計量論壇

標題: 夏天，機床精度這么難！ [打印本頁]

作者: 中圖儀器 時間: 2020-6-2 11:19
標題: 夏天，機床精度這么難！

烈日當空照，

廠房溫度高，

機床精度糟，

小編來支招。

溫度最重要，

精度關鍵招，

誤差這里找，

一一來說道。

我們有這樣的困惑：

   1.機床每次開機，前4個小時，加工工件是不穩定的。為什么？

   2.長度計量室，溫度要求控制在20℃左右。為什么？

   3.夏天加工鋁件精度尺寸普遍負偏差。為什么？

   4.激光干涉儀測量設備定位精度，早上測，下午測，定位精度不一致。為什么？

   前面4個困惑，有一個共性，就是溫度在變化。

   先說說材料的膨脹系數。

   激光波長：1ppm (溫度變化1℃，1000mm長度變化1um)

   大理石：8ppm    (溫度變化1℃，1000mm長度變化8um)

   鋼帶光柵：10ppm  (溫度變化1℃，1000mm長度變化10um)

   鋼鐵：11.7PPm (溫度變化1℃，1000mm長度變化11.7um)

   鋁：22ppm       (溫度變化1℃，1000mm長度變化22um)

   材料有熱脹冷縮的特性，而我們所說的長度都是基于20℃下測得物體的長度。

   因此為了減小不同溫度下長度的換算誤差，長度計量室溫度規定在20℃附近就不難理解。

   機床每次開機，機床運行發熱，絲桿溫度上升，但此時加工工件溫度不變，造成絲桿在拉升，工件沒有拉升，反饋的結果就是加工精度不穩定。當機床發熱與散熱達到熱平衡以后，加工精度趨于穩定，此持續時間大約2~4小時不等。

   題外話：某些高精度機床，開機啟動時有大約30分鐘暖機程序，此時機床自動運行鎖定，當絲桿的溫度傳感器檢測到溫度上升到工作閾值時才能正常使用。

   現在做一個簡單的數學題。某機床于春季20℃時校準合格，校準后生產的鋁件1000mm誤差極小。夏天廠內溫度30℃，機床絲桿溫度與被加工的鋁材工件長時間恒溫都是30℃。現鋁件加工長度1000mm，但是檢測時卻呈負誤差，請問為什么？

   機床材質為鋼鐵，膨脹系數11.7ppm，20℃下1000mm，30℃下膨脹為1000mm+117um。

   鋁材膨脹系數22ppm，30℃鋁材長度1000mm+117um，轉化到20℃時的長度只有999.895mm。因此鋁材在30℃下加工，即使校準合格的機床，得到的成品也是偏小的。

   題外話：控制鋁件（與鋼鐵膨脹系數差異大的材質）加工精度恒溫車間很有必要。

   控制鋼鐵類材質加工件精度，在機床穩定的前提下，保證加工精度的一致性就是控制絲桿溫度和加工工件溫度的一致性。

   問題來了：當鋁件加工精度高，但是沒有恒溫車間，又要生產怎么辦？

   1.可以換算加工長度，相當于程序尺寸加工由1000mm改為1000.100mm。

   2.簡單一點，材料膨脹系數設置為鋁22ppm，進行一次激光干涉儀校準。

   激光波長的膨脹系數為1ppm，可以基本省略；機床的膨脹系數為11.7ppm。夏天溫度高，因此需要環境補償進行換算。此時溫度探頭采集的材料溫度數據特別重要！是測量精度保證的核心！因此需要把環境溫度探頭放置在正確的位置。

   那些地方不能放？機床的鈑金外殼，一張薄薄的鐵皮，溫度容易受空氣溫度的變化而變化，這個位置堅決不能放！

   宜放在機床工作臺。工作臺的溫度具有代表性，與被加工件的溫度是接近的。

   問題四也就迎刃而解。溫度！

   上午和下午溫度差異造成定位精度補償的差異，但是差異需要在一個范圍。至于多少，需要因設備而已，但設備的重復精度是基本維持不變。

   題外話：大家看到這里心里是不是不開心，溫度溫度溫度，一直在腦海循環！

   溫度就是一個搞精度破壞的妖精！

   溫度不好控制，不知道溫度探頭怎么正確放置，你可以采取這個方法。

   為了減小溫度補償差異，某機床企業機床校準采用不銹鋼1m量塊（步距規）+激光干涉儀進行補償。步驟如下：

   1.機床熱機2~4小時，量塊恒溫。

   2.先用1m量塊定位1米激光長度，手動補償環境數據，使激光讀數為量塊修正值。

   3.從機床原點到極限端，測量總長，通過修改齒輪比，螺距pitch修正斜率。

   4.最后進行激光干涉儀分段補償。

   目前此方法小編認為是高溫下保證精度的較好方法。量塊具有和普通加工件相近的膨脹特性，同時兼顧激光干涉儀進行分段補償，彌補絲桿螺距差異。能最大限度提升機床在高溫下的精度。

   機床作為工業母機，我國作為機床大國，正逐步向高精度領域邁進。希望中國的機床逐步取代進口，希望中圖儀器機床檢測設備能助力中國機床不斷完善和前行。

   最后歡迎各位朋友和小編一道討論機床檢測使用問題，集思廣益。

作者: 秦時明月 時間: 2020-6-12 22:22
好文，受教了，特別是膨脹系數，很有用。

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