Горизонтально-расточная КИМ

Горизонтально-расточная КИМ — это тип координатно-измерительной машины (КИМ), предназначенный для контроля геометрических параметров крупногабаритных деталей и сборочных единиц, конструкция которой ориентирована на измерение в горизонтальной плоскости. В отличие от портальных или мостовых КИМ, горизонтально-расточные машины имеют подвижную измерительную головку, закреплённую на горизонтальной штанге (расточной оправке), что позволяет выполнять измерения в труднодоступных местах, на внутренних поверхностях и в глубоких отверстиях. Основное применение — контроль корпусных деталей, блоков цилиндров, картеров, станин станков и других изделий машиностроения, где требуется высокая точность при больших габаритах.

История

Появление горизонтально-расточных КИМ связано с развитием координатно-измерительной техники в 1960–1970-х годах, когда возникла потребность в контроле крупных деталей, которые невозможно было разместить на стандартных портальных или мостовых машинах. Первые образцы создавались на базе горизонтально-расточных станков, оснащённых измерительными головками и системами обратной связи. В СССР такие машины разрабатывались на заводах тяжёлого станкостроения (например, на Коломенском заводе тяжёлого станкостроения) и применялись в авиационной и автомобильной промышленности.

В 1980-х годах с внедрением компьютерного управления и лазерных интерферометров точность и автоматизация горизонтально-расточных КИМ значительно возросли. Современные модели, выпускаемые такими компаниями, как Zeiss, Hexagon Manufacturing Intelligence и Wenzel, оснащаются сенсорными и сканирующими датчиками, системами температурной компенсации и программным обеспечением для автоматического построения отчётов.

Конструкция и принцип работы

Горизонтально-расточная КИМ состоит из следующих основных узлов:

• Станина — массивное основание из гранита или высокопрочного чугуна, обеспечивающее жёсткость и виброустойчивость.
• Колонна — вертикальная стойка, по которой перемещается каретка с измерительной головкой.
• Горизонтальная штанга (расточная оправка) — подвижный элемент, несущий измерительный датчик. Штанга может выдвигаться в горизонтальном направлении, обеспечивая доступ к внутренним полостям детали.
• Измерительная головка — содержит контактный или бесконтактный датчик (щуп), фиксирующий координаты точек поверхности.
• Система перемещений — прецизионные направляющие (роликовые или воздушные) и сервоприводы, обеспечивающие перемещение по трём или более осям (обычно X, Y, Z, а также поворотные оси A и B).
• Система измерения — лазерные интерферометры, оптические линейки или индуктивные датчики, определяющие положение штанги с точностью до микрометров.
• Программное обеспечение — управляет процессом измерения, обрабатывает данные и строит трёхмерные модели.

Принцип работы заключается в последовательном позиционировании измерительной головки в заданных точках поверхности детали. Датчик регистрирует отклонение от эталонной траектории, и компьютер вычисляет фактические размеры, допуски и отклонения формы. Для крупных деталей часто используется автоматический режим с предварительно заданной программой обхода.

Классификация

Горизонтально-расточные КИМ классифицируются по нескольким признакам:

По типу привода

• С ручным управлением — перемещение штанги и каретки осуществляется оператором; применяются для мелкосерийного производства и ремонтных работ.
• С числовым программным управлением (ЧПУ) — автоматические машины, способные выполнять измерения по заданной программе; используются в серийном и крупносерийном производстве.

По количеству осей

• Трёхосные — перемещение по осям X, Y, Z; подходят для большинства корпусных деталей.
• Многоосные (4–5 осей) — дополнительно оснащены поворотными осями A и B, что позволяет измерять наклонные и труднодоступные поверхности без переустановки детали.

По точности

• Стандартной точности — погрешность измерения до 5–10 мкм; применяются для контроля деталей общего машиностроения.
• Высокой точности — погрешность до 1–2 мкм; используются в авиастроении, двигателестроении и приборостроении.

По габаритам

• Малые — диапазон измерения до 1 м по длине штанги; для небольших корпусов.
• Средние — до 3 м; для блоков цилиндров и картеров.
• Крупные — свыше 3 м; для станин станков, корпусов турбин и судовых двигателей.

Применение

Горизонтально-расточные КИМ находят применение в отраслях, где требуется контроль крупных и сложных по форме деталей:

• Автомобилестроение — измерение блоков цилиндров, головок блока, картеров коробок передач, развалов и соосности отверстий.
• Авиастроение — контроль корпусов двигателей, лонжеронов, шпангоутов, элементов шасси.
• Судостроение — измерение крупных корпусных деталей, гребных валов, кронштейнов.
• Тяжёлое машиностроение — проверка станин станков, корпусов прессов, редукторов.
• Энергетика — контроль корпусов турбин, генераторов, насосов.
• Ремонтное производство — восстановление геометрии изношенных деталей, например, блоков цилиндров после расточки.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Возможность измерения внутренних полостей и глубоких отверстий, недоступных для портальных и мостовых КИМ.
• Высокая жёсткость конструкции, обеспечивающая точность при больших габаритах деталей.
• Возможность интеграции в автоматизированные линии и роботизированные комплексы.
• Относительно низкая стоимость по сравнению с портальными машинами аналогичного диапазона.

Недостатки

• Ограниченная длина штанги (обычно до 3–4 м), что сужает диапазон измеряемых деталей.
• Сложность калибровки и юстировки из-за влияния тепловых деформаций штанги.
• Меньшая производительность по сравнению с портальными КИМ при измерении плоских поверхностей.
• Требовательность к квалификации оператора при ручном управлении.

Примеры моделей

• Zeiss Prismo — горизонтально-расточная КИМ с воздушными направляющими и сканирующим датчиком VAST; точность до 1,5 мкм.
• Hexagon Leitz PMM — машина высокой точности с лазерной интерферометрией; применяется в авиастроении.
• Wenzel LH — серия для крупногабаритных деталей; диапазон измерения до 4 м по оси X.
• DEA Mistral — итальянская модель с ЧПУ и поворотной головой; используется в автомобильной промышленности.

Интересные факты

• Первые горизонтально-расточные КИМ в СССР были созданы на базе станков модели 2А620, которые переоборудовались под измерительные задачи.
• В некоторых современных машинах для компенсации теплового расширения штанги используется активное охлаждение или инварные сплавы.
• Горизонтально-расточные КИМ могут работать в паре с роботами-манипуляторами, которые автоматически загружают и выгружают детали.

Источники

• ГОСТ Р 8.644-2008 «Государственная система обеспечения единства измерений. Координатно-измерительные машины. Методы поверки»
• «Координатно-измерительные машины: устройство и применение» / под ред. В. А. Шишова. — М.: Машиностроение, 2005.
• Руководства пользователя Zeiss Prismo, Hexagon Leitz PMM, Wenzel LH.
• Статья «Горизонтально-расточные КИМ в машиностроении» // Журнал «Металлообработка», № 3, 2020.