從事機加工的人士,談起精度來是不愿服輸的。有時候,一些人在夸夸其談時似乎把1微米的加工精度視為輕而易舉的事情。然而,實際上,高精度加工是一個需要嚴謹對待的技術話題。本文旨在與大家就高精度加工的常識做較全面的科普。
01基本常識:溫度變化對材料的影響
,材料都會受到熱脹冷縮的影響,在精密加工中,溫度問題不能被忽視!溫度差異是精度的克星,如果我們不重視溫度這一關鍵議題,又如何深入探討精度呢?由于絕大多數機器的構成部分都采用鋼材和鑄鐵,它們會在室溫與機器自身產生的熱量影響下發生形狀和長度的變化。

材料的熱脹冷縮程度取決于材料類型以及溫度變化的數值。以下提供了鋼和銅的膨脹系數表,以鋼材為例,其直線膨脹每米在溫度變化1°C時會產生12μm的變化。深刻理解這些數據對于確保精密加工的穩定性至關重要。
鋼的膨脹系數如下圖所示:

舉例:
工件長度:200 mm 溫度變化:10℃ 膨脹值:0. 02 mm
銅的膨脹系數如下圖所示:

舉例:
電極長度:200 mm 溫度變化:10℃ 膨脹值:0.05 mm
02溫度引起檢測誤差
當工件、檢測儀器以及量規采用不同材料制造,并且在檢測時未處于標準溫度條件下,與標準溫度(20°C)的偏差將始終成為導致檢測誤差的一個關鍵因素。

例如,將一個100mm長的鋼制塊加熱4°C,比如用手心的溫度進行加熱,就會導致它的長度發生4.6μm的變化。
值得注意的是,在測量高精度零件時,前提是必須具備更高精度的測量工具。如果測量儀器或設備本身的精度標準不高,那么高精度的測量結果從何而來呢?

03重要的加工理念:維持熱穩定
鋼件:100 x 30 x 20 mm
溫度從25℃下降到 20℃尺寸的變化:在25℃時,尺寸偏大6μm,當溫度降至20℃時,尺寸僅偏大0.12μm,這是一個熱穩定的過程,即使溫度迅速下降,仍然需要一個持續的時間才能維持精度。越大的物體,在溫度變化時需要更多的時間來恢復精度穩定。

對于沒有精密加工經驗的工廠而言,在進行精密加工時,常常會將精度不穩定歸咎于設備的精度問題。相反,有著精密加工經驗的工廠深知這是最基本的認知。他們明白環境溫度與機床的熱平衡對于保持穩定的加工精度至關重要。這些經驗豐富的工廠清楚地了解,即使使用高精密度的機床,也只有在維持穩定的溫度環境與熱平衡狀態下才能實現加工精度的穩定。


機床只有在穩定的溫度環境和熱平衡狀態下,才能確保穩定的加工精度。對于需要在開機后立即進行高精密加工生產的情況,對機床進行預熱是最基本的精密加工常識。
由于數控機床的主軸和各運動軸在運行一段時間后,其溫度會相對維持在某一固定水平。同時,隨著加工時間的推移,數控機床的熱態精度逐漸趨于平穩。因此,在進行高精密加工之前,主軸和運動部件的預熱顯得非常必要。
然而,很多工廠往往忽視或不了解機床的“熱身運動”這一準備環節。建議在機床擱置狀態達到數天以上時,在進行高精密加工前進行30分鐘以上的預熱;如果擱置狀態僅為數小時,也建議在高精密加工前進行5-10分鐘的預熱。
預熱過程涉及機床參與加工軸的反復移動,進行多軸聯動,例如,讓XYZ軸從坐標系的左下角位置移動到右上角位置,反復走對角線。可以通過在機床上編寫一個宏程序來實現這一過程。
在機床經過充分的預熱后,機床就能以充沛的活力投入高精密加工生產,您將獲得穩定一致的加工精度。