精密加工是指在維持高精度表面光潔度的前提下，從工件上移除材料的製程。精密工具機種類繁多，包括銑削、車削和電火花加工等。如今，精密工具機通常採用電腦數控 (CNC) 系統進行控制。
幾乎所有金屬製品都採用精密加工，塑膠和木材等許多其他材料也是如此。這些機器由經過專門訓練的技工操作。為了使切削刀具能夠完成切削，它必須按照規定的方向移動才能進行正確的切削。這種主要運動稱為「切削速度」。工件也可以移動，這種次要運動稱為「進給」。這些運動以及切削刀具的鋒利度共同作用，使精密機床能夠運作。
高品質的精密加工需要能夠嚴格遵循CAD（電腦輔助設計）或CAM（電腦輔助製造）程序（例如AutoCAD和TurboCAD）產生的極其詳細的藍圖。這些軟體可以幫助產生製造工具、機器或物件所需的複雜三維圖或輪廓。必須高度嚴格遵循這些藍圖，以確保產品的完整性。雖然大多數精密加工公司都使用某種形式的CAD/CAM程序，但在設計的初始階段，他們仍然經常使用手繪草圖。
精密加工應用於多種材料，包括鋼、青銅、石墨、玻璃和塑膠等等。根據工程規模和所用材料的不同，會使用各種精密加工工具。車床、銑床、鑽床、鋸床和磨床，甚至高速機器人等設備都可以組合使用。航太工業可能採用高速加工，而木工工具製造業則可能採用光化學蝕刻和銑削製程。大量生產特定數量的產品，數量可能從數千件到幾件不等。精密加工通常需要對數控 (CNC) 設備進行編程，這意味著它們由電腦數控。數控設備能夠確保產品加工過程中尺寸的精確控制。
銑削是一種利用旋轉刀具沿著特定方向進給（或切割）刀具，從而去除工件材料的加工過程。刀具也可以相對於刀具軸線保持一定角度。銑削涵蓋多種不同的操作和工具機，加工規模從小型單一零件到大型重型批量銑削作業不等。它是加工定制零件並達到高精度公差的最常用工藝之一。
銑削加工可以使用多種工具機完成。最初的銑削工具機是銑床（通常簡稱銑刀）。隨著電腦數控 (CNC) 技術的出現，銑床發展成為加工中心：在銑床的基礎上增加了自動換刀裝置、刀庫或刀架、數控功能、冷卻系統和防護罩。銑削中心通常分為立式加工中心 (VMC) 和水平加工中心 (HMC)。
銑削與車削的融合，反之亦然，始於車床的動力刀具以及偶爾使用銑床進行車削加工。這催生了一種新型工具機——多功能工具機（MTM），其設計旨在實現在同一加工範圍內進行銑削和車削。
對於依賴零件採購的設計工程師、研發團隊和製造商而言，精密數控加工無需額外加工即可製造複雜零件。事實上，精密數控加工通常能夠實現單一機器即可完成成品零件的製造。
機械加工過程通過去除材料並使用各種切削刀具來製造零件的最終形態，而這種形態通常非常複雜。電腦數控 (CNC) 的應用提高了加工精度，它用於自動控制加工刀具。
數控技術在精密加工中的作用
利用編碼程式指令，精密數控加工無需機器操作員手動幹預，即可依照規格切割和成型工件。
經驗豐富的機械師根據客戶提供的電腦輔助設計 (CAD) 模型，使用電腦輔助製造 (CAM) 軟體建立零件加工指令。軟體基於 CAD 模型確定所需的刀具路徑，並產生指示機床執行以下操作的程式碼：
■ 正確的轉速和進給速度是多少
■ 何時何地移動工具和/或工件
■ 切多深
■ 何時使用冷卻液
■ 與速度、進給率和協調性相關的任何其他因素
然後，數控控制器使用程式碼來控制、自動化和監控機器的運動。
如今，從車床、銑床、雕刻機到線切割機、雷射切割機和等離子切割機，各種設備都內建了數控 (CNC) 功能。除了實現加工過程自動化和提高精度外，數控技術還消除了人工操作，使操作人員能夠騰出手來同時管理多台機器的運作。
此外，一旦刀具路徑設計完成且工具機程式編寫完畢，即可對同一零件進行任意次數的重複加工。這確保了加工精度和重複性，進而使此製程具有極高的成本效益和可擴展性。
