精密加工是指在保持高精度表面光洁度的前提下，从工件上去除材料的工艺。精密机床种类繁多，包括铣削、车削和电火花加工等。如今，精密机床通常采用计算机数控 (CNC) 系统进行控制。
几乎所有金属制品都采用精密加工，塑料和木材等许多其他材料也是如此。这些机器由经过专门培训的技工操作。为了使切削刀具能够完成切削，它必须按照规定的方向移动才能进行正确的切削。这种主要运动称为“切削速度”。工件也可以移动，这种次要运动称为“进给”。这些运动以及切削刀具的锋利度共同作用，使精密机床能够运转。
高质量的精密加工需要能够严格遵循CAD（计算机辅助设计）或CAM（计算机辅助制造）程序（例如AutoCAD和TurboCAD）生成的极其详细的蓝图。这些软件可以帮助生成制造工具、机器或物体所需的复杂三维图或轮廓。必须高度严格地遵循这些蓝图，以确保产品的完整性。虽然大多数精密加工公司都使用某种形式的CAD/CAM程序，但在设计的初始阶段，他们仍然经常使用手绘草图。
精密加工应用于多种材料，包括钢、青铜、石墨、玻璃和塑料等等。根据项目规模和所用材料的不同，会使用各种精密加工工具。车床、铣床、钻床、锯床和磨床，甚至高速机器人等设备都可以组合使用。航空航天工业可能采用高速加工，而木工工具制造行业则可能采用光化学蚀刻和铣削工艺。批量生产特定数量的产品，数量可能从数千件到几件不等。精密加工通常需要对数控 (CNC) 设备进行编程，这意味着它们由计算机数控。数控设备能够确保产品加工过程中尺寸的精确控制。
铣削是一种利用旋转刀具沿特定方向进给（或切割）刀具，从而去除工件材料的加工工艺。刀具也可以相对于刀具轴线保持一定角度。铣削涵盖多种不同的操作和机床，加工规模从小型单个零件到大型重型批量铣削作业不等。它是加工定制零件并达到高精度公差的最常用工艺之一。
铣削加工可以使用多种机床完成。最初的铣削机床是铣床（通常简称铣刀）。随着计算机数控 (CNC) 技术的出现，铣床发展成为加工中心：在铣床的基础上增加了自动换刀装置、刀库或刀架、数控功能、冷却系统和防护罩。铣削中心通常分为立式加工中心 (VMC) 和卧式加工中心 (HMC)。
铣削与车削的融合，反之亦然，始于车床的动力刀具以及偶尔使用铣床进行车削加工。这催生了一种新型机床——多功能机床（MTM），其设计旨在实现在同一加工范围内进行铣削和车削。
对于依赖零件采购的设计工程师、研发团队和制造商而言，精密数控加工无需额外加工即可制造复杂零件。事实上，精密数控加工通常能够实现单台机器即可完成成品零件的制造。
机械加工过程通过去除材料并使用各种切削刀具来制造零件的最终形态，而这种形态通常非常复杂。计算机数控 (CNC) 的应用提高了加工精度，它用于自动控制加工刀具。
数控技术在精密加工中的作用
利用编码编程指令，精密数控加工无需机器操作员手动干预，即可按照规格切割和成型工件。
经验丰富的机械师根据客户提供的计算机辅助设计 (CAD) 模型，使用计算机辅助制造 (CAM) 软件创建零件加工指令。该软件基于 CAD 模型确定所需的刀具路径，并生成指示机床执行以下操作的程序代码：
■ 正确的转速和进给速度是多少
■ 何时何地移动工具和/或工件
■ 切多深
■ 何时使用冷却液
■ 与速度、进给率和协调性相关的任何其他因素
然后，数控控制器使用编程代码来控制、自动化和监控机器的运动。
如今，从车床、铣床、雕刻机到线切割机、激光切割机和等离子切割机，各种设备都内置了数控 (CNC) 功能。除了实现加工过程自动化和提高精度外，数控技术还消除了人工操作，使操作人员能够腾出手来同时管理多台机器的运行。
此外，一旦刀具路径设计完成且机床程序编写完毕，即可对同一零件进行任意次数的重复加工。这确保了加工精度和重复性，进而使该工艺具有极高的成本效益和可扩展性。
