01

基礎(chǔ)知識:溫度變化對材料的影響

眾所周知，材料熱脹冷縮。在精密加工中，溫度問題是絕對不能忽視的！是溫差精度的大敵。如果我們不關(guān)心溫度這個重要的問題，又怎么能討論精度呢？因為機(jī)器零件大部分是鋼和鑄鐵，所以形狀和長度會根據(jù)室溫和機(jī)器本身產(chǎn)生的熱量而變化。

材料膨脹和收縮的具體量取決于材料和溫度的變化。下面是鋼和銅的膨脹系數(shù)表。比如溫度變化1℃，鋼每米長度的線膨脹會產(chǎn)生12 μ m的變化。

示例:

工件長度:200毫米

溫度變化:10℃

擴(kuò)展值:0。02毫米

示例:

電極長度:200毫米

溫度變化:10℃

膨脹值:0.05毫米

02

導(dǎo)致溫度檢測誤差。

如果用于檢測的工件、檢測儀器和量具是由不同的材料制成，并且在檢測時不在標(biāo)準(zhǔn)溫度下，那么與標(biāo)準(zhǔn)溫度相差20°C將始終是檢測誤差的一個重要因素。

溫度引起的檢測誤差

例如，如果一個100毫米長的鋼塊規(guī)被加熱4C，例如，用手掌的溫度，它的長度將改變4.6μm

另外，值得一提的是，在測量高精度零件時，前提是要有更高精度的測量手段。如果你自己的測量儀器或設(shè)備的精度指標(biāo)不高，你的高精度從何而來？

03

重要的加工思路:保持熱穩(wěn)定性。

鋼:100 x 30 x 20

當(dāng)溫度從25℃降至20℃時，尺寸在25℃時增大6μm，在20℃時僅增大0.12μm。這是一個熱穩(wěn)定的過程，即使溫度迅速下降，仍然需要很長時間才能保持精度。物體越大，溫度變化時恢復(fù)精度穩(wěn)定性所需的時間越長。

沒有精密加工經(jīng)驗的工廠做精密加工時，往往會把精度的不穩(wěn)定歸咎于設(shè)備的精度。而有精密加工經(jīng)驗的工廠，他們都知道這是最基本的常識，他們會非常重視環(huán)境溫度和機(jī)床的熱平衡。他們很清楚，即使是高精度的機(jī)床，也只有在穩(wěn)定的溫度環(huán)境下，在熱平衡的狀態(tài)下，才能獲得穩(wěn)定的加工精度。

保持熱穩(wěn)定性是精密加工中必須徹底理解的一個重要概念。有些人可能會糾結(jié)溫度應(yīng)該保持在20℃還是23℃。其實最重要的是保持一個目標(biāo)值穩(wěn)定。理論上一般要求是20℃，但實際車間是22-23℃。嚴(yán)格控制溫度波動。

04

正確理解加工精度和分析。

一般來說，加工精度可分為精密和精密。下圖是一個直觀的說明。

準(zhǔn)確度(精確度)

指用同一備用樣品重復(fù)測定所得結(jié)果的重復(fù)性和一致性?？赡苡泻芨叩臏?zhǔn)確率，但是準(zhǔn)確率不高。比如測量1mm的長度得到的三個結(jié)果分別是1.051mm，1.053，1.052。雖然他們的準(zhǔn)確率高，但并不準(zhǔn)確。

準(zhǔn)確度(精確度)

指測量結(jié)果與真實值之間的接近程度。測量精度高意味著系統(tǒng)誤差小，測量數(shù)據(jù)與真值的平均偏差小，但數(shù)據(jù)分散，即偶然誤差的大小不明確。

精密度、精度和溫度的關(guān)系

一般來說，如果加工的零件很精密但不精確，很可能是車間溫度波動大，導(dǎo)致精度離散大；如果加工的零件準(zhǔn)確但不準(zhǔn)確，很可能是車間溫度波動不大，但與標(biāo)準(zhǔn)溫度偏差較大；不準(zhǔn)確是指車間溫度大大偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度和控制要求。

05

預(yù)熱機(jī)床

你有使用工廠精密數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高精度加工的經(jīng)驗嗎？每天早上第一塊的加工精度往往不夠好；長假后加工的第一批零件精度往往不穩(wěn)定，在高精度加工，尤其是位置精度時，故障概率極高。

只有機(jī)床處于穩(wěn)定的溫度環(huán)境，處于熱平衡狀態(tài)，才能獲得穩(wěn)定的加工精度。機(jī)床開機(jī)后投入高精度加工時，預(yù)熱是最基本的精密加工知識。

機(jī)床在長期停機(jī)狀態(tài)下的加工精度與熱平衡狀態(tài)下的加工精度相差很大。原因是數(shù)控機(jī)床的主軸和各運動軸的溫度在運行一段時間后相對維持在一個固定的水平，而隨著加工時間的變化，數(shù)控機(jī)床的熱精度趨于穩(wěn)定，這表明在加工前有必要對主軸和運動部件進(jìn)行預(yù)熱。

然而，機(jī)床的“熱身運動”被許多工廠忽視或不知道。如果機(jī)床已經(jīng)擱置了幾天以上，建議在高精度加工前預(yù)熱30分鐘以上。如果上架狀態(tài)只有幾個小時，建議高精度加工前預(yù)熱5-10分鐘。

預(yù)熱過程涉及機(jī)床在加工軸的反復(fù)移動，最好進(jìn)行多軸聯(lián)動，比如將XYZ軸從坐標(biāo)系的左下角移動到右上角，沿對角線反復(fù)走。執(zhí)行時，可以在機(jī)床上編寫宏程序，使機(jī)床反復(fù)進(jìn)行預(yù)熱動作。

機(jī)床充分預(yù)熱后，動力機(jī)床就可以投入高精度加工生產(chǎn)，你會得到穩(wěn)定一致的加工精度。