CN106695460B - 减少温差对精密加工影响的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少温差对精密加工影响的方法，包括以下步骤：(1)准备好工件在指定温度下的理论加工模型，采用与工件相同的材料制作标准棒；(2)在指定温度下，测量标准棒的尺寸理论值，并记录；(3)在加工区域环境温度下，测量标准棒的尺寸测量值，并记录；(4)将标准棒的尺寸测量值除以标准棒的尺寸理论值，得到比例因子C；(5)将工件的理论加工模型按比例因子C缩放，得到实际加工模型。(6)按实际加工模型生成加工程序，加工并检测工件。本发明操作简单，能有效地保证工件在指定温度下的加工精度要求，并能有效节省空调投资及能源消耗。

Description

减少温差对精密加工影响的方法
技术领域
本发明涉及精密加工领域，具体地说涉及一种减少温差对精密加工影响的方法。
背景技术
在当今机械加工中，有很多工件在指定温度下要求的加工精度很高，指定温度是指为保证产品装配等使用要求，在设计时所指定的产品检测温度，多为20℃左右。虽然很多精密的加工设备已被广泛应用，但物体热胀冷缩的固有属性是无法更改的，这对精密加工影响很大。
现有技术中，针对上述情况，应对策略为：通过增加空调系统来控制加工区域的环境温度，使其达到指定温度下工件所允许的温度变化范围，例如20℃±2℃，以此保证加工精度。
然而，在我国很多地区冬季与夏季温差超过40℃，且加工厂房要兼顾大型工件的加工，必须有足够的空间，如果依靠空调系统将加工区域环境温度控制在20℃±2℃，其空调系统的投资和日常用电消耗都非常大，因此在实际加工中经常很难做到。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、能有效地保证工件在指定温度下的加工精度要求，并能有效节省空调投资及能源消耗的减少温差对精密加工影响的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：减少温差对精密加工影响的方法，包括以下步骤：
(1)准备好工件在指定温度下的理论加工模型，采用与工件相同的材料制作标准棒；
(2)在指定温度下，测量标准棒的尺寸理论值，并记录；
(3)在加工区域环境温度下，测量标准棒的尺寸测量值，并记录；
(4)将标准棒的尺寸测量值除以标准棒的尺寸理论值，得到比例因子C；
(5)将工件的理论加工模型按比例因子C缩放，得到实际加工模型；
(6)按实际加工模型生成加工程序，加工并检测工件。
进一步地，所述标准棒由圆环柱体和分别设置在圆环柱体的两端的两个定位块构成。
进一步地，其中一个定位块的沿圆环柱体的轴线方向的内侧面设有凹陷的台阶。
本发明的有益效果体现在：
1.本发明减少空调系统投资及日常能源消耗：
本发明仅需空调系统将加工区域环境温度控制在t℃±2℃的范围，t℃为季节温度，例如可以冬季13℃±2℃，夏季28℃±2℃，从而降低了对空调系统的要求，有效地节省了空调系统的投资，同时也减少了日常用电费用，产生很大的经济效益；
2.本发明提高了温度补偿加工模型的准确度：
本发明标准棒的材料与工件相同，所以无需查表得到材料的线膨胀系数，也就避免了材料的线膨胀系数不够精确带来的误差，从而提高了加工模型的准确度；
3.本发明通过标准棒高效地解决了加工区域环境温度和工件指定温度不同时的尺寸转换问题：
例如一个工件上有30个尺寸，现有的人工补偿方法，需要根据工件的每一个尺寸、加工区域环境温度与工件指定温度的差值和材料的线膨胀系数依次计算30个补偿尺寸，然后用这30个尺寸修正加工模型，并保证以上每个步骤都是正确的。
本方法通过用相同材料的标准棒，通过比例因子C缩放大大简化了加工模型修正尺寸的过程，提高了工作效率，也更有利于保证实际加工模型的正确性。
附图说明
图1是本发明一实施例中标准棒的主视图。
图2是图1的俯视图。
图3是本发明一实施例中标准棒的剖视图。
图4是某工件的设计图。
图5是加工区域曲线检测示意图。
附图中各部件的标记为：1圆环柱体、2定位块、21台阶、3杠杆百分表、4工件、5压板、6机床主轴夹头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
本发明一实施例的减少温差对精密加工影响的方法，包括以下步骤：
(1)按图纸及工艺要求准备好工件在指定温度下的理论加工模型，一般是采用机械加工领域常用的加工软件，如Mastercam、CAD等，采用与工件相同的材料制作标准棒：
参见图1至图3，本实施例中，所述标准棒由圆环柱体1和分别设置在圆环柱体1的两端的两个定位块2构成，定位块呈正方体形，顶角做倒圆角处理，厚度方向平行于圆环柱体的轴向，且两个定位块镜像对称布置，这样形成了垂直于圆环柱体的轴向的A面和G面，平行于圆环柱体的轴向并位于同一面内的E面和F面，J面和K面，C面和D面，H面和I面，这样便于对标准棒进行测量；
