车床

**車床**，是工具機的一種，將工件固定在主軸上高速旋轉，以進給運動中的刀具加工。

車床是由電力驅動馬達，經皮帶及齒輪等傳動系統使主軸轉動，帶動主軸夾頭上之工件旋轉，再利用固定於刀架上之車刀進行車削之工具機，主要加工工件為圓型桿件，切削工作有車端面、內外直徑、圓弧、錐度、鑽孔、搪孔、偏心、壓花、切斷、切槽、車螺牙。一般車床配備各種專用刀具，可完成內外圓加工、鑽孔、車螺紋、切斷車槽、端面加工、車外圓、鑽中心孔、車孔，鉸孔、車圓錐、車成形面、滾花、盤繞彈簧等加工程序。

## 歷史

車床是一種古老的工具，其雛型可追溯至古埃及。1797 年，英國人亨利・莫茲利發明了近代所認知的車床。

## 構造

以下以臥式普通車床為例介紹。

### 頭座

頭座（英語：Head stock）：包含有傳導機構與莫氏錐度之中空主軸組成。主軸後段裝置齒輪，與傳導機構之塔輪或齒輪連接，帶動主軸運轉。主軸前段可裝置夾頭、面盤等夾具夾持工件。

### 主軸變速箱

* H1：機油量觀察窗
* H2：中級齒輪桿
* H3：主軸高低速變換桿
* H4：主軸（Main Spindle）
* H5：不倒翁齒輪 - 前進 / 後退，嚙合 / 脫開
* H6：變速箱，圖中為八段變速
* H7：導螺桿（或稱絲槓）（Ball Screw）
* H8：進給桿（或稱光槓）（Feed Rod）
* H9：刀架移動開關
* H10：掛輪護蓋

主電動機經過包含 H2、H3 在內的傳動鏈帶動主軸 H4 旋轉，主軸再經由 H5、H6 控制下帶動 H7 或 H8，實現主軸旋轉與刀架進給的聯動。

H7 稱為絲槓、H8 稱為光槓，皆因其螺紋（螺絲）與光滑表面而得名。

H9 是一個四向五位（即可在十字形的軌跡上扳動）的手柄，上下扳動可以更改光槓旋轉方向，中間位置切斷來自主軸的傳動鏈、停止光槓轉動並防止運動干涉，再左右扳動則接通快速進給電動機實施快速走刀。也有車床的該手柄只能上下扳動（兩向三位）、快速走刀是裝在溜板箱上的單獨手柄。

如果變速箱內置的檔位無法滿足加工要求，可打開 H10 蓋子、將特定齒數的齒輪掛裝在軸上，扳動手柄選擇掛輪即可按照掛輪所設定的傳動比走刀。

### 床台

床台（英語：Lathes bed）：有兩條精度很高的 V 形導軌和矩形導軌，其導軌一般都經過高頻硬化處理製成。導軌分兩部份，以引導刀座（Carriage）與尾座（Tail stock）移動。床台下方裝置一導螺桿，其螺桿會配合主軸之轉速，可配合刀座部份的自動進刀機構進行車螺紋、工件滾紋（或稱壓花）之工作。

床台的斷面形狀，依製造工廠有不同設計樣式，大致分為**英式**和**美式**兩種。

**英式床台和美式床台比較**

### 溜板箱與刀座

溜板箱架在床身上，側面垂下部分裝有傳動機構以從絲槓與光槓接受運動，帶動上方承裝的刀架進刀切削。

刀座（或稱刀架，英語：Carriage）：包含複式刀座與自動進刀機構等。複式刀座可操作橫向進刀與縱向進刀。一般而言，車床縱向進刀由溜板箱上的大手輪（進刀手輪）操作、橫向進刀由刀座上的手輪操作。自動進刀機構進行車螺紋、工件滾紋的原理係利用車床上工件作一等速運轉，配合刀座之刀具以等速直線移動的方式進行車削。

* 1: 方形刀架
* 2: 複式刀架上座
* 2a: 複式刀架進刀手輪
* 2b: 分度盤
* 3: 橫向滑板
* 3a: 對側支架
* 3b: 橫向進刀手輪
* 4: 床鞍（Saddle）
* 5: 裙床（或稱溜板箱）（Apron）
* 5a: 縱向進刀手輪（Handwheel）
* 5b: 螺紋 / 光滑面切削控制桿
* 5c: 縱橫進刀控制桿

