在當今科技飛速發(fā)展的時代，精度和技藝的追求已經(jīng)成為工業(yè)制造的關鍵詞。其中，1微米加工精度的實現(xiàn)，不僅代表著一種工藝的突破，更是一種對未來的大膽探索。
當我們談論1微米的加工精度時，我們首先要明白這其中的挑戰(zhàn)。在機械加工領域，每一個微小的尺寸變化都意味著技術和設備的巨大變革。從刀具的選用、加工參數(shù)的設定，到機床的精度控制，每一個環(huán)節(jié)都需要經(jīng)過無數(shù)次的試驗和修正。更不用說在生產(chǎn)過程中，對于環(huán)境溫度、濕度和塵埃粒度的控制，也是對制造者的一次嚴峻考驗。
但是，正如我們所知，沒有挑戰(zhàn)就沒有進步。一微米的精度挑戰(zhàn)，實則是一種機遇的召喚。對于許多行業(yè)，尤其是高端制造業(yè)，這種高精度的加工能力是產(chǎn)品升級換代的關鍵。從航空航天到精密儀器，從醫(yī)療器械到高端裝備，一微米的精度提升可能意味著性能的飛躍，甚至可能引領一場技術的革命。
此外，隨著智能制造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進，一微米的精度已經(jīng)不再是遙不可及的夢想。通過先進的數(shù)控技術和大數(shù)據(jù)分析，我們不僅可以實現(xiàn)對加工過程的精確控制，還可以通過反饋和修正，不斷提升加工精度和穩(wěn)定性。
未來，隨著科技的不斷發(fā)展，我們可以預見，一微米的加工精度將不再是難點。但在這個過程中，我們不能忽視每一個微小的進步。因為正是這些看似微小的進步，累積起來就可能成為改變世界的力量。
所以，當我們談論一微米的加工精度時，我們不僅要看到它帶來的挑戰(zhàn)，更要看到它背后的機遇和可能性。只有這樣，我們才能真正理解這個話題的價值和意義。
從事機加工的人士，談起精度來是不愿服輸?shù)摹Ｓ袝r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
眾所周知，材料都會受到熱脹冷縮的影響，在精密加工中，溫度問題絕對不能被忽視！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(shù)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(chǎn)生的熱量影響下發(fā)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(shù)值。以下提供了鋼和銅的膨脹系數(shù)表，以鋼材為例，其直線膨脹每米在溫度變化1°C時會產(chǎn)生12μm的變化。深刻理解這些數(shù)據(jù)對于確保精密加工的穩(wěn)定性至關重要。
鋼的膨脹系數(shù)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(shù)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(guī)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。
因溫度產(chǎn)生的檢測誤差
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(fā)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(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，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(wěn)定的過程，即使溫度迅速下降，仍然需要一個持續(xù)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(wěn)定。
對于沒有精密加工經(jīng)驗的工廠而言，在進行精密加工時，常常會將精度不穩(wěn)定歸咎于設備的精度問題。相反，有著精密加工經(jīng)驗的工廠深知這是最基本的認知。他們明白環(huán)境溫度與機床的熱平衡對于保持穩(wěn)定的加工精度至關重要。這些經(jīng)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(wěn)定的溫度環(huán)境與熱平衡狀態(tài)下才能實現(xiàn)加工精度的穩(wěn)定。
保持熱穩(wěn)定性是精密加工中不可或缺的重要理念。有些人或許會陷入關于溫度究竟應該維持在20℃還是23℃的疑慮，然而，最關鍵的是確保能夠維持一個目標值的穩(wěn)定性。雖然理論書上通常建議20℃，實際車間往往選擇在22-23℃之間，重點在于嚴格控制溫度波動。
04
正確認識加工精度與分析
一般來說，加工精度可以分為精密度和精確度。
精密度(Precision)
指使用同種備用樣品進行重復測定所得到的結果之間的重現(xiàn)性、一致性。有可能精密度高，但并不意味著結果精確。例如，使用1mm的長度進行測定得到的三個結果分別為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）
指得到的測定結果與真實值之間的接近程度。測量的精確度高，是指系統(tǒng)誤差較小，這時測量數(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、精確度與溫度的關系
一般而言，若加工的零件較精密但不精確，可能是因為車間溫度在較小范圍內(nèi)波動，但與標準溫度存在較大偏差。因此，所得零件尺寸較一致，但與目標尺寸相比有較大的偏離；相反，若零件較為精確卻不精密，可能是由于車間溫度相對于標準溫度有明顯的上下波動，導致零件尺寸呈現(xiàn)離散分布；而如果零件既不精密也不精確，這可能表明車間溫度與標準溫度的偏差大且波動幅度大。
05
被遺忘的機床預熱
工廠使用精密數(shù)控機床進行高精密加工，你是否曾經(jīng)有過這樣的經(jīng)驗：每天早上開機進行加工，首件的加工精度往往難以達到理想水平；長假后開機進行首批零件加工時，精度常常表現(xiàn)不穩(wěn)定，高精度加工時出現(xiàn)失敗的風險尤為突出，特別是在保持位置精度方面。
機床只有在穩(wěn)定的溫度環(huán)境和熱平衡狀態(tài)下，才能確保穩(wěn)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(chǎn)的情況，對機床進行預熱是最基本的精密加工常識。
由于數(shù)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(shù)控機床的熱態(tài)精度逐漸趨于平穩(wěn)。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(huán)節(jié)。建議在機床擱置狀態(tài)達到數(shù)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(tài)僅為數(shù)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，最好進行多軸聯(lián)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?？梢酝ㄟ^在機床上編寫一個宏程序來實現(xiàn)這一過程。
在機床經(jīng)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(chǎn)，您將獲得穩(wěn)定一致的加工精度。