加工材料
常见的机械加工金属包括铝、黄铜、青铜、铜、钢、钛和锌。此外，木材、泡沫材料、玻璃纤维和塑料（例如聚丙烯）也可以进行机械加工。
事实上，几乎任何材料都可以使用精密数控加工——当然，这取决于应用及其要求。
精密数控加工的一些优势
对于各种制成品中使用的许多小型零件和组件而言，精密数控加工通常是首选的制造方法。
几乎所有切削加工方法都是如此，不同材料的特性各不相同，零件的尺寸和形状也会对加工过程产生很大影响。然而，总体而言，精密数控加工工艺相比其他加工方法具有诸多优势。
这是因为数控加工能够实现以下目标：
■ 零件复杂度高
■ 公差严格，通常在±0.0002" (±0.00508 mm) 至 ±0.0005" (±0.0127 mm) 之间
■ 表面处理极其光滑，包括定制表面处理
■ 即使在高产量下，也能保持可重复性
虽然熟练的机械师可以使用手动车床生产10个或100个高质量零件，但如果您需要1000个零件怎么办？10000个零件呢？100000个零件呢？甚至100万个零件呢？
借助精密数控加工，您可以获得此类大批量生产所需的规模化生产能力和生产速度。此外，精密数控加工的高重复性确保了无论生产多少零件，都能保证从始至终零件的一致性。
数控加工有一些非常专业的加工方法，包括线切割放电加工（EDM）、增材制造和3D激光打印。例如，线切割放电加工使用导电材料（通常是金属）和电火花来蚀刻工件，从而加工出复杂的形状。
不过，在这里我们将重点介绍铣削和车削工艺——两种广泛应用且经常用于精密数控加工的减材制造方法。
铣削与车削
铣削是一种机械加工工艺，它使用旋转的圆柱形切削刀具去除材料并加工出特定形状。铣削设备，也称为铣床或加工中心，能够加工出各种复杂几何形状的零件，其中一些零件甚至是最大的金属加工对象。
铣削加工的一个重要特点是工件保持静止，而切削刀具旋转。换句话说，在铣床上，旋转的切削刀具围绕工件运动，而工件则固定在工作台上。
车削是指在称为车床的设备上对工件进行切削或成形的过程。通常，车床带动工件绕垂直或水平轴旋转，同时固定的切削刀具（可能旋转也可能不旋转）沿预设轴线移动。
刀具本身无法绕着工件移动。工件旋转，刀具才能执行预设的加工操作。（不过，有一部分车床的刀具是绕着卷轴送丝的线材旋转的，但本文不讨论这种情况。）
与铣削不同，车削过程中工件是旋转的。工件绕车床主轴旋转，切削刀具与工件接触。
手工加工与数控加工
虽然铣床和车床都有手动型号，但数控机床更适合小型零件制造——为需要大批量生产高精度零件的应用提供可扩展性和重复性。
除了提供刀具仅沿 X 轴和 Z 轴移动的简单双轴机床外，精密数控设备还包括多轴机型，其中工件也可以移动。这与车床不同，车床中工件只能旋转，刀具会移动以加工出所需的几何形状。
这些多轴配置使得在一次操作中即可生产出更复杂的几何形状，无需操作员进行额外操作。这不仅简化了复杂零件的生产，而且还减少或消除了操作员出错的可能性。
此外，采用高压冷却液进行精密数控加工，即使使用垂直主轴的机床，也能确保切屑不会进入工件内部。
数控铣床
不同的铣床在尺寸、轴线配置、进给速度、切削速度、铣削进给方向和其他特性方面各不相同。
然而，一般来说，数控铣床都利用旋转主轴来去除多余的材料。它们用于加工钢和钛等硬金属，但也可用于加工塑料和铝等材料。
数控铣床的设计注重重复性，可用于从原型制作到大批量生产的各种应用。高端精密数控铣床通常用于公差要求极高的加工，例如铣削精密模具。
虽然数控铣削可以实现快速交货，但铣削后的表面处理会在零件上留下明显的刀痕。此外，铣削加工还可能导致零件边缘锋利和毛刺，因此如果这些特征的边缘和毛刺无法接受，则可能需要额外的加工工序。
