在機(jī)床行業(yè)，筆者聽到多的詞便是“精度”，精度對(duì)于一臺(tái)機(jī)床來(lái)說(shuō)，往往代表了該機(jī)床的能夠加工的工件的高精度等級(jí)。而精度一般有兩個(gè)概念，一個(gè)是加工精度，另一個(gè)是測(cè)量精度。如何反映出設(shè)計(jì)者所要求的尺寸是加工精度，如何知道加工所完成的尺寸則是測(cè)量精度。這兩個(gè)精度都直接依賴于加工機(jī)械或者測(cè)量機(jī)械的工作母機(jī)的精度。今天我們主要來(lái)探討一下關(guān)于加工精度中所涉及到的“平面”問(wèn)題。

眾所周知，機(jī)械設(shè)備的加工精度只會(huì)損失而不會(huì)增加，比如0.01毫米精度的機(jī)械只能加工出誤差大于0.01毫米的工件，所以，即使在不考慮組裝誤差的前提下，使用中等加工精度的機(jī)械加工的零件組裝起來(lái)的機(jī)械，也只能達(dá)到大于0.01毫米的精度。要想生產(chǎn)組裝成誤差小于0.01毫米精度的機(jī)械零件，只能使用誤差小于0.01毫米精度的加工機(jī)械才能制造出來(lái)。根據(jù)這個(gè)道理，要制造高精度加工機(jī)械，只能采用更高一級(jí)精度的加工機(jī)械。那么這里就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題：更高一級(jí)精度的加工機(jī)械是如何被制造出來(lái)的？

其實(shí)這個(gè)問(wèn)題就和人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，從一無(wú)所有開始制造生產(chǎn)工具是一樣的。原始人類開始使用石頭作為工具，然后將石頭加工成精致一點(diǎn)的石頭。然后隨著社會(huì)發(fā)展，人類開始加工青銅、鐵器等制品，都是從粗糙到精密，通過(guò)不斷配比、找到標(biāo)準(zhǔn)、精細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，再由工人手工打磨成更精密的工具，這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。由此規(guī)律可以得出，所有高精度機(jī)床都是由低一級(jí)精度的機(jī)床加工出來(lái)，再由工人手工處理而成的。

 機(jī)械系統(tǒng)的總體精度由系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)的精度構(gòu)成，但是不同環(huán)節(jié)的精度對(duì)系統(tǒng)總體精度的影響程度不相同。其中，對(duì)機(jī)械加工精度影響大的是導(dǎo)軌部分。機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部分是被導(dǎo)軌限制的，導(dǎo)軌的精度就直接決定了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的精度。超精密機(jī)械導(dǎo)軌的滑動(dòng)面被稱為“平面”，要求精度在1/10000毫米以上，沒(méi)有任何機(jī)械能夠加工這種平面，只能用手工的方式加工。相信見過(guò)高精度機(jī)床導(dǎo)軌滑動(dòng)面的人都知道，那個(gè)所謂的“平面”不是一個(gè)光滑的鏡面，而是遍布了有規(guī)律花紋的平面，那些花紋就是做出這個(gè)平面的手工藝人的鏟刀留下的痕跡。

要制造出一個(gè)平面可比大眾意義上的“難事”更加困難，它需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的手工藝人用鏟刀一刀一刀地把粗加工得到的平面鏟平，在鏟出需要的平面的同時(shí)還要做一個(gè)對(duì)照平面，然后在對(duì)照平面上涂上顏色，把加工平面在對(duì)照平面上滑動(dòng)。這時(shí)加工平面上沾上顏色的部分和對(duì)照平面上掉顏色的部分就分別是兩個(gè)平面上高出來(lái)的部分，需要再鏟掉。這個(gè)過(guò)程往往需要反復(fù)進(jìn)行很多很多次，一直到兩個(gè)平面靠上去的顏色完全達(dá)到均一方可罷休。而往往這時(shí)候平面上留下來(lái)的刀痕正好作為潤(rùn)滑油槽，不可謂不是一舉兩得。

但是通過(guò)以上步驟要做出平面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)槿绻麅蓚€(gè)面之間形成了同樣的弧度也會(huì)產(chǎn)生同樣效果，所以這只能表示兩個(gè)面完全一樣，并不能保證是平面。于是就需要再加入另外一個(gè)參照平面。一般來(lái)說(shuō)，加工平面時(shí)，需要同時(shí)加工三個(gè)平面，在這三個(gè)平面中的任意兩個(gè)都一致的時(shí)候，才算做出來(lái)了平面。這個(gè)過(guò)程中離不開嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量?jī)x器和巧匠的雙手。

能夠做出平面的公司從某種意義上來(lái)說(shuō)便代表了制造業(yè)的水準(zhǔn)，而現(xiàn)在采用這種工藝加工機(jī)械所需要的平面的公司主要是在德國(guó)、瑞士和日本，這也是這幾個(gè)國(guó)家能夠生產(chǎn)高精度機(jī)械設(shè)備的原因。

常年旅居日本的自由作家俞天任在《東邊的太陽(yáng)就要落山了？》一書中指出，日本的精密加工公司主要集中在新瀉縣的北緯43度線左右一帶。這里面有氣象學(xué)上的原因，日本人的精密工藝手藝是從德國(guó)人那兒學(xué)來(lái)的，當(dāng)時(shí)日本在選取精密加工產(chǎn)業(yè)的地址時(shí)，選中了氣候和德國(guó)比較相似的北緯43度一帶，這一帶濕度較小，溫度也圍繞在20攝氏度左右，十分符合精密加工所需要的環(huán)境要求。由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有空調(diào)等恒溫設(shè)備，所以在加工地選址時(shí)必須注意到溫差問(wèn)題，溫差所造成的材料脹縮現(xiàn)象對(duì)精密產(chǎn)品的制造和組裝有很大的影響。溫差不僅對(duì)加工工件有影響，如今許多超精密磨床的床身都不用一般的鑄鐵件，而是用花崗巖，也是為了減少溫差帶來(lái)的影響。

日本的這些精密加工公司，基本上都是由幾個(gè)人到幾十個(gè)人組成的小公司，稱之為小作坊也不過(guò)分，但正是因?yàn)橛辛诉@些小作坊，安田、森、牧野這些世界知名的機(jī)械品牌才能聞名于世。日本經(jīng)濟(jì)這十幾年都不景氣，但這些從事手工制作滑動(dòng)用平面的公司從來(lái)沒(méi)有受到過(guò)影響，因?yàn)檫@種行業(yè)是制造業(yè)的根本，需要高超的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，它們生產(chǎn)的產(chǎn)品從來(lái)就只有不夠，沒(méi)有過(guò)剩的。特別是隨著電子技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)高精度加工機(jī)械設(shè)備的要求只會(huì)不斷增長(zhǎng)而不會(huì)減少。

雖然人類的雙手并不能說(shuō)將精度無(wú)限提升，但是這雙手確實(shí)可以創(chuàng)造出很多奇跡。在未來(lái)機(jī)床行業(yè)的精度升級(jí)中，相信這雙手還將發(fā)揮更多的用處。本篇主要涉及機(jī)械加工精度中的“平面”問(wèn)題，筆者將在后續(xù)的文章中陸續(xù)更新更多關(guān)于機(jī)床精度的知識(shí)，不足之處還請(qǐng)廣大網(wǎng)友在評(píng)論區(qū)指正。