機床
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工具機（英语：Machine Tool）是指動力製造的機械裝置，通常用於精密切削金屬，以生產其他機器或加工的金屬零件。
為了加工工件，机床在工件和刀具[需要消歧义]之間製造出一個相對運動。這個運動又可分為主運動和進給運動。這两個運動重疊在一起，才使得原材料加工成為可能。原本在工業革命發展早期還在用人工加工零件，工具機的發明使得機器能製造機器，工廠大爆發的時代也跟著降臨。但現在技術進步下，工具機的品類也包含有3D列印機，這種機器採用直接列印成形的方法了，但理論基礎於前述的切削工法相反而是用堆合的方式製造出零件。不過，本篇主要介紹採用切削工法的機床。
機床一般可用作其他工具的成型，切削和連接。
目录
定義[编辑]
在機械工程學之特別部門，有別於其他機械可說是製造機械的機械。
- 廣義-工具機為將固體材料，經由一動力源推動，以物理的、化學的或其他方法作成形加工的機械。
- 狹義-是指加工材料以金屬工件為主的工具機。加工方式則以切削或輪磨等機型方式將工件製成所需的形狀、尺寸及表面精度，按造其功用可分為切削型、成形型、及使用高級技術三類。
工具機的基本組件[编辑]
工具機的基本組件包括以下組件：支承机构、驱动装置、进给机构、导向机构、控制和操纵系统、润滑系统、冷却系统、安全装置等。
- 頭座：可提供驅動與進給刀具或是旋轉工件的動力。內含主軸、變速齒輪系統等。
- 機柱：提供垂直的支撐。某些機器的機柱也提供頭座上下移動的能力。
- 工作檯：支持固定加工中的工件。某些機器如鋸床，其工作檯也提供進給工件的能力。
- 鞍座、床檯（基座）、滑道等：支撐其他組件，有時提供進給自由度。
驅動裝置[编辑]
工具機的動力可由電動機提供。電動機可分為直流馬達與交流馬達。傳統上直流馬達有功率輸出大，加減速反應靈敏順暢、溫度低等優點。但直流馬達具有電刷等易損壞零件。整流時產生之火花可能導致火災，最高速率因此受限。易損壞零件也提高故障率。
交流馬達不需電刷。加上近年來功率、加減速反應與溫度等問題改進，已取代直流馬達成為主流。 [1]
目前最先进的技术是直线电机直接驱动机床的直线轴运动，不需要旋转电机经丝杠或者齿轮齿条等传动机构间接驱动。
分类[编辑]
根据用途分类[编辑]
根据组成单元的构造分类[编辑]
因机床組成單元的構造不同可分為檯式、落地式、龍門式、多機頭式等四种。[2]
根据自动化程度分类[编辑]
机床根据電腦化程度可分為傳統金屬切削機（完全手工控制），數值控制NC（未加數控器，但有自動化控制）與電腦數值控制CNC（完全電腦控制）工具機。
傳統金屬切削機[编辑]
工具機用於精密切削金屬以生產其他機器的金屬零件。其架構必需有足夠的剛性，適當的形狀，易於操作，易於除去金屬碎屑，夠安全，夠穩定，夠準確與夠精確。[2]
在工具機上待加工的金屬稱為「工件」，用來切削工件的工具稱為刀具。工具機提供動力造成工件與刀具的相對運動，並且精確控制此相對運動，去除工件上不要的部分。某些機器如車床是轉動工件，進給刀具。也有機器如鏜床，轉動刀具，進給工作檯以移動工件。
| 機器 | 切削運動 | 進給運動 | 加工表面 |
|---|---|---|---|
| 車床（卧式） | 工件旋轉（周向） | 刀架（轴向 / 横向、径向 / 纵向） | 外圓面（车圆柱、车螺纹 / 套扣、滚花、抛光、成型车削）、内圆面（孔加工，包括鑽 / 镗 / 鉸 / 扩孔、攻丝等） |
| 镗床（卧式） | 刀具旋轉 | 工作檯平移、刀具伸缩 | 内圆面（钻 / 镗 / 鉸孔，多在大型、非旋转体工件上使用，例如活塞发动机的汽缸） |