当然，程序中编程的去毛刺工具会进行去毛刺，但通常最多只能达到成品要求的 90%，还有一些特征需要进行最后的手工精修。
至于表面光洁度，有些工具不仅可以产生可接受的表面光洁度，而且还能在工件的某些部分产生镜面般的光洁度。
数控铣床的类型
铣床的两种基本类型分别是立式加工中心和卧式加工中心，它们的主要区别在于机床主轴的方向。
立式加工中心是一种主轴轴线沿 Z 轴方向排列的铣床。这类立式机床可以进一步分为两种类型：
■卧式铣床，其中主轴平行于自身轴线运动，而工作台垂直于主轴轴线运动。
■转塔铣床，其主轴固定不动，工作台则移动，在切削过程中始终与主轴轴线保持垂直和平行。
在卧式加工中心中，铣床的主轴轴线与Y轴方向一致。这种卧式结构意味着这类铣床通常占用车间更大的空间；它们也通常比立式机床更重、功率更大。
当需要更高的表面光洁度时，通常会使用卧式铣床；这是因为主轴的朝向使得切削屑自然脱落，易于清除。（此外，高效的排屑还有助于延长刀具寿命。）
一般来说，立式加工中心更为普及，因为它们的功能可以与卧式加工中心媲美，而且能够加工非常小的零件。此外，立式加工中心的占地面积也比卧式加工中心小。
多轴数控铣床
精密数控铣削中心可配备多个轴。三轴铣床利用 X、Y 和 Z 轴进行各种加工。四轴铣床则可以绕垂直和水平轴旋转，并移动工件，从而实现更连续的加工。
五轴铣床拥有三个传统轴和两个额外的旋转轴，使得工件在主轴头绕其旋转的同时也能随之旋转。这样一来，无需取下工件并重新调整机床，即可加工工件的五个面。
数控车床
车床（也称车削中心）有一个或多个主轴，以及X轴和Z轴。该机床用于使工件绕其轴线旋转，从而执行各种切削和成型操作，并可使用多种刀具对工件进行加工。
数控车床，也称为动态刀具车床，是加工对称圆柱形或球形零件的理想选择。与数控铣床类似，数控车床既可以处理小型加工，例如原型制作，也可以设置高重复性，从而支持大批量生产。
数控车床还可以设置成相对无需人工干预的生产方式，因此被广泛应用于汽车、电子、航空航天、机器人和医疗器械行业。
数控车床的工作原理
在数控车床上，将一根毛坯棒料装入车床主轴的卡盘中。卡盘将工件固定到位，主轴随之旋转。当主轴达到所需转速时，固定的切削刀具与工件接触，去除材料，最终加工出所需的几何形状。
数控车床可以执行多种加工操作，例如钻孔、攻丝、镗孔、铰孔、端面加工和锥度车削。不同的加工操作需要更换刀具，这会增加成本和设置时间。
当所有必要的加工工序完成后，即可将零件从坯料上切割下来，以便进行后续加工（如有需要）。之后，数控车床即可重复该工序，通常两次加工之间几乎不需要额外的设置时间。
数控车床还可以配备各种自动棒料送料器，从而减少人工原材料搬运量，并带来以下优点：
■ 减少机器操作员所需的时间和精力
■支撑棒料以减少可能对精度产生负面影响的振动
■ 使机床以最佳主轴转速运行
■ 最大限度缩短换线时间
■ 减少材料浪费
数控车床的类型
车床有很多不同的类型，但最常见的是二轴数控车床和中国式自动车床。
大多数国产数控车床使用一个或两个主轴以及一个或两个副主轴（或辅助主轴），主轴的加工由旋转传动装置完成。主轴在导套的辅助下执行主要加工操作。
此外，一些中国式车床还配备了第二个刀头，可以作为数控铣床使用。
中国式数控自动车床的加工原理是：工件通过滑动主轴送入导套。这样，刀具就能在靠近工件支撑点的位置进行切削，因此这种中国产机床特别适合加工细长车削零件和进行微加工。
多轴数控车削中心和中式车床可以使用一台机器完成多种加工操作。这使得它们成为加工复杂几何形状的经济高效之选，而使用传统数控铣床等设备则需要多台机器或频繁更换刀具。