Шестиосевые измерительные машины

2 Августа 2012 Разработка 6-осевой координатно-измерительной машины (КИМ) была начата в Саратове в 1978 году группой специалистов, в которую вошли конструкторы, физики-оптики, электронщики, математики и программисты. К тому времени ни в СССР, ни за рубежом конструкция подобных машин не была проработана даже теоретически. Первый образец КИМ был изготовлен в 1985 году. Затем был получен патент с приоритетом от 1989 года.
В настоящее время преимущества новой конструкции прецизионных машин, объединяющих функции измерения и обработки, не вызывают сомнений. Работы в этом направлении интенсивно ведут известные зарубежные фирмы - такие как Gidding and Lewis, Ingersoll, Geodetics, INA, Siemens, ibag, Hexel, Hitachi, Seiki, Comau, Okima, Toyoda, Mikromat, Mikron, Umform Technik Erfurt. В зарубежной литературе последнего времени для обозначения такой конструкции используется термин «гексапод» или «машины с параллельной кинематикой».
Машины серии КИМ предприятия «Лапик» по сравнению с оборудованием Gidding and Lewis (USA) и Geodetic Technology (GB) при сопоставимой зоне перемещения инструмента имеют в 6 - 15 раз большую точность, в 4 - 8 раз меньшую массу, в 4 - 6 раз меньшее энергопотребление. При этом, оборудование зарубежных фирм в своем большинстве является опытными образцами, не имея значительного промышленного применения.
Фирмой «Лапик» уже в 1991 году передана в эксплуатацию КИМ; к настоящему времени более 30 машин эксплуатируется на предприятиях авиа- и моторостроения, в автомобильной и других видах промышленности.
В 1994 году измерительные машины КИМ-500 и КИМ-750 были сертифицированы Госстандартом России и внесены в Государственный реестр средств изменений. В настоящий момент вся гамма производимых в ООО «Лапик» измерительных машин сертифицирована Госстандартом России, а КИМ-500 и КИМ-750 прошли международную сертификацию.
На авиасалоне «МАКС» машина выставлялась с 1993 года. В 1994 году была представлена на выставке «Технологии из России» в Вашингтоне. В 1997 году машина демонстрировалась на выставке CIMT в Пекине, а с 1998 года ежегодно на выставке «Металлообработка» в московском «Экспоцентре».
Приоритет разработок компании «Лапик» в данной области, их высокий уровень отмечаются специалистами в отечественных и зарубежных журналах. На конструктивные, схемные и технологические решения, программное обеспечение получено более 20 патентов.

При разработке конструкции решался ряд задач: обеспечение малых погрешностей при измерении и позиционировании инструмента, обеспечение достаточно больших размеров рабочей зоны, жесткости конструкции при минимизации себестоимости производства. Положения шарниров на каретке и неподвижной раме выбирались определенным образом, чтобы обеспечить минимальные коэффициенты передачи погрешностей отдельных линейных измерителей (интерферометров) в суммарную погрешность позиционирования всей машины. Этот критерий, заменяющий собой известный принцип Аббе для традиционной конструкции с направляющими, может быть сформулирован в терминах требования ортогональности матрицы, построенной определенным образом на шести парах векторов, описывающих направления в конструкции; причем на практике требуется обеспечить приемлемые параметры во всей зоне машины. В силу этого окончательный вариант конструкции явился результатом численного моделирования по критериям, описывающим непосредственно коэффициенты передачи ошибок и усилий с помощью специально разработанных программ.
Переход к новой стержневой конструкции позволил намного уменьшить массу подвижных и неподвижных частей, увеличить быстродействие, длительно сохранять показатели точности.
Оптическая координатно-измерительная система состоит из шести лазерных интерферометров. Все интерферометры запитаны светом от одного стабилизированного по частоте серийного гелий-неонового лазера типа ЛГН- 303. Система доставки света и сами интерферометры разработаны в ООО «Лапик». Поскольку в КИМ интерферометры работают в жестких условиях при переменном направлении лучей, в конструкции интерферометров применены решения, минимизирующие погрешность измерений: модуляция интерференционной картины, наложение неразвернутых пучков в пределах одной полосы, обеспечение равной длины хода опорного и предметного лучей.

Шестиосевые КИМ - поколение измерительных машин с новыми функциональными возможностями:

• плавно управляемый наклон щупа позволяет производить шестимерное «ощупывание» при измерении ранее недоступных мест — «мертвых зон» детали (внутренних торцов, криволинейных каналов, разнонаклонных узких отверстий с прямой и обратной ступенчатостью, сопрягаемых поверхностей с R<0,03 мм), при контроле детали со сложной поверхностью за одну установку;
• более высокая производительность;
• КИМ оснащена системой самокалибровки, позволяющей обеспечивать паспортную точность КИМ в нетермостабильных условиях на протяжении всего срока эксплуатации;
• двухступенчатая система виброзащиты позволяет эксплуатировать машины в цеховых условиях без использования специального фундамента;
• машина не требует пневмосистемы.

Таким образом, впервые в мире была создана интегрированная измерительно-обрабатывающая система, воплощенная в машину, которая стала официальным средством измерения по стандартам ISO. Первый образец работает на производстве уже более 15 лет.

Журнал «Ритм», август 2008