1 上夾持有車刀。有些車床的該部件可同時夾持四把車刀，用每次旋轉 90° 的手柄選擇一把車刀進行加工，省去頻繁換刀的麻煩。

2 可以在 2b 上旋轉，使橫向進刀變為斜向進刀，用於加工斜面。

當 5b 扳到螺紋檔位時，溜板箱內兩個半螺母扣在絲槓上，同時光槓上滑移齒輪到床身齒條的傳動鏈斷開，刀架由絲槓帶動進行螺紋的車削；反之由光槓配合床身齒條帶動進行外圓切削。

5c 控制 2 或 3 是否與光槓聯動，即是否自動進刀。

### 尾座

尾座（英語：Tail stock）：位於床台的右側位置。尾座的軸孔為莫氏錐度，可裝置鑽頭、絞孔刀與螺絲攻進行內孔加工之工作。亦可配合工件長度的需要，在導軌（Ways）上移動尾座；此時尾座可裝置頂心頂住夾頭所夾持之工件，避免夾頭所夾持之工件過長而不易夾持。

* T1：尾座手輪（Handwheel）
* T2：減速齒輪箱（可選）
* T3：身體
* T4：可調底座
* T5：頂心（Taper）
* T6：鎖定桿

### 床座

**床座**包含床台（床軌）及基座（床架），下部為基座；上部為床台。

## 附件

由於工作上的需要，設有許多的附件。 

### 夾頭（Lathe chuck）

夾頭是工具機上用來夾持工件的機械裝置。

### 花盤（Face plate）

**花盤**又稱**面盤**，是一台車床的基本夾具附件，用於木材或金屬車削車床。它是一個圓形金屬（通常是鑄鐵）板。面盤上有很多放射狀或不規則平行的細長溝，用於裝置較大或不規則形狀工作物之搪孔工作、鑽孔工作、用其他方法無法夾持加工之工作物。

### 心軸（Finger）

它是套用經過加工後之工作物之孔內，心軸兩端開有頂心孔，以便一端由頂心支持，另一端崁入主軸端。

* 實體心軸：
* 膨脹心軸：
* 排心軸：
* 螺絲心軸：
* 圓錐體心軸：

### 頂心（頂尖、頂針）、牽轉具（夾頭、卡箍）

（英語：Lathe Center）頂心用來支撐工作物的，裝在主軸端稱**活頂心**又稱前頂尖，裝在尾座稱為**死頂心**又稱後頂尖。

牽轉具，中空部位可用以夾持工作物。

* 心形牽轉具又稱為**雞心夾頭**，通常用來夾持圓形的工作物。
* 夾子形牽轉具：夾子形牽轉具通常用來夾持方形之工作物。

### 驅動盤（Driven Disc）

驅動盤，安裝於車床主軸上，當其迴轉時，使夾持於兩頂心間之工作物旋轉，以便進行車削加工。

### 筒夾（Collet chuck）

筒夾是一種零件，它主要負責把小直徑的工作物夾緊於主軸端。主要用於六角車床及自動車床。

### 中心架（Steady Rest）

避免工作物產生撓曲現象，用來支撐細長工作物，裝設在刀具座上並隨之移動的穩定扶架。

### 角板（Angle plate）

使用於工作物不能直接安裝於面盤上的一種輔助工具。

### V 槽塊（V 夾塊）

用來訂定工作物中心位置。

### 車刀（Turnig Tool）

用於加工，工作物外表。

## 車削加工

車削是一種加工工藝，主要通過刀具的直線或曲線運動，將裝夾在車床主軸端面上旋轉的工件切削加工成合格的零件。

車削圓錐時，如採用轉動小拖板法，不受錐度大小的限制，但不能加工較長的圓錐。

車削的特點有：加工平穩，易於保證工件表面位置精度；生產率高；生產成本低；所用刀具簡單；應用範圍廣。

### 硬車技術（Hard turning）

* 硬車削用於加工高硬度工件。
* 硬車削加工質量好，可以部分替代磨削。
* 刀具使用立方氮化硼（CBN）、陶瓷等材料。
* 大多數情況下，硬車削不使用冷卻液。

### 切削液

切削液是金屬切削加工效率及車刀壽命的重要配套材料。

 

### 輥紋

輥紋，（又稱**滾花**、**滾紋**、**壓花**），為機件表面增加摩擦力或便於持握而特別製成凹凸紋路，這些花紋一般是在車床上用滾花刀滾壓擠件使其表面產生花紋。

