高精密加工 

随着航空航天、汽车等工业的技术发展和环保要求的不断提高，对零件的加工精度和工艺要求也越来越高。以满足欧盟Ⅴ尾气排放要求的柴油发动机为例，燃油喷射阀门（图1）需要在每一冲程内快速开闭5~8次，而阀门往复行程仅20μm，对阀门的气密性和动态特性的要求很高，从而对其加工精度的要求也大大提高。

                      图1 高精度燃油喷射阀门

为了满足上述要求，对这些零件的加工精度要求很高，超出了一般精密加工机床可能达到的要求。尽管超精密加工机床可以达到所需的精度，但由于超精密加工对机床的床身、导轨、主轴的特殊结构，使该类机床不仅价格高昂，也有行程偏小、切削效率低、装夹时间长等缺点，难以满足尺寸较大工件的大批量生产需要。 

高精度加工机床是对应上述加工要求的机床。高精密加工的精密度级别介乎精密加工与超精密加工之间，如表1所示。

高精度加工在定义上的一个特点是除了公差范围以外，也同时考虑零件尺寸大小和批量。加工大批量

零件时保持

5

μ

m

的公差，加工相互配合的两个零件时保持

2

μ

m

的公差，或用小直径的立铣刀在定位精度

为

0.3

μ

m

的机床上进行加工等，

都属于高精密加工的范畴。

也就是说，

零件尺寸和工件批量决定了某些特

定公差实现的难度。

高精度机床的结构特点

为了实现较高精度的切削运动，

高精密加工机床的运动控制普遍采用较高级别的功能部

件。

在导轨和轴承方面，

由于高精度加工需要实现高精度和平稳的定位运动、

轨迹运动和微

小距离运动，

因此高精度加工机床采用静压丝杠和静压导轨较为常见。

此外，

高精密加工机

床的电主轴也可采取动压或静压轴承的方案，

以同时实现支承和冷却功能，

并提高主轴的刚

度和阻尼性能。

在位置控制方面，

由于精密测量是控制高精度加工的前提，

要保证机床的运动达到需要

的精度级别，

其电子尺的测量精度须要高

1~2

个数量级。

目前高精度加工机床一般采用分辨

率达

0.05~0.1

μ

m

的玻璃光栅。

机床的加工精度、

光洁度和刀具寿命与机床的刚性成正比，

因此高精度加工机床尤其重

视床身的设计和材料选择。

以瑞士

DIXI

公司的

JIG

系列坐标镗床为例，其床身材料为球墨铸铁，经过有限元分析

优化后，床身的静态刚度达

120N/

μ

m

，比一般数控机床高

3

倍，高频动态刚度比一般机床

高

2~3

倍。此外，

JIG

系列机床的床身采用三点支撑，并将刀库、电气柜、托盘交换装置等

周边系统与床身分离，

此举除可以简化机床安装以外，

还有提高机床稳定性、

降低床身颤动

的作用。

提高机床刚性的另一种途径是使用人造花岗石材料浇注的床身。以德国

KERN

公司的

Pyramid Nano

机床为例，该机床采用了

KERN

公司专有的

Armorith

人造花岗石材料（图

2

中灰色表示

Armorith

人造花岗石材料，蓝色表示金属部件），与球墨铸铁相比，

Armorith

材料的阻尼性能高

10

倍，热导率低

50%

，热膨胀系数也较低。稳定的温度及震动阻尼基座

使

Pyramid 

Nano

机床可以加工出光洁度非常高的表面。此外，

Armorith

材料具有非常高的

密度，

2t

重的机身仅占

2.5m

2

车间面积。

高精度加工在定义上的一个特点是除了公差范围以外，也同时考虑零件尺寸大小和批量。加工大批量零件时保持5μm的公差，加工相互配合的两个零件时保持2μm的公差，或用小直径的立铣刀在定位精度为0.3μm的机床上进行加工等，都属于高精密加工的范畴。也就是说，零件尺寸和工件批量决定了某些特定公差实现的难度。 

高精度机床的结构特点 

为了实现较高精度的切削运动，高精密加工机床的运动控制普遍采用较高级别的功能部件。 

在导轨和轴承方面，由于高精度加工需要实现高精度和平稳的定位运动、轨迹运动和微小距离运动，因此高精度加工机床采用静压丝杠和静压导轨较为常见。此外，高精密加工机床的电主轴也可采取动压或静压轴承的方案，以同时实现支承和冷却功能，并提高主轴的刚度和阻尼性能。 

在位置控制方面，由于精密测量是控制高精度加工的前提，要保证机床的运动达到需要的精度级别，其电子尺的测量精度须要高1~2个数量级。目前高精度加工机床一般采用分辨率达0.05~0.1μm的玻璃光栅。 

机床的加工精度、光洁度和刀具寿命与机床的刚性成正比，因此高精度加工机床尤其重视床身的设计和材料选择。 

以瑞士DIXI公司的JIG系列坐标镗床为例，其床身材料为球墨铸铁，经过有限元分析优化后，床身的静态刚度达120N/μm，比一般数控机床高3倍，高频动态刚度比一般机床高2~3倍。此外，JIG系列机床的床身采用三点支撑，并将刀库、电气柜、托盘交换装置等周边系统与床身分离，此举除可以简化机床安装以外，还有提高机床稳定性、降低床身颤动的作用。 

提高机床刚性的另一种途径是使用人造花岗石材料浇注的床身。以德国KERN公司的Pyramid Nano机床为例，该机床采用了KERN公司专有的Armorith人造花岗石材料（图2中灰色表示Armorith人造花岗石材料，蓝色表示金属部件），与球墨铸铁相比，Armorith材料的阻尼性能高10倍，热导率低50%，热膨胀系数也较低。稳定的温度及震动阻尼基座使Pyramid Nano机床可以加工出光洁度非常高的表面。此外，Armorith材料具有非常高的密度，2t重的机身仅占2.5m2

车间面积。