温度引起测量误差因素分析及解决办法

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基础知识:温度变化对材料的影响

众所周知，材料会热胀冷缩。在精密加工中，温度问题是绝对不能忽视的！是温差精度的大敌。如果我们不关心温度这个重要问题，又怎么能讨论精度呢？因为机器部件大部分是钢和铸铁，所以形状和长度会根据室温和机器本身产生的热量而变化。

材料膨胀和收缩的具体量取决于材料和温度的变化。下面是钢和铜的膨胀系数表。例如，当温度变化1℃时，钢每米长度的线性膨胀将产生12μm的变化。

示例:
工件长度:200毫米
温度变化:10℃
扩展值:0。02毫米

示例:
电极长度:200毫米
温度变化:10℃
膨胀值:0.05mm

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导致温度检测误差。

如果工件、用于测试的测试仪器和量具是由不同的材料制成的，并且它们在测试时不处于标准温度，那么与标准温度的20°C的偏差将始终是测试误差的重要因素。

温度引起的检测误差

例如，如果一个100毫米长的钢块规被加热4C，例如，用手掌的温度，它的长度将改变4.6μm

另外，值得一提的是，在测量高精度零件时，前提是要有更高精度的测量手段。如果自己的测量仪器或设备精度指标不高，你的高精度从何而来？

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重要的加工理念:保持热稳定性。

钢:100 x 30 x 20毫米

温度从25℃降到20℃时尺寸的变化:25℃时尺寸大6μm，温度降到20℃时仅大0.12μm。这是一个热稳定的过程，即使温度迅速下降，仍然需要很长时间才能保持精度。物体越大，温度变化时恢复精度稳定性所需的时间越长。

没有精密加工经验的工厂做精密加工时，往往会把精度的不稳定归咎于设备精度。而有精密加工经验的工厂，他们都知道这是最基本的常识，他们会非常重视环境温度和机床的热平衡。他们很清楚，即使是高精度的机床，也只有在稳定的温度环境下，在热平衡的状态下，才能获得稳定的加工精度。

保持热稳定性是精密加工中必须彻底理解的一个重要概念。有些人可能会纠结温度应该保持在20℃还是23℃。其实最重要的是保持一个目标值的稳定。理论上一般要求是20℃，但实际车间是22-23℃。严格控制温度波动。

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正确理解加工精度和分析

一般来说，加工精度可分为精密和精密。下图是一个直观的说明。

精确度(Precision)

是指使用同一备用样品重复测定所得结果的重现性和一致性。可能有很高的精度，但是精度不高。比如用1mm的长度测量得到的三个结果分别是1.051mm，1.053，1.052。虽然它们的精度很高，但是不准确。

准确度(精确度)

指测量结果与真实值之间的接近程度。测量精度高意味着系统误差小，测量数据的平均值偏离真值较小，但数据比较分散，即偶然误差的大小不明确。

精密度、精度和温度的关系

一般来说，如果加工的零件很精密但不精确，很可能是车间温度波动大，导致精度离散大；如果加工的零件精确但不精确，很可能是车间温度波动不大，但与标准温度偏差大；既不精确也不精确，意味着车间温度与标准温度和控制要求偏差很大。

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机床预热

你有使用工厂精密数控机床进行高精度加工的经历吗:每天早上开机，第一件的加工精度往往不够好；长假后加工的第一批零件精度往往不稳定，在高精度加工时，尤其是位置精度，故障概率极高。

机床只有处于稳定的温度环境，处于热平衡状态，才能获得稳定的加工精度。机床开机后投入高精度加工生产时，预热是精密加工最基本的知识。

机床在长期停机状态下的加工精度与热平衡状态下的加工精度有很大差别。原因是数控机床的主轴和各运动轴的温度在运行一段时间后相对维持在一个固定的水平，而随着加工时间的变化，数控机床的热精度趋于稳定，这表明在加工前对主轴和运动部件进行预热是非常必要的。

然而，机床的“热身运动”被许多工厂忽视或不知道。如果机床已经搁置了几天以上，建议在高精度加工前预热30分钟以上。如果上架状态只有几个小时，建议高精度加工前预热5-10分钟。

预热过程是让机床参与加工轴的反复运动，最好进行多轴联动，比如将XYZ轴从坐标系的左下角移动到右上角，沿对角线反复走。执行时，可以在机床上编写宏程序，使机床反复执行预热动作。

机床充分预热后，动力机床就可以投入高精度加工生产，你会得到稳定一致的加工精度。