主题：请机械加工大牛解惑：是如何从粗糙中制作出精细的？ -- 你我

我，是一个机械学徒，我们私底下交流一下吧：

我先总结一下你的问题：

用粗燥的工具如何生产出精密的产品？

不知道，总结的对不对。

现代的机械加工已经相当的复杂了，要想说清楚，以我的能力而言，感觉不大现实。

那么我先从手工加工开始试着讲讲吧。

举例：把一个厚度为10mm的钢块，变成厚度为8mm。

抗一下铁牛，晚上补上

前面说到把一个厚度为10mm的钢块，变成厚度为8mm。但是其实我师傅交待我干活的时候，通常不是这么说的。

一般来说，会告诉我加工成厚度为8.000mm+0.3mm~8.000mm-0.3mm，这么一个样子（当然还会告诉我哪个是基准面，我就真的干过把基准面给挫掉的蠢事）。

到了这里，就产生的第一个问题，测量的问题，要有一个好的量具才能保证精度。换句话说，假如说我师傅最后一把最小刻度为1mm的钢板尺来验收我的加工件的话，我根本不用担心我的东西会不合格，我闭着眼睛挫、措、措。为啥？因为检测的量具精度太低，他怎么检测都都是合格的。但是假设说不是用钢板尺而是用游标卡尺呢？那我就得老实干了。

所以说，如果要想有较好的加工精度，在我看来，首先要有满足需要的测量精度。要不然不管你怎么加工，我量不准，都是白搭。

从有了尺寸这个概念开始一直到现在，测量的手段日新月异，工具是层出不穷。常用的是游标卡尺、螺旋测微仪；精度再高有磁栅、光栅。当然，这里面最根本的是，测量技术的不断发展，如果您有兴趣，可以看一下米元器的演变史外链出处

比如您这个工件，用锉刀挫，挫到9毫米的时候，要小心了。下一步，如何继续挫？比如，这个锉刀一下操作能挫掉0.1毫米，那好办，再挫10下左右就好了。但是这个锉刀一下挫掉0.1毫米，是不是要求这个锉刀本身的精度是0.1毫米以上？比如，挫一个平面，就要很多次挫若干个小平面连接起来，成为一个大的平面，比如，左面挫一下，能挫掉0.1毫米的厚度，紧挨着这个加工位置，向右一点，再挫0.1毫米，那这样依次下去，这个加工后的平面肯定是精度达到要求了。可是，问题又出来了：如何保证每次都能精确挫掉0.1毫米？如何保证左一个挫面和紧挨着的挫面是精确相邻的？否则两侧挫痕之间的空隙，会有一个棱，这个棱又如何打磨下去保证和旁边的挫痕正好同一高度？

整个问题就是：要保证0.1毫米的加工精度，就要保证，一，挫刀的平整度小于0.1毫米，二，锉刀的加工力度是要保证足够精确，每次挫的力度基本相同，三，锉刀的运动轨迹要足够平直，四，每次挫动动作和下次动作之间要足够精确的重复。这些都是如何保证的？是不是要求有大于0.1毫米精度的东西来保证锉刀的运动误差不超过0.1毫米？或者，如果锉刀的运动误差超过0.1毫米，加工出来的工件表面精度，能否达到0.1毫米的要求？

呵呵，我是工科大白，这些表述都是外行话，不知道您听明白了没有。

假设说，我师傅给我提出的不是8.000mm+0.3mm~8.000mm-0.3mm而是8.000mm+0.06mm~8.000mm-0.06mm的话，那么我可能立刻就和师傅说了，您让我大师哥来吧，我没这个手艺，他行。这里面包含的意思就是，同样的活，我大师哥的加工精度比我高。

那么对于机械加工而言，在我看来这个加工精度就体现在设备上。不同设备的加工精度是不同的，一台牛头刨的加工精度是怎么样都比不上一台平面磨的，哪怕你有再先进的测量工具（就算是阿贝比长仪）也不加工不来。

并且就是同样的加工设备，采用不同的切削参数得到的精度也大不相同。

总体上来说，一个机械加工系统的误差大至包含这么几个部分：机床的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形～～

在整个系统中，最差的那个环节决定了整个系统的加工精度能有多高。

既然说挫，咱就说挫，虽然咱最怵头的就是钳工～～

先说，您的第一个问题：

要保证0.1毫米的加工精度，就要保证，一，挫刀的平整度小于0.1毫米

这个其实不一定，也不可能，也没必要～～

俺干钳工的时候是这么干的，先把工件装夹好，然后挫、挫、然后量～～发现坏了一边高一边低，怎么办？

高的那边多挫点（大进给量），低的那边少挫点（小进给量），然后逐渐的慢慢的逼近那个标准值～～直到我用量具测量，发现已经满足要求了，那么我就不那么一边多挫点一边少挫点的折腾了～～

