有一定的要求。

(4)湿度。相对其他环境因素，湿度并不是个大问题。为防止块规或其他计量设备的氧化和生锈，要求保持环境湿度在40%以下。

(5)供电电源。为保证控制系统和计算机系统以及同外部联网的良好运作，对于供电电源有一定的要求，这包括:电源电压变化、频率要求以及接地装置、屏蔽装置的要求等。

(6)压缩空气。许多坐标测量机由于使用了精密的空气轴承而需要压缩空气。对于坐标测量机的采购者，应当满足测量机对压缩空气的要求，防止由于水和油侵入压缩空气对测量机产生影响，同时应防止突然的断气，以免对测量机空气轴承和导轨产生损害。