高精加工是一个很难用语言表述的概念。没有一个明确定义高精工件的固定公差范围。对于被认为是高精度的加工任务，可以是对大批最零件而言一直保持5µm的公差，对相互配合的两个零件而言保持2µm的真正定位公差从而彼此精确地匹配，也可以是用一把50µm的立铣刀在定位精度为0.3µm的机床上铣削一件50HRC的淬硬钢件，这些都认为是高精度加工。

欧文斯工业公司采用小组法制造高精零件

在欧文斯工业公司，零件尺寸和复杂度通常使得显微镜级去毛刺成为最尖键的高精操作

位于加拿大蒙特利尔市的精密加工厂，Finecast有限公司(www.finecast.ca)的运作经理Peter Pfister说，在高精加工中，零件尺寸和工件批量决定了某特定公差实现的难度。Pfister 指出，在一个长而大的铝件上保持0.001(0.025mm)英寸的公差有如在一个小的牙科零件上保持0.0002英寸(0.05mm)的公差那么难。他还注意到，在进行批量生产时，保持小公差要困难得多。Finecast专业从事医疗、航空、电子和半导体等行业小到中尺寸原型及中批量生产零件的高精度和复杂加工。工厂对用0.010英寸(0.254mm)直径刀具在钛工件上进行五轴加工、用0.006英寸(0.154mm)直径钻头在不锈钢中钻孔或者在批量加工中保持1.5～2µm直径公差等加工很有把握，也很喜欢承担这一类的加工任务。

对于Finecast而言，高精度涉及到满足零件特征定位的紧公差要求，并满足孔直径、零件垂直度、圆柱度、圆度、平行度、平面度及三维表面轮廓等方面的类似公差。通常，该工厂在具有300个特征的零件上加工，而每个特征具有不同的公差。例如，一个零件的3D表面轮廓公差为0.0002英寸，平面度要求为0.0001英寸。

Pfister认为，对于他的高精度加工任务而言，零件循环时间不如在低公差大批员零件中那么么关键。

他说：“当零件要求其备紧公差时，总的过程变化及循环时间一般要增加。尽管客户想尽快得到零件，但是他们确实意识到高精度复杂零件的循环时间可能需要更长。我们制作满足规格要求的零件，并且出厂的零件90%都提供某种形式的检测报告。”

在威斯康辛州像树湾的欧文斯工业有限公司，高精度加工采用一种小组合作形式。其工厂没有编程员，因此零件程序不会从编程员传到装夹人员再传到机床操作员，取而代之，工厂采用小组工作方式，一个小组由项目领导人及两或三名其他小组成员组成，由他们处理高精度零件，从蓝图到出厂的所有方面。欧文斯工业公司专业从事真实定位精度需要保持到2 µm的高技术加工项目。欧文斯工业公司的副总裁Mark Plesnik说：“你不能像运行一个典型生产厂一样运作一个具有我们的加工类型和公差的高精度加工厂。那些工厂熟悉以特定方式运作特定种类的零件。但是，当不得不为一个心脏瓣膜制作五个微米级公差的零件时，我们无法仅仅通过编写出程序并让操作员加工出零件就了事。”他说，工厂的工件要求时时刻刻进行亲身实践。一旦某个小组获得一个项目，这个小组就自始至终拥有这个项目。如果某个零件被拒收，那么该小组要承担一切责任。工厂有五个小组，每组每月承担最少一个最多5个项目。尽管每个小组采用不同的工艺操作：一个小组进行EDM加工，一个进行磨削，两个进行车削和铣削，一个进行零件去毛刺操作等，但小组之间有大量的项目移交。一个小组的组长要依据零件工艺要求与其他组的组长合作。很奇怪，在欧文斯工业公司，去毛刺部/组通常是最关键的，因为某些零件非常小而必须在放大50倍的情况下加以观察。有一个这样的零件是一根直径为0.010英寸、壁厚为0.003英寸的管子。该零件具有多个需要去毛刺的机加工特征。

Plesnik说：“当我们拿到一个尺寸比笔尖大不了多少、带有65～70个特征的零件时，去毛刺这道工序就尤其要仔细处理，并尤显关键。”对于另一个工件，去毛刺部必须采用涂有抛光膏的Q -tip棉签在零件上实现精确至8µm的粗糙度。与一般的机加工厂不同，欧文斯工业公司没有将自己的机床安排成单元形式。相反，它将机床依据类型分组。除了加工单元外，Plesnik说各大生产厂中常见的其他做法诸如自动化等在他的工厂内也不奏效。他说：“自动化在我们工厂确实没有用武之地。我们加工工件的批欣决定了自动化根本派不上用场。”Plesnik说，每个高精度加工厂需要其备的一个前提条件是愿意在资金补偿和公司培训方面为高技能人才支付高昂的费用。没有高技能人才，诸如Plesnik的工厂一类的加工厂就无法取得成功。这正是欧文斯工业公司在公司内部培养大部分人才的原因。