同样后面的几个问题我这个学徒感觉也是和上面的问题是一样的。加工的过程是不是一锤子买卖，而是一个加工~测量～再加工~再测量的逐步逼近的连续过程。

机床，只不过是一个比较高效率的仿形加工而已

上面说到刨床和平面磨床，这个加工尺寸精度不是重点，重点是平面，也就是一个“平”字。刨床也好，平面磨床也好，都有一个相对“平”的导轨。这个导轨，肉眼看上去是非常平的，一毫米都不差。当然了，即使肉眼看上去很平，他也只是相对的平，一毫米不差的话，需要差到微米，一微米不差的话，那么也要差纳米，也就是说，总有一个数量级别显示下，他是不平的，这个就是精度。

如果用刨/磨床加工平面，是通过刨/磨头，在导轨上往复运动。用刨刀/砂轮，切除被加工材料，前面说过，导轨只是相对平的，也就是，通过一个相对平的基准，进行一个相对平的往复运动，加工出一个相对平的被加工面。加工工程中，还需要考虑到刀具/砂轮磨损，切削时机床刚性引起的震动，被加工材料的变形等等因数。所以被加工的表面精度是无法超越机床的导轨精度。但是机床加工的优点是——可以通过仿形加工法大量复制获得。

上面的是您后面的几个问题。还是用挫来举例。正如我前面说的，这个加工过程是个加工～测量～再加工～再测量逐步逼近的过程，在这个过程中，我不需要每次都保证力度足够精确、力度基本相同，每次动作都要足够精确的重复。我只要保证整个加工过程需要逐步逼近就可以了。

这有点类似，洗澡堂里的水龙头的温度调节。冷水流量恒定，一个阀门控制热水，假设还有一个出水口的温度计。那么我怎么样通过调节热水阀门来达到设定的温度呢？假设开始温度20度，要求温度40度～～那么通常是慢慢的增大热水流量，让温度慢慢上升，越接近40度，我的调节量就越小（进给量）～～～当现实温度为40度时，就停止调节。那么您看，这个过程中，其实我没有必要保证每次动那个阀门的力度都是一样的。

我们再举个例子，您会开车么？假设说我让车转60度，是让方向盘动60个1度，还是连续的动态的逼近这个值？

～～这个东西，俺也不咱明白～～

比如，冷热水温度调节，当然，作为洗澡来说，大概差不多就行了，上下差个几度的都可以是舒适的温度。可是，如果要精确调整热水的温度呢？比如，现在是31度，假设我要调到31.3度，但是我要转动一下，就从31度到32度了，这个调整温度的精度就是1度，就没法精确调整到31.3度呀。

刚才说到锉刀，您的解释是没必要锉刀的精度到0.1毫米，那么，假设锉刀上很不幸，有一个0.01毫米的凸起，那么，挫一下，其他地方挫掉了0.1毫米，这个地方就被挫掉了0.11毫米，出现了一个0.01毫米深度的划痕，你这个划痕如何处理？当然，对于0.1毫米的精度要求，0.01毫米的差距可能可以忍受，可是如果要求精度是0.01毫米呢？锉刀上有一个0.01毫米的凸起，这个就是锉刀的精度不够呀，这样就没法加工出符合0.01毫米误差要求的平面了吧？

开车也是，如果要求60度，其实您这里有一个假设，就是每次调整，可以小于1度，这样慢慢调整到58度的时候，可以慢慢逼近，可是如果手的调整精度大于1度呢？你调到59度了，再一转，过了60度了，再调回来，又是59度多了。你如何调整到60度？所以这里有个调整精度的问题。

其实我的问题是：如果系统的加工精度极限在那里，如何突破这个极限产生更高的精度？

比如，您说的，您的加工极限大概是8.00mm +- 0.3mm，您大师兄的加工精度是8.00mm +- 0.06mm，如果把人也算做机械加工系统的一部的话，可以认为您的精度是0.3mm，您大师兄的精度是0.06mm，那么，如何突破这个极限，产生更精细的精度呢？

