大家都希望有精密工业，我国在数控机床方面是有不错的成绩，但是仍然希望有极高级的数控机床。也就是说，我们希望能够提高精密度。究竟精密度是如何得到的？
数控机床的误差来源及精度挑战
在我们行业里有一家日本公司做了一款机器有三个编号，一般等级的精度是3um；中等级的是2um；最高等级的是1um。这三款机器的外观、结构、零件都相同，仅机台的编号不一样，但是价格多了一倍。据说「最高等级的机器是选出来的，而不是做出来的」，生产时谁也无法保证可以做出一台精度1um的机器。最近在研发一台超精密的机器，目标就只定在成品加工精度可以做到3um以内，可想得知，加工的零组件精度也一定要在3um以内，最后所有的零件组合误差也都在3um内，才有机会达到目标的精度。为此，第一件事便是去询问加工厂：「可以把线轨承靠面的直线度控制在3um之内吗？」所有的加工厂都回答：「没办法」；那我再反问：「可以把握的是多少？」所得到的回覆是，10um大概是比较能够拼拼看的精度。再问最近中部进的一台售价1.1亿元的德国机器，他们回覆是5um有把握，3um不接单；看来，想以加工的方法来达到所要的精度是不可行的。
一台机器最后展现的精度，是所有可能的误差累积所表现出来的，整机加工表现的误差来源有：
(1)机械结构的误差：结构受到自身重量及负载的移动变化会使材料做不同程度的变形，进而产生误差；这个结构误差在设计时，以有限元素法分析即可知道有多大。我国有些厂商看不懂有限元素法，只是拿它来做型录用的，机台的误差大到0.5mm也放到型录上去；结构设计在全平面不同负载、不同位置之下误差会有变动，不能考虑单点的结构误差，工作台全平面与刀具端的误差能够做到3um以内就算是非常的厉害了。
(2)传动系统的误差：包括螺杆、线轨、滑块与线轨配合间隙的误差，即使是c1等级的螺杆也有5um的节距误差，最高等级的线轨(UP级)自身两个平行面的平行度误差也有2um，滑块与线轨的间隙想要移动顺畅单边也要有3um以上间隙，二只线轨的组装若1米要求在3um之内的平行度及直线度，组装师傅必定翻脸的，然而高精度的机械，其整机设计与组装就是要想办法去消除这些总合误差，做到3um±3以内，才有机会做到最终的整机要求。
(3)回授及控制的误差：控制器命令输出驱动马达，再以光学尺回授，现有最佳的光学尺其保证误差能在3um内，不过这个误差是来自光学尺的刻度，只要光学尺组装没有问题，它是固定的误差，可以透过控制器的误差补偿予以消除；至于命令的输出与实际动作的lag，那就是控制器的性能了，高精度的加工，通常是在乎做不做得出来而不是做得快不快。
(4)组装的误差：机器的直线度、垂直度、平行度、平面度⋯以及各个零件、移动组件的总合误差，一般控制在5um内即算是非常好的机器了。
(5)温度的误差：每升温1℃便会影响铁产生11.7um/m的变形量，在加工过程中，因能量的转换而产生局部的热变形，造成刀具或工件的热变形，一直是数控机床的痛。即使有热补偿功能，也只是大范围的补偿，无法做小面积的补偿，高精度加工的最好方法还是牲速度去控制加工的温升，使其小于0.5℃的变化，让精度可以维持。
(6)材料的变形：材料从铸造出来，内部会有很大内应用，完全不调质，其变形量可以大到以mm计算；经过多道退火、深冷的处理，这个变形量可以几乎不计，前提就是要花大钱去做多次调质。
(7)夹治具及人为操作误差：加工时夹治具是否对称、夹持的力量是否均匀、环境是否有震动或其它的干涉⋯等，都会影响加工的精度，这就是大家号称大立光的竞争力在建厂时就与他人不同的主因了。
(8)其它误差(如量测、环境因素影响)：每次客户要求做精度加工的检测时， 我的第一个问题即是「用什么测？在那里测？环境温度几度？」多年前曾将机器卖到浙江金华，售服人打电话回来说客户要求精度，并且验收标准2um，我心想完蛋了⋯，随后一反想，这个地方要如何做2um 的检验？问了客户他说他们有游标卡尺，我笑了一下，告诉工程师不用烦恼，最后客户很高兴的收了他心中的2um机器。
学过统计的人都知道，以上的每一项误差都有一个变动范围，假如中间值为m，标准差为s，则机器最后呈现的误差量E=m1+m2+⋯mn ± √[((3s1)2+(3S2)2+⋯(3Sn)2)/n]
上述讨论到m1+m2+⋯mn的误差，加总即有2+3+3+3+5+⋯>15um的误差，所以整机设计时，要考虑到中值最好能够正负误差相抵，如(-2)+(-3)+(-3)+3+5=0 或者是以补偿的方式做误差减低，进而提升机器的精度。这在机器的系统设计时就要考虑完整，一台机器有固定的误差，只要能够重现就不是问题，可以透过补偿方法降低，真正困难的是这些误差变动不一，也就是标准差的分布范围太大无法控制。在如此众多的误差来源之下，如何做到这几十个误差的变异量加总起来的总误差变异量能控制在±3um以内，亦即每个误差的变异量都需要控制在1um之内，否则是无法达成机器精度的总目标，这才是真正困难的挑战。
因此，我国的数控机床产业要整体提升，不单是整机厂提升即可，供应商伙伴的零组件、加工精度也要跟着能够提升起来，整机厂对供应商的要求不是故意要刁难，只是希望大家能提升摆脱低价的竞争！不过，以小小的公司要去推动这个事是力有未逮，最好还是能由政府或数控机床协会出面，从加工开始提升大家的水准。
高精度的机台理论分析到实务验证
整机的精度要达到3um以内真的是颇具有难度，往下每降1um价格就要翻倍，如3um精度的机器要300万，那么2um的可能就要600万元了！每个可控制的因素如：零件精度、组装精度、环境温度都要调整到以0um为中值的误差，再尽量把标准差给降低。
经过了几年的努力，以理论为基础，以推理为过程，以实机量测做验证，终于做出一台在有荷重下，X轴400mm长，pitch的8次精度误差在0.8um；Y轴300mm长，pitch的精度误差在0.6um。从图形可以看到，机台X轴在250~380mm 的位置上组装或加工有问题待检查及修正；Y轴在量测时，室温有明显的变动， 几次量测的起始和终点完全不重合。最高兴的是理论的分析与实际的验证结果几乎完全一致，误差都是在0.8um左右。
精密机械的设计、加工、组装、量测、调整、补偿、修正、环境、分析⋯每个点都是学问，只凭经验没有理论，无法设计出好的产品，也永远分析不出问题在哪里；只有理论没有经验，面对多个零件都是3um以上的误差和容许裕度，怎么算也算不出来1um的精度，只有理论与实务的反覆推理验证，才能得到理想的高精度结果。