高精度的要求

作为一个高精度加工厂兼高精度机床制造商——靠近德国慕尼黑的Kern Micro und Feinwerktechnik GmbH & Co.公司，及其位于马萨诸塞州Webster的美国分公司——Kern精密有限公司，均知道一个高精度加工厂成功的因素是什么。这些要求包括机床、测量能力、刀具、工厂环境及工夹等。

为了对在自己工厂内完成的加工进行分类，并为了区分其机床产品的精度，Kern将高精度定义为三个零件精度等级。

第一级为微米级精度，工件精度在10µm以内；第二级为超精密级，工件精度在3µm以内；第三级为纳米级精度，工件精度在1µm以下；Kern针对这三个精度等级制造加工中心。

Kern的Pyramid Nano是公司精度最高而最大的机床。其行程为20×20英寸，在此加工范围内，机床的定位精度为0.3微米。它加工的试件公差为±1µm。

Kern是怎么知道这些值的？它采用卡尔蔡斯有限公司出品的、测量精度达0.025µm的专用系统。事实上，Kern是该系统的第一个商业用户。Finecast的Pfister也同意测录能力对工件和机床的吸要性，他说，如果一个加工厂无法测量精密零件，那么它就无法实现精密零件的加工。加工厂的检测能力必须与自己试图实现的公差相匹配。

将高猜度工件分成三个精度等级

Pfister说：“单单因为机床的规格表写着±0.0002英寸的定位精度并不意味着在机床上钻的孔精度就在±0.0002英寸范围内。相信这点是一个厂家不知道什么是精度的第一表现，而不幸的是，许多厂家完全依赖这种机床规格。”

为了证明他的说法，Pfister说他的工厂有一台规格中列明±0.0002英寸定位精度的机床。但是，在机床以较高的进给速度运行一会儿后，这个精度指标由于滚珠丝杠膨胀而增加到实际值0.004英寸。这就是为什么Finecast采用激光标定来验证公司内所有机床其坐标轴精度的原因。

Kern总裁Burkhard Rother说，由于Kern列出的机床精度是实际试件上获得的精度，因此这些指标考虑了定位精度以及因机床主轴、刀架及刀具而产生的公差。

Kern在其机床上配备专用的、跳动小于1µm的矢量控制式主轴。借助矢量控制，主轴可以在低速范围达到全转矩，同时使机床的CNC系统随时知道主轴的旋转位置。Kern机床通过矢量控制，可以对每次换刀在完全相同的旋转位置停止主轴，Rother说，每次在相同主轴旋转位置装刀可以保证机床加工精度提高1或2µm。Rother进一步建议各个工厂采用高精密弹簧夹头、过盈配合刀架或可平衡式刀架装刀。Kern还采用矢量控制将接触式测头精确装到机床主轴中。在探测零件时，Kern先接触零件的一侧，将机床主轴旋转180°后接触零件的相对侧，这样可以确保用测头的同一侧接触零件的两个相对侧。

Rother说：“这些是工厂进行高精度加工必须做的。我们在德国的加工厂每天都这么做。”他肯定知道，工厂曾经不得不用一把直径为50µm的铣刀来铣50HRC的钢件并曾经在一根人头发丝中钻了多个直径为30µm的孔。在Kern位于德国的工厂内，高精机床在一种无振动的恒温恒湿环境中运行。高精机床与工厂的其他机床分开，并且与其他外部振动源隔开。此外，Kern还将机床放置在一个温度波动不大于±1℃ 的加工区域内。

Rother说，在温度波动比较高的情况下，机床也会表现良好，但是为了实现重复性高精度，温度必须保持恒定。Kern给自己的机床配备了内部热稳定系统以实现更多温度控制。高精机床另一个必备条件是用于计算定位的直接测量系统，诸如光栅等。光栅代柞采用滚珠丝杠节距和回转编码器进行定位计算。所有Kern机床的所有坐标轴上都配备海德汉光栅。对于高精加工的工夹装置，Finecast、欧文斯工业公司及Kern均建议采用基准工夹系统，诸如System 3R推出的系统。对于欧文斯工业公司，这些模块化系统通过将零件夹持在可以快速地从一种机床转移到另一种机床的夹具中而实现零件流水线处理。另外，由于基准工夹系统还在Finecast表现良好，因此该工厂计划在其机床上统统去掉T形槽。

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