比如，以前的加工者和加工工具的极限是5mm，后来随着加工技术和加工工具的进步，精度极限提高到了0.5mm，这个突破是如何实现的？如何从粗糙的工具或者说工具和加工者这个系统中，产生更加精细的工具和加工者？

其实我问题的产生是这样的，比如说前工业文明时代，人们的加工精度，似乎很难精确批量化生产某种产品，全仰仗手工业者的技术。

后来，工业文明出现，各种机械的发明创造，各种动力工具的出现，使得制造业出现巨大飞跃。但是精度也不是那么高，最近数控机床一类东西的发展，才出现了一些高效率的高精度的工业化批量生产。当然，这个精度也只是相对范围的精度，如果提高一个数量级，肯定是精度还远远不够的。就好比国产某些机床，精度总是比不过德国的。但是国产机床的精度，比起解放前，已经好上千万倍了。

从这里可以看出来，批量加工生产的精度，是在提高的，就是说，由过去的粗糙，生产出了现在的相对精细。

不过，也许我理解有问题，我认为是从粗糙的工具中生产诞生了更精细的工具，然后这个工具又生产制作出更精细的工具。所以我的问题就是如何从粗糙中生产制作出精细。不过，看了楼上楼下各位的解释，我觉得可能我原来的理解有问题，现在看来，是不是人的加工精度极限一直在那里，只不过以前没有发现这些技巧，没有这些加工经验，所以无法达到这个人的加工精度极限？工业化生产加工精度的不断提高，是不是一直在逼近人类手工加工精度的极限的过程，而不是不断突破粗糙达到更精细的过程？

锉刀加工是手工活，基本上加工精度（包括尺寸和形位误差）就靠加工者的技术和经验来保证。在现行国家标准中，加工精度分14级别，从IT00（最高级量具所用的）到IT14（最粗糙的）；所谓加工精度，是加工尺寸理论允许最大值与理论允许最小值的差值，这个差值也叫做公差。对有配合要求的零件来说，除了公差之外，尺寸的上限值和下限值也很重要。机械零件中常用的配合有基孔制、基轴制等，如图纸上常见的φ30H7/f6，φ30K7/m6等等，大写字母表示孔尺寸的下偏差，小写字母表示轴尺寸的上偏差，数字表示公差等级。每一个具体尺寸的偏差、公差值，可以查表。在机械制造中，要靠手工活来保证较高的加工精度在整个生产中所占的比重实际上是很小的。大量的是依靠加工设备本身的加工精度。比如说，某车床的标称加工精度为0.02mm,那么在正常情况下，按照通用的操作规程，一般水平的操作工人就可以加工到这个精度；如果操作工人的技术水平高，或者采用某特殊的工艺，加工精度可能还可以达到0.01mm；但是限于机器本身的结构，更高的精度就无法达到。

那么，如何从低精度达到高精度呢？这个问题可以从两方面来谈。一是工作母机上的高精度的零件，需要结合多种工艺加工，包括手工加工，这是难点；二是低精度的零件，如果设计得当，装配后可以有较高的加工精度，比如说可以通过调整一个斜块推动相连的杆件，而获得所需任意精度的长度，当然，这对设计者和装配者的要求都是比较高的。

这个是您的问题：

先说一点，现在不管是什么加工，而且我相信哪怕是外星人的加工技术，也有一个概念就是这个+- 0.3mm，这东西叫公差。

也就是说，不管是什么样的精密加工，永远不可能加工出一个绝对值出来。从手工挫开始到现在N年的时间里，我们通过各种在工艺、材料、原理等各个方面的努力，所做的不过是～～～不断的减小公差范围而已。这个公差范围不是一个点，而是以上下偏差为端点的一个线段。换句话说，是不存在一个无限高的精度的，要是有人拿一张没有公差的图纸给师傅加工的话，我估计我师傅会拿着锉刀跟他干一架，他会认为这人是在和他找碴～～～

那么下面，我们接着说我师兄，假设说我师兄一锉刀所能达到的最小公差是+- 0.06mm，那么要达到+- 0.03mm的公差可能么？可能，这里就牵扯到基本上是，合理的安排每个道次的切削量，让最后一个道次切削量，刚好落在公差带内即可，这就是工艺了。

但是实际上，世界上没有这么巧的事情，真正的情况，是加工N个，找出其中合格的几个产品。这就是我们常常听说的，以前我国没有先进的高精度车床，就用普通车床车N个零件，取其中的几个零件的故事了。

