隨著工程設(shè)備功率的不斷提高，設(shè)備中機械部件的尺寸也在不斷加大辉阶。在加工及檢測方面创倔，大型工件與普通機械零件相比，存在以下不同之處：大型工件尺寸及重量遠遠高于普通機械零件琢歇，工件在機床上的固定和調(diào)整更復(fù)雜峰遇，導(dǎo)致工件安裝和拆卸用時更多；大型工件的加工機床體積龐大拭牌，與其配套的廠房空間面積也大篡前。若為保證加工精度而將該廠房建為恒溫車間，則空調(diào)設(shè)備投資大帘衣，日常運行的能源消耗也大少锭；將半成品加工件或成品加工件轉(zhuǎn)往精密測量區(qū)域時，工件的吊裝及搬運復(fù)雜税则，一旦在精密測量區(qū)域的檢測不合格谎躁，則工件不得不進行“二次裝卡修復(fù)”，存在質(zhì)量風(fēng)險赡喻，所以大型工件的檢測方式更傾向于機床在線檢測疮肿。

現(xiàn)場測量過程三要素及影響程度

在大型工件加工現(xiàn)場對產(chǎn)品進行檢測港赂，影響測量結(jié)果準確性的因素很多。對這些因素進行總結(jié)家么，可以發(fā)現(xiàn)有3個因素的影響最為明顯涉功，即量具精度、溫度和操作技能略吨，稱之為現(xiàn)場測量過程三要素集币。

在測量過程中，隨著被測尺寸的增大翠忠，測量過程三要素對測量準確性的影響程度也是不一樣的鞠苟。當被測尺小于300mm時，現(xiàn)場測量狀態(tài)下對測量準確性影響最大的因素是操作技能秽之，在該尺寸范圍內(nèi)当娱，溫度引起工件和量具的熱變形很小，同時量具的精度因科技水平的提高考榨，可以始終保持在一定精確范圍內(nèi)跨细。同樣，當被測尺寸大于500mm時河质，現(xiàn)場測量狀態(tài)下對測量準確性影響最大的因素為溫度冀惭。在該尺寸范圍內(nèi)，由于溫度而引起工件與量具的尺寸熱變形越來越大愤诱，尤其當工件和量具不是同一種材料時表現(xiàn)得更加明顯云头。而操作技能可以通過培訓(xùn)進行改善，它對測量準確性的影響在大尺寸范圍內(nèi)逐漸減弱晋粱。

圖1 內(nèi)齒圈測量

熱變形測量誤差產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生熱變形測量誤差的根本原因與機械制圖標注尺寸的默認條件有關(guān)锁澡。由于圖紙尺寸默認的測量條件為20℃和760mmHg大氣壓，在這個默認條件下馁惨，無論工件采用何種材料神翁，只要工件與量具均保持在20℃下并且等溫，那么測量出來的結(jié)果就是機械制圖標注尺寸的真實值业弊。

在生產(chǎn)現(xiàn)場誓贝，通過對圖紙默認條件的進一步分析，認為下列兩種情況與圖紙默認條件是等效的：工件和量具均在20℃恒溫測量室內(nèi)恒溫后進行測量于哩，與材料是否相同無關(guān)剑瞻；工件和量具在非20℃條件下，但是工件和量具的材質(zhì)相同见炫，并且工件和量具經(jīng)過有效等溫處理后舅兑，雙方溫度完全一致。

但是，在大型工件現(xiàn)場測量時腐蛀，符合上述等效條件的測量環(huán)境是很少的俭驮，因為它受到測量工時、材料選擇及冷卻時間等多方面現(xiàn)實因素的影響春贸。所以只要測量的條件不滿足上述等效情況中的任何一種混萝，則測量時一定存在溫度造成工件和量具不同熱變形的現(xiàn)象，并且工件和量具不同熱變形的差值一定影響測量的準確性萍恕，使測量結(jié)果偏離了真實值逸嘀，導(dǎo)致對工件合格與否的錯誤判斷。

對于大型工件現(xiàn)場測量而言允粤，在不考慮幾何形狀對熱變形數(shù)值的影響時厘熟，熱變形是原材料自身具備的熱脹冷縮特性，在非20℃恒溫狀態(tài)下维哈，不僅工件會發(fā)生熱脹冷縮，而且量具也會發(fā)生熱脹冷縮登澜，筆者將這種熱脹冷縮現(xiàn)象稱為熱變形阔挠，當工件和量具依據(jù)材料固有特性發(fā)生熱變形后，量具與材料之間就有可能出現(xiàn)熱變形差值脑蠕，一旦該差值在測量時被人為忽略時购撼，就產(chǎn)生了熱變形測量誤差。

在大型工件加工現(xiàn)場稻沮，隨著精度的提高和更多非鋼鐵類材料的應(yīng)用纯亲，熱變形測量誤差的影響已經(jīng)變成了一個不容忽視的因素，甚至成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵要素谅沛。根據(jù)資料統(tǒng)計羞遭，在20世紀后期，隨著測量技術(shù)及儀器的提高喳睬，熱變形測量誤差占現(xiàn)場測量總誤差的50%蔼于。