| 龍門鉋床 | 工作檯往復運動 | 刀具 | 平面，大工件 |
| 牛頭鉋床 | 刀具往復運動 | 工作檯 | 平面，小工件 |
| 銑床（卧式、立式） | 刀具旋轉 | 工作檯 | 平面、齒輪、突輪、孔加工、靠模（常见配钥匙的微型铣床） |
| 龙门铣床 | 工作台往复运动 + 铣刀旋转 | 铣头平移 | 平面 |
| 外圆磨床 | 砂轮旋轉 | 工作檯 | 磨平面 |
| 鑽床（台钻、立钻、摇臂钻） | 刀具旋轉 | 刀具伸缩、移动（仅摇臂钻） | 孔加工 |
| 鋸床 | 刀具 | 刀具、工件 | （切斷） |
| 拉床 | 刀具 | （唯一没有进给运动的机床，一次成型） | 內外表面 |
電腦數值控制（CNC）工作母機[编辑]
工作母機不但可由人工直接操作，也可加入自動控制。
數值控制（Numerical control,NC）工具機以及更先進的電腦數值控制（computer numerical control,CNC）工具機已成為工業中及重要的部分。
CNC之優缺點[编辑]
與傳統工具機、大量生產專用機相比，CNC工具機較適合少量或中量高品質精密零件生產，也較能適應多樣不同產品的生產。
功能的優點：
- 高精確度。高品質。
- 資料易儲存修改。如果程式設計良好，可以通用於不同時間地點的工具機，生產相同的產品。不需重新設計。
- 可自動換刀、送料等，自動程度更高。
- 「適應控制」維持工具機於最佳生產條件。
- 較長的刀具壽命。
生產製造之優點：
- 增加工作時間提高機器使用率（下班無人看管仍可工作）
- 高效率、高品質、高良率。在成品外形複雜精細時尤其明顯。
- 減少夾具、治具。因此減少前置成本與準備時間。
- 加工多樣化。在少量多樣的生產模式下可減少單位成本。
人事管理上的優點：
- 減少勞力人事成本。一操作員可同時操作數台機器。
- 加工時間、單位成本易控制掌握，因此可有效掌握生產計劃，並且能減少呆料。
- 操作簡便。一旦程式設計完成，操作就減少對高技術操作人員依賴。
- 免除操作者誤差，提高良率。
缺點：
- CNC工具機初期購置成本高。
- 程式人員須有加工、操作等知識。
- 設備精密複雜，維護與保養成本高。
- 依賴程式設計師、機械維修專業人員。此類人員訓練較一般技術員困難。
操作[编辑]
工件夾持法[编辑]
待加工的工件可用許多方法夾持。
- 以兩領針支持工件：以機器頭座與尾座各一頂針夾住工件。適合用於夾持長形工件進行旋轉，能承受較大的切削力量。
- 心軸：以頭座伸出的心軸，穿過圓柱形工件軸心已有的洞。
- 面板：以夾具將工件固定在工具機的一面板上。適用於平板、不規則形的工件。
- 夾頭：以類似爪子的組件抓住工件。
工具機安全[编辑]
除了操作員安全訓練之外，工具機上也有數種設計維護安全，例如在工具機外裝置防護閘門防止異物伸入；裝置光電偵測器以在異物伸入時發動緊急停止；將控制裝置設定為雙手按鈕等等。 [2]
應用技術[编辑]
相關條目[编辑]
參考資料[编辑]
- ^ 1.0 1.1 陳進郎。《數控工具機》。台北市：全華。四版一刷。2004年11月。
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Amstead, Ostwald, Begeman著，羅仕鵬，黃純權，陳再萬編譯，《機械加工法》（Manufacturing Processes，八版四刷）。台北：高立圖書。1995年4月。ISBN 957584159X。第十五章工具機的基本元件
- ^ 巫維標。《數控工具機》。台北縣：新文京開發出版。2001年。
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