具体的，我可以跟您瞎聊一下，工艺我的不懂，只能说没吃过猪肉看过猪跑。

假设说我大师兄的加工精度是+- 0.06mm，那么要达到8.00mm +- 0.03mm[/COLOR]怎么办？让倒数第二次切削时工件的范围在8.56mm~8.44mm内，然后我师兄最后一次切削量为[COLOR=red]0.5mm+- 0.06mm，那么到最后，加工产品的尺寸范围是不是在8.12mm~7.94mm之间呢？找出这些产品中在8.03mm~7.97mm的作为合格产品，就这样了。

其实，这是我这个学徒所能想到的方法，真正的搞了几十年工艺的老师傅看了估计会气的吹胡子瞪眼睛，甚至会指着我鼻子破口大骂我是瞎搞～～

比如过去古人做的陶瓷碗，只需要看上去大致圆即可，现在日常用的比如烟灰缸，水杯等，也只需要这样的精度。

古人所用的大车车轴，他只需要可以穿过去，大致固定，不摇晃即可。尺寸形状，用很简陋的工具就可以得到。

但是现在高铁的车轴，要求就不能同日而语了，随着零件使用的条件和使用环境的改变，对零件精度的要求是不断提高的。

加工精度极限一直在那里，但是这个极限值是随着材料/测量手段的提高而不断的提高。

有些零件，不是不可以做的更精密，但是有一个成本问题。

通常形容精度有一个词叫做公差，就是只要在这个范围内，都是合格产品

举一个例子，同样型号规格的滚刀（加工齿轮用的）

B级：公差0——+0.15mm，价格2000

A级：公差0——+0.05mm，价格5000

AA级：公差0——+0.02mm，价格8000

人的智慧总是无限的。看来批量生产，然后从中挑选符合精度要求的，是一个比较好的办法 。这个办法可行，在于量具的精度足够，而加工工具和加工者的精度不够的情况。

可是，我的问题还是在这里：你大师兄的加工精度是+-0.06mm，通过批量制作从中挑选的办法，可以做到+-0.03的精度，可是这个就是极限了，无法达到+-0.01mm的要求了吧？

如果想突破+-0.01mm的极限，需要什么？需要技术的进步？还是需要工具的改进？

在下面的帖子里我提到过，在工业化的发展进程中，可以看到工业产品的精度是在逐渐提高的，原先的精度不高，是否可以认为当时的工具和人的精度极限就是那样，再无法提高了。但是后来发生了什么事，使得加工精度突破了之前的极限，获得了新的提高？是加工技术进步了？还是加工工具的精度提高了？加工工具的精度又是如何提高的？

比如，用以前的锉刀和以前的人，能加工出+-0.1mm精度的东西，这可能跟当时测量技术的精度也有关系。随着测量技术的提高，用以前的锉刀，有没有可能加工出+-0.01mm精度的东西？那么再进一步，有没有可能加工出+-0.001mm精度的东西？是不是精度的提高，也需要锉刀本身的性质，比如，耐磨损程度，锉刀表面平整度也要有一定的提高？这个提高又是如何实现的？

不过根据大家的回答和我自己的搜索，我大概整理了一下思路，好像是这样的：还是以锉刀为例子，锉这个工艺所能加工出产品的精度，好像跟锉刀本身的性质有一定关系，而锉刀，是另外一种工艺形式生产出来的，比如，通过炼钢技术的提高，增强了锉刀的硬度，确保锉刀在反复多次加工中不会磨损变形，通过打磨技术或者切割技术的提高，确保锉刀表面平整度得到提高，确保每次挫的过程中不会出现深的划痕之类的瑕疵。

是不是可以这么理解：正是各种工艺和技术的混合，使得锉这个加工工艺的精度得到了提高，而这个提高，反过来又可以促进炼钢技术的提高（只是假设，锉这个加工工艺好像是和炼钢技术没有直接关系哈，不过好像有一些间接关系），炼钢技术的提高，又可以促进锉这个加工技术的提高，如此循环推进，从而使得人类整体的加工精度得到了大幅度的提高？

顺便说另外一个问题：好像机械加工的精度，归根结底在于摩擦（微型切削）？

比如，表面光洁度，可以通过抛光来实现，这个是典型的摩擦（微型切削）。比如，表面平整度，可以在检测工具的配合下，通过切削和磨制来实现。比如，杆的直度，可以在检测工具的配合下，通过切割以及锉、磨等工艺来实现。所以，最终机械的精度，还是要靠摩擦这个加工工艺来实现？

各种工艺的结合，互相促进，从而实现整体加工精度的不断提高，不知道是不是这样？