加工材料
常見的機械加工金屬包括鋁、黃銅、青銅、銅、鋼、鈦和鋅。此外，木材、泡沫材料、玻璃纖維和塑膠（例如聚丙烯）也可以進行機械加工。
事實上，幾乎任何材料都可以使用精密數控加工——當然，這取決於應用及其要求。
精密CNC加工的一些優勢
對於各種製成品中使用的許多小型零件和組件而言，精密數控加工通常是首選的製造方法。
幾乎所有切削加工方法都是如此，不同材料的特性各不相同，零件的尺寸和形狀也會對加工過程產生很大影響。然而，整體而言，精密數控加工製程相比其他加工方法具有諸多優勢。
這是因為CNC加工能夠達成以下目標：
■ 零件複雜度高
■ 公差嚴格，通常在±0.0002" (±0.00508 mm) 至 ±0.0005" (±0.0127 mm) 之間
■表面處理極為光滑，包括定製表面處理
■ 即使在高產量下，也能保持可重複性
雖然熟練的機械師可以使用手動車床生產10個或100個高品質零件，但如果您需要1000個零件怎麼辦？ 10000個零件呢？ 100000個零件呢？甚至100萬個零件呢？
借助精密數控加工，您可以獲得此類大批量生產所需的規模化生產能力和生產速度。此外，精密數控加工的高重複性確保了無論生產多少零件，都能確保從頭到尾零件的一致性。
數控加工有一些非常專業的加工方法，包括線切割放電加工（EDM）、積層製造和3D雷射列印。例如，線切割放電加工使用導電材料（通常是金屬）和電火花來蝕刻工件，從而加工出複雜的形狀。
不過，在這裡我們將重點介紹銑削和車削工藝——兩種廣泛應用且經常用於精密數控加工的減材製造方法。
銑削與車削
銑削是一種機械加工工藝，它使用旋轉的圓柱形切削刀具去除材料並加工出特定形狀。銑削設備，也稱為銑床或加工中心，能夠加工出各種複雜幾何形狀的零件，其中一些零件甚至是最大的金屬加工物件。
銑削加工的一個重要特點是工件保持靜止，而切削刀具旋轉。換句話說，在銑床上，旋轉的切削刀具圍繞工件運動，而工件則固定在工作台上。
車削是指在稱為車床的設備上對工件進行切削或成形的過程。通常，車床帶動工件繞垂直或水平軸旋轉，同時固定的切削刀具（可能旋轉也可能不旋轉）沿著預設軸線移動。
刀具本身無法繞著工件移動。工件旋轉，刀具才能執行預設的加工操作。 （不過，有一部分車床的刀具是繞著捲軸送絲的線材旋轉的，但本文不討論這種情況。）
與銑削不同，車削過程中工件是旋轉的。工件繞車床主軸旋轉，切削刀具與工件接觸。
手工加工與CNC加工
雖然銑床和車床都有手動型號，但CNC工具機更適合小型零件製造——為需要大批量生產高精度零件的應用提供可擴展性和重複性。
除了提供刀具僅沿 X 軸和 Z 軸移動的簡單雙軸機床外，精密數控設備還包括多軸機型，其中工件也可以移動。這與車床不同，車床中工件只能旋轉，刀具會移動以加工出所需的幾何形狀。
這些多軸配置使得在一次操作中即可生產出更複雜的幾何形狀，無需操作員進行額外操作。這不僅簡化了複雜零件的生產，而且還減少或消除了操作員出錯的可能性。
此外，使用高壓冷卻液進行精密數控加工，即使使用垂直主軸的工具機，也能確保切屑不會進入工件內部。
CNC銑床
不同的銑床在尺寸、軸線配置、進給速度、切削速度、銑削進給方向和其他特性方面各不相同。
然而，一般來說，數控銑床都利用旋轉主軸來去除多餘的材料。它們用於加工鋼和鈦等硬金屬，但也可用於加工塑膠和鋁等材料。
數控銑床的設計注重重複性，可用於從原型製作到大批量生產的各種應用。高端精密數控銑床通常用於公差要求極高的加工，例如銑削精密模具。
雖然數控銑削可以快速交貨，但銑削後的表面處理會在零件上留下明顯的刀痕。此外，銑削加工還可能導致零件邊緣鋒利和毛刺，因此如果這些特徵的邊緣和毛邊無法接受，則可能需要額外的加工工序。
