做加工的，比起精度來是不會(huì)服輸?shù)?，好似?shí)現(xiàn)μm級(jí)加工精度是件很容易的事情。事實(shí)上，高精度加工是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)話題，而有不少人連溫度對(duì)精度影響的常識(shí)都不明白就夸夸其談精度，實(shí)在令人無(wú)語(yǔ)！這篇文章將給大家做一個(gè)較全面的科普。
01基本常識(shí)：溫度變化對(duì)材料的影響
眾所周知，材料都會(huì)存在熱脹冷縮，在精密加工中，對(duì)于溫度問題是絕對(duì)不能忽視的！溫差是精度的敵人，如果我們不在乎溫度這個(gè)重要的議題，如何討論精度? 因?yàn)榇蟛糠值臋C(jī)器組合成分都是鋼材、鑄鐵，會(huì)依室溫與機(jī)器本身產(chǎn)生的熱改變形狀與長(zhǎng)度。
材料熱脹冷縮的具體量，取決于材料及溫度的變化值。下面為大家提供了鋼和銅的膨脹系數(shù)表，比如，鋼材直線膨脹為長(zhǎng)度每米在溫度變化1°C 時(shí)會(huì)產(chǎn)生12μm 的變化。
鋼的膨脹系數(shù)如下圖所示：
舉例:工件長(zhǎng)度：200 mm溫度變化：10℃膨脹值：0. 02 mm
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銅的膨脹系數(shù)如下圖所示：
舉例:電極長(zhǎng)度：200 mm溫度變化：10℃膨脹值：0.05 mm
02溫度引起檢測(cè)誤差
如果工件和檢測(cè)使用的檢測(cè)儀表以及量規(guī)使用不同材料制成，并且檢測(cè)時(shí)沒有處于標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，與標(biāo)準(zhǔn)溫度20°C的偏差將始終是產(chǎn)生檢測(cè)誤差的一個(gè)重要因素。
因溫度產(chǎn)生的檢測(cè)誤差
比如，將一個(gè)100mm長(zhǎng)的鋼制塊規(guī)加熱4C，例如用手心溫度加熱，它便會(huì)出現(xiàn)4.6μm的長(zhǎng)度變化。
另外，值得一提的是，在測(cè)量高精度零件的時(shí)候，前提是要有更高精度的測(cè)量手段。如果本身的測(cè)量?jī)x器或者設(shè)備精度指標(biāo)就不高，你的高精度從哪里來？
03重要的加工理念：維持熱穩(wěn)定
鋼件：100 x 30 x 20 mm
溫度從25℃下降到 20℃尺寸的變化：在25℃時(shí)，尺寸偏大6μm，當(dāng)溫度降至20℃時(shí)，尺寸僅偏大0.12μm，這是一個(gè)熱穩(wěn)定的過程，即使溫度迅速下降，仍然需要一個(gè)持續(xù)的時(shí)間才能維持精度。越大的物體，在溫度變化時(shí)需要更多的時(shí)間來恢復(fù)精度穩(wěn)定。
沒有精密加工經(jīng)驗(yàn)的工廠，在去做精密加工時(shí)，往往將精度不穩(wěn)定的原因歸咎于設(shè)備精度問題。而有精密加工經(jīng)驗(yàn)的工廠，他們都知道這是最基本的常識(shí)，對(duì)于環(huán)境溫度與機(jī)床的熱平衡會(huì)非常重視。他們非常清楚，即使是高精密的機(jī)床，也只有在穩(wěn)定的溫度環(huán)境與熱平衡狀態(tài)下才能獲得穩(wěn)定的加工精度。
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維持熱穩(wěn)定是精密加工必須悟透的重要理念。有些人可能糾結(jié)于溫度應(yīng)該維持在20℃還是23℃，其實(shí)，最重要的是能維持一個(gè)目標(biāo)值的穩(wěn)定性。理論書上一般要求的是20℃，實(shí)際車間一般取22-23℃，嚴(yán)格控制溫度波動(dòng)即可。
04正確認(rèn)識(shí)加工精度與分析
一般來說，加工精度可以分為精密度和精確度。下圖是一個(gè)直觀的說明。
精密度(Precision)
指使用同種備用樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)定所得到的結(jié)果之間的重現(xiàn)性、一致性。有可能精密度高，但精確度是不高。例如，使用1mm的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)定得到的三個(gè)結(jié)果分別為1.051mm、1.053、1.052，雖然它們的精密度高，但卻是不精確的。
精確度（Accuracy）
指得到的測(cè)定結(jié)果與真實(shí)值之間的接近程度。測(cè)量的精確度高，是指系統(tǒng)誤差較小，這時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值偏離真值較少，但數(shù)據(jù)分散的情況，即偶然誤差的大小不明確。
精密度、精確度與溫度的關(guān)系
一般來說，如果加工的零件較精密但不精確，很有可能是車間的溫度波動(dòng)較大，造成精度離散性大；如果加工的零件較精確但不精密，很有可能是車間的溫度波動(dòng)不大，但是與標(biāo)準(zhǔn)溫度偏差較大；既不精密也不精確，那說明車間溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度及控制要求都偏離很大。
05被遺忘的機(jī)床預(yù)熱
工廠使用精密數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高精密加工，你是否有這樣的經(jīng)驗(yàn)：每天早上開機(jī)進(jìn)行加工，首件的加工精度往往不夠好；長(zhǎng)假后開機(jī)加工的首批零件往往精度很不穩(wěn)定，在高精度加工時(shí)失敗概率極高，尤其是位置精度。
機(jī)床只有在穩(wěn)定的溫度環(huán)境與熱平衡狀態(tài)下才能獲得穩(wěn)定的加工精度。在開機(jī)后就要投入高精密加工生產(chǎn)的情況，對(duì)機(jī)床進(jìn)行預(yù)熱是最基本的精密加工常識(shí)。
機(jī)床在長(zhǎng)時(shí)間停止運(yùn)行狀態(tài)下和熱平衡狀態(tài)下的加工精度差異較大，究其原因，是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的主軸和各運(yùn)動(dòng)軸在運(yùn)行一段時(shí)間后，其溫度相對(duì)維持在某一固定水平，且隨著加工時(shí)間的變化，數(shù)控機(jī)床的熱態(tài)精度趨于平穩(wěn)，這就表明了加工前的主軸和運(yùn)動(dòng)部件預(yù)熱是非常有必要的。
然而，機(jī)床的“熱身運(yùn)動(dòng)”這個(gè)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)被很多工廠忽視或者不知曉。如果機(jī)床擱置狀態(tài)達(dá)到多天以上時(shí)，建議在高精密加工前進(jìn)行30分鐘以上的預(yù)熱；如果擱置狀態(tài)僅為數(shù)小時(shí)，建議在高精密加工前進(jìn)行5-10分鐘的預(yù)熱。
預(yù)熱的過程就是讓機(jī)床參與加工軸的反復(fù)移動(dòng)，最好進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)，比如讓XYZ軸從坐標(biāo)系的左下角位置移動(dòng)到右上角位置，反復(fù)走對(duì)角線。執(zhí)行的時(shí)候可以在機(jī)床上編寫一個(gè)宏程序，讓機(jī)床反復(fù)執(zhí)行預(yù)熱的動(dòng)作。
在機(jī)床進(jìn)行充分的預(yù)熱后，充滿活力的機(jī)床就可以投入高精密加工生產(chǎn)了，您將獲得穩(wěn)定一致的加工的精度。
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