熱變形對測量準確性的影響

熱變形測量誤差可被細分為如下兩種與溫度有關(guān)的狀況：測量時的溫度與20℃之差和測量時工件與量具的溫度之差。

在生產(chǎn)現(xiàn)場泥出，絕大部分的量具是由碳素工具鋼制造的柴怒。當工件采用不同材料時，熱變形對測量準確性的影響也是完全不同的辟焚。綜上所述肩雾，大型工件在車間進行測量時，為了避免熱變形對測量準確性的影響究滞，工件與量具之間的溫度差是必須要考慮的因素症杏；而車間溫度是否需要恒溫至20℃，則依據(jù)工件與量具熱膨脹系數(shù)差值酌情考慮；對于工件與量具同等材質(zhì)的情況（如加工鋼制工件）鸳慈，根本不需要考慮車間恒溫至20℃的問題饱溢。

加工現(xiàn)場避免熱變形測量誤差的對策

引起熱變形測量誤差的根源是在非20℃狀況下測量時，由溫度和材質(zhì)引起的量具與工件的不同熱變形而導(dǎo)致的測量誤差：

1.等溫變形法

等溫變形法是目前加工現(xiàn)場最普遍使用的對策走芋，當量具與工件材料相同時绩郎，加工現(xiàn)場只需要將工件與量具設(shè)法等溫即可，等溫的過程就是將被測工件和量具（包括標準器）置于同一溫度下經(jīng)過一段時間翁逞，使二者與周圍的溫度一致的過程肋杖。

等溫在空氣中進行，也可以在大鑄鐵平板上進行挖函，等溫時間和兩者的溫度差状植、熱容量和周圍介質(zhì)的熱導(dǎo)性能有關(guān)。對于體積比較大的工件要求24h恒溫怨喘，這是因為工件內(nèi)部的溫度總是滯后于表面和室內(nèi)的溫度津畸。

同時，為了避免操作時人的體溫對量具的影響必怜，還會采取如下措施：測量時帶上手套魁夫，隔開人手和量具的直接接觸；使用千分尺時偷菩，必須握住絕熱墊窗耘，當發(fā)現(xiàn)人手熱量已經(jīng)傳遞到千分尺上，應(yīng)將其放置一定時間再使用咳蚣。

等溫變形法的優(yōu)缺點：等溫變形法易于理解卖檬，操作簡單。但是當工件材質(zhì)與量具材質(zhì)不相同時嘁拖，將工件與量具進行恒溫（非20℃情況下）并不能解決熱變形測量誤差静熊，這種情況在以銅、鋁為材料的工件上表現(xiàn)得尤為明顯瘸利。

此外惯斥，由于生產(chǎn)迫于工時、交貨期等影響尸查，并不能等待足夠長的時間確保工件與量具等溫病趋，當工件尺寸龐大但恒溫時間較短時，會出現(xiàn)大型工件表面與量具同溫竖伯，但是工件內(nèi)部溫度仍然高于量具的現(xiàn)象存哲，此時測量的結(jié)果仍然包括熱變形測量誤差。

圖2 外徑測量

2.溫度修正法

溫度修正法是將測量時因熱變形而造成測量誤差的數(shù)值進行計算七婴，并將該計算結(jié)果補償?shù)浆F(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)中祟偷，以達到消除熱變形測量誤差的目的。

溫度修正法的應(yīng)用常常依賴于資深現(xiàn)場加工人員的經(jīng)驗或企業(yè)若干次加工后積累出來的數(shù)值，當工件與量具材料相同時修肠，這個經(jīng)驗或積累的數(shù)值很有效贺辰，當工件與量具材料不相同時，人們的經(jīng)驗和積累的數(shù)值其效果就大打折扣了嵌施。

溫度修正法依托越來越具有強大功能的手持式數(shù)據(jù)處理設(shè)備饲化，并伴隨著人們對熱變形測量誤差的細致分析，將逐漸成為大型工件熱變形測量誤差的主要解決方案吗伤。溫度修正法數(shù)據(jù)處理器是一種手持式設(shè)備吃靠，它將量具和工件在實際環(huán)境下測到的數(shù)值，通過數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)庫分別將量具和工件的溫度變化值進行計算足淆，從而得到相對變形量△L巢块，這個相對變形量就是熱變形測量誤差。

隨著加工工件的尺寸不斷擴大和生產(chǎn)企業(yè)成本控制的日益嚴格赃织，采用等溫變形法的測量方式將越來越不能滿足客戶對質(zhì)量的要求炒垫，同時也不能滿足生產(chǎn)企業(yè)對成本的苛求，所以溫度修正法將逐漸成為大型工件熱變形測量誤差的主要解決方案氨筑。

采用了溫度修正法原理瞳竖，大幅提高了現(xiàn)場檢測的精度，減少或消除熱變形對測量準確性的影響癌雷。可以在機床上進行快速而準確的檢測衅滞，不需要將工件從機床上拆卸后送往測量場地進行檢驗魄仙，避免了若檢驗不合格后，工件進行二次加工時重復(fù)定位的風(fēng)險抓惫，降低了返修的難度水惑。

采用了溫度修正法原理，產(chǎn)品“機床在線檢測”時不再需要進行量具與工件等溫的操作過程径楼，可以快速測量產(chǎn)品尺寸汽足，消除了機床因等待量具與工件等溫過程所消耗的時間，提高了機床利用率嚼锄。另外减拭，可以放寬車間精密加工時對恒溫程度的苛刻要求，減少恒溫車間空調(diào)系統(tǒng)所消耗的能源区丑，并減少新廠房投資時恒溫系統(tǒng)的投資費用拧粪。

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