輥紋對車床來說是損耗極大的工作，應以低轉速來操作。輥紋部位離夾頭 50 釐米以上時，應以尾座台頂工作物中心，將工作物支撐牢固。

### 中心鑽頭

## 絲攻和絲板

## 轉動切削參數

**切削參數要考慮基本的轉折過程是：**

* 選擇最合適的類型的工具
* 夾緊系統
* 切削速度（V c）在米 / 分鐘
* 外徑車削
* 每分鐘轉數（RPM）車床主軸
* 切削深度
* 剪切
* 類型的車床及配件適合

### 切削速度

切削速度快慢，取決於很多因素，特別是質量和類型的工具使用，切削深度，硬度和可加工的材料有被加工進給速度和使用。主要限制了機器的速度原因是它的範圍、主軸馬達功率和剛性固定的工件和刀具。

公式：

　
: : $V_{c}\left(\mathrm {m \over min} \right)\ =\ {\frac {n\ \mathrm {(min^{-1})} \ \times \ \pi \times \ \mathrm {D_{c}(mm)} }{1000\left({mm \over m}\right)}}$

其中 Vc 是切削速度，n 是工具機的每分鐘轉數，Dc 是工件的直徑。

**過度的切削速度可導致：**

* 工具快速磨損。
* 工作物的品質降低。

**切削速度過低會導致：**

* 影響排屑，刃尖容易產生積屑。
* 低效率。
* 加工成本變高。

### 旋轉速度的工件

在傳統的車床有一個有限的範圍內的速度，取決於速度的主要引擎和變速齒輪箱。在數位車床，這個速度與控制系統的反饋，通常採用可變頻率和速度，可以選擇任何一個範圍內的速度高​​達全速。

刀具的旋轉速度與切削速度成正比，與刀具的直徑成反比。

　
: : $n\ (min^{-1})={V_{c}\left({m \over min}\right)*1000\left({mm \over m}\right) \over \pi *D_{c}(mm)}$

## 種類

由於工業的發達使得實際工作需求日益增進下，為適應各種加工產品及近代自動化加工潮流勢，以符合生產需要，發展多種不同功能與特性：

### 普通車床（Centre lathe）

**普通車床**，為目前使用最廣泛的車床種類。早期的普通車床傳動是藉由皮帶傳導的塔輪變速，現今已改用齒輪變速箱傳動。齒輪變速箱的優點為可精確掌握主軸之轉速，且無主軸轉速過高，皮帶摩擦消耗、滑動之情形，因為其主軸是水平放置，所以又名臥式車床。若床面為凹口者，則為凹口車床（Gap lathe）。

### 桌上車床（Bench lathe）

**桌上型車床**又稱台式車床，其型式及構造類似普通車床，通常安裝於工作桌上使用而得名，適用於生產精密量具、儀器及小零件之生產。

### 立式車床（Vertical Lathe）

**立式車床**的主軸為垂直安裝，床台則成水平方向，工件置於可旋轉的床台上。特別適於加工直徑大，但長度短之工件。

### 六角車床（Turret lathe）

**六角車床**又稱轉塔車床，以六角形旋轉刀塔取代普通車床之尾座而設計。特別適於加工需多種加工程序 (如鑚孔、鉸孔、搪孔) 中大量之工件，適合大量生產。

### 自動車床（Automatic Lathe）

**自動車床**，能夠自動照工作物加工次序車削，車製完成後會自動退刀、進料，並進行下一個成品的車削，適合較小直徑工件之大量生產。

### 靠模車床（Copying Lathe）

**靠模車床**又稱仿削車床，利用觸針依照模型或樣板的形狀移動，車刀也隨之移動車削工作物，因此可以正確地車削出與模型一樣的工件。

### CNC 車床（Computerized Numerical Control Lathe）

全名為「電腦數值控制車床」，簡稱「CNC 車床」。優點為適於加工生產中大數量、設計複雜、要求精密度高的工件。

## 安全標準

當在車床工作時，必須遵守某些規定，以確保不會發生任何事故造成可能的傷害。

## 相關條目

## 參考來源

### 引用

### 書目

* 《機械加工法》，Amstead, Ostwald, Begeman 著，羅仕鵬，黃純權，陳再萬編譯，高立圖書，1995 年 4 月，ISBN 957-584-159-X，第十五章 工具機的基本元件