其中一个定位块的沿圆环柱体的轴线方向的内侧面设有凹陷的台阶21；
(2)在指定温度下，测量标准棒的尺寸理论值，并记录，标准棒的尺寸理论值指的是标准棒在指定温度下的尺寸：
参见图1至图3，标准棒的各平面除J面，K面外是在同一次装夹状态下加工出来的(加工J面，K面时须与E面和F面平行)；按图1所示位置将标准棒摆放在计量室内三坐标测量机的工作台上，将计量室内温度设定在指定温度，直至环境温度稳定在此温度；
在标准棒上按图2设置坐标系，然后测量A面、B面、G面，用三坐标测量机解算出A面到B面的距离L1、A面到G面的距离L2，即为标准棒的A面到B面、A面到G面的尺寸理论值；
(3)加工区域环境温度稳定后，在用于精加工的机床上，找正、测量标准棒的尺寸测量值，并记录，标准棒的尺寸测量值指的是标准棒在加工区域环境温度下的尺寸：
以加工中心为例，测量时，将标准棒按图1所示位置摆放，在机床主轴上装好杠杆千分表，找正左右两端的前面，即C面、D面，使其Y坐标一致；然后用杠杆千分表分别测量标准棒的A面和B面，记录X坐标的差值及千分表的读数，从而计算出标准棒的A面到B面的距离L1’，即为标准棒的A面到B面的尺寸测量值，选用A面到B面的距离尺寸来计算比例因子，是因为在精密加工设备上测量“标准棒的尺寸测量值”时，机床是同一方向运动，能避免机床回差带来的误差，提高测量精度；
加工区域环境温度的稳定通过空调系统实现，控制在t℃±2℃的范围，例如可以冬季13℃±2℃，夏季28℃±2℃。t℃为季节温度，是一个变化值，在一定的范围内变化；
(4)将标准棒的尺寸测量值除以标准棒的尺寸理论值，得到比例因子C，也即，C＝L1’/L1；
(5)将工件的理论加工模型按比例因子C缩放，得到实际加工模型：
由线膨胀系数定义可得下式Ⅰ和式Ⅱ：
Lt标＝L0标*[1+Δt*Κ] 式Ⅰ
Lt工＝L0工*[1+Δt*Κ] 式Ⅱ
其中L0标为标准棒在指定温度下的长度，Lt标为标准棒在加工区域环境温度下的长度，L0工为工件在指定温度下的长度，Lt工为工件在加工区域环境温度下的长度，Δt为加工区域环境温度与指定温度的温度差，K为线膨胀系数；
因为标准棒的材料与工件相同，又都是在加工区域环境温度下，所以标准棒与工件的Δt，K都是相同的，得到下式Ⅲ：
因此，将工件的理论加工模型按比例因子C缩放所得到的实际加工模型具有非常高的加工精度；
(6)按实际加工模型生成加工程序，加工并检测工件：
图4展示了某工件24℃的设计图(理论加工模型)，材料为铝板5A05，曲线为：图中L1至L8公差全部±0.05，沿形指沿ABC这条连续轮廓，经过对标准棒的测量，得到Lt标＝975，L0标＝975.119，C＝975/975.119，取C＝0.999878；然后在CAD软件中，对工件的设计图进行“比例缩放”，比例系数为C，得到实际加工模型；之后按实际加工模型生成加工程序，加工并检测工件。
检测过程及结果如下：
A)按工件的实际加工模型在加工环境中检测，如990的理论值现为989.879，曲线的检测方法如下：
工件4通过压板5固定在机床上加工，参见图5，加工完成后，不松压板，将杠杆百分表3装到机床主轴夹头6上，在工件上的标准孔内旋转杠杆百分表，调整好百分表刻度A，将机床刀具补偿值设为标准孔直径；走到待测点，旋转杠杆百分表，并确定杠杆百分表读数的最大值M，最大值M与刻度A之间的差值即为曲线该点的法向误差，若差值不大于法向允许误差0.05mm(线轮廓度的1/2)，则曲线的线轮廓度符合要求。
B)在指定温度下用三坐标测量机复测
将工件在计量室指定温度(这里是24℃)下摆放2小时，在三坐标测量机上按工件设计图建立坐标系，对工件复测。
经过检测，按本发明方法加工得到的该工件符合设计要求。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.减少温差对精密加工影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）准备好工件在指定温度下的理论加工模型，采用与工件相同的材料制作标准棒；所述标准棒由圆环柱体和分别设置在圆环柱体的两端的两个定位块构成，所述定位块呈正方体形，厚度方向平行于所述圆环柱体的轴向，且两个所述定位块镜像对称布置；
（2）在指定温度下，测量标准棒的尺寸理论值，并记录；
（3）在加工区域环境温度下，测量标准棒的尺寸测量值，并记录；
（4）将标准棒的尺寸测量值除以标准棒的尺寸理论值，得到比例因子C；
（5）将工件的理论加工模型按比例因子C缩放，得到实际加工模型；
（6）按实际加工模型生成加工程序，加工并检测工件。
2.如权利要求1 所述的减少温差对精密加工影响的方法，其特征在于，其中一个定位块的沿圆环柱体的轴线方向的内侧面设有凹陷的台阶。
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