當然，程式中編程的去毛邊工具會進行去毛刺，但通常最多只能達到成品要求的 90%，還有一些特徵需要進行最後的手工精修。
至於表面光潔度，有些工具不僅可以產生可接受的表面光潔度，還能在工件的某些部分產生鏡面般的光潔度。
數控銑床的類型
銑床的兩種基本類型分別是立式加工中心和水平加工中心，它們的主要區別在於工具機主軸的方向。
立式加工中心是一種主軸軸線沿 Z 軸方向排列的銑床。這類立式工具機可進一步分為兩種：
■臥式銑床，其中主軸平行於自身軸線運動，而工作台垂直於主軸軸線運動。
■轉塔銑床，其主軸固定不動，工作台則移動，在切削過程中始終與主軸軸線保持垂直和平行。
在水平加工中心中，銑床的主軸軸線與Y軸方向一致。這種水平結構意味著這類銑床通常佔用車間更大的空間；它們也通常比立式工具機更重、功率更大。
當需要更高的表面光潔度時，通常會使用水平銑床；這是因為主軸的朝向使得切削屑自然脫落，易於清除。 （此外，高效的排屑還有助於延長刀具壽命。）
一般來說，立式加工中心較為普及，因為它們的功能可以與水平加工中心媲美，而且能夠加工非常小的零件。此外，立式加工中心的佔地面積也比臥式加工中心小。
多軸CNC銑床
精密數控銑削中心可配備多個軸心。三軸銑床利用 X、Y 和 Z 軸進行各種加工。四軸銑床則可以繞垂直和水平軸旋轉，並移動工件，從而實現更連續的加工。
五軸銑床擁有三個傳統軸和兩個額外的旋轉軸，使得工件在主軸頭繞其旋轉的同時也能隨之旋轉。這樣一來，無需取下工件並重新調整機床，即可加工工件的五個面。
CNC車床
車床（也稱為車削中心）有一個或多個主軸，以及X軸和Z軸。此工具機用於使工件繞其軸線旋轉，從而執行各種切削和成型操作，並可使用多種刀具對工件進行加工。
數控車床，也稱為動態刀具車床，是加工對稱圓柱形或球形零件的理想選擇。與數控銑床類似，CNC車床既可以處理小型加工，例如原型製作，也可以設定高重複性，從而支援大批量生產。
數控車床還可以設置成相對無需人工幹預的生產方式，因此被廣泛應用於汽車、電子、航空航太、機器人和醫療器材產業。
CNC車床的工作原理
在CNC車床上，將一根毛坯棒料裝入車床主軸的卡盤中。卡盤將工件固定到位，主軸隨之旋轉。當主軸達到所需轉速時，固定的切削刀具與工件接觸，去除材料，最終加工出所需的幾何形狀。
數控車床可以執行多種加工操作，例如鑽孔、攻牙、鏜孔、鉸孔、端面加工和錐度車削。不同的加工操作需要更換刀具，這會增加成本和設定時間。
當所有必要的加工工序完成後，即可將零件從坯料上切割下來，以便進行後續加工（如有需要）。之後，CNC車床即可重複此工序，通常兩次加工之間幾乎不需要額外的設定時間。
數控車床還可配備各種自動棒料送料器，進而減少人工原料搬運量，並帶來以下優點：
■ 減少機器操作員所需的時間和精力
■支撐棒料以減少可能對精度產生負面影響的振動
■ 使工具機以最佳主軸轉速運轉
■ 盡量縮短換線時間
■ 減少材料浪費
CNC車床的類型
車床有很多不同的類型，但最常見的是二軸數控車床和中國式自動車床。
大多數國產數控車床使用一個或兩個主軸以及一個或兩個副主軸（或輔助主軸），主軸的加工由旋轉傳動裝置完成。主軸在導套的輔助下執行主要加工操作。
此外，一些中國式車床還配備了第二個刀頭，可以作為CNC銑床使用。
中國式數控自動車床的加工原理是：工件經由滑動主軸送入導套。這樣，刀具就能在靠近工件支撐點的位置進行切削，因此這種中國產機床特別適合加工細長車削零件和進行微加工。
多軸數控車削中心和中式車床可以使用一台機器完成多種加工操作。這使得它們成為加工複雜幾何形狀的經濟高效之選，而使用傳統數控銑床等設備則需要多台機器或頻繁更換刀具。