機牀

十五世紀的機牀雛形，由於製造鐘錶和武器的需要，出現了鐘錶匠用的螺紋車牀和齒輪加工機牀，以及水力驅動的炮筒鏜牀。1501年左右，意大利人列奧納多·達芬奇曾繪製過車牀、鏜牀、螺紋加工機牀和內圓磨牀的構想草圖，其中已有曲柄、飛輪、頂尖和軸承等新機構。中國明朝出版的《天工開物》中也載有磨牀的結構，用腳踏的方法使鐵盤旋轉，加上沙子和水來剖切玉石。

工業革命導致了各種機牀的產生和改進。十八世紀的工業革命推動了機牀的發展。1774年，英國人威爾金森（全名約翰·威爾金森）發明了較精密的炮筒鏜牀。次年，他用這台炮筒鏜牀鏜出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機的要求。為了鏜制更大的汽缸，他又於1775年製造了一台水輪驅動的汽缸鏜牀，促進了蒸汽機的發展。從此，機牀開始用蒸汽機通過曲軸驅動。

1797年，英國人莫茲利創制成的車牀由絲槓傳動刀架，能實現機動進給和車削螺紋，這是機牀結構的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“英國機牀工業之父”。

19世紀，由於紡織、動力、交通運輸機械和軍火生產的推動，各種類型的機牀相繼出現。1817年，英國人羅伯茨創制龍門刨牀；1818年美國人惠特尼（全名伊萊·惠特尼）製成卧式銑牀；1876年，美國製成萬能外圓磨牀；1835和1897年又先後發明滾齒機和插齒機。

工業技術發展的中心，從十九世紀起就悄悄從英國移向美國。在把英國的技術聲望奪過去的人中，惠特尼堪稱佼佼者。惠特尼聰穎過人，具有遠見卓識，他率先研究出了作為大規模生產的可更換部件的系統。至今還很活躍的惠特尼工程公司，早在19世紀四十年代就研製成功了一種轉塔式六角車牀。這種車牀是隨着工件製做的複雜化和精細化而問世的，在這種車牀中，裝有一個絞盤，各種需要的刀具都安裝在絞盤上，這樣，通過旋轉固定工具的轉塔，就可以把工具轉到所需的位置上。

隨着電動機的發明，機牀開始先採用電動機集中驅動，後又廣泛使用單獨電動機驅動，亦稱工作母機或工具機，習慣上簡稱機牀。一般分為金屬切削機牀、鍛壓機牀和木工機牀等。現代機械製造中加工機械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、衝壓、擠壓等，但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件，一般都需在機牀上用切削的方法進行最終加工。

二十世紀初，為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具，相繼創制出座標鏜牀和螺紋磨牀。同時為了適應汽車和軸承等工業大量生產的需要，又研製出各種自動機牀、仿形機牀、組合機牀和自動生產線。

1900年進入精密化時期。19世紀末到20世紀初，單一的車牀已逐漸演化出了銑牀、刨牀、磨牀、鑽牀等等，這些主要機牀已經基本定型，這樣就為20世紀前期的精密機牀和生產機械化和半自動化創造了條件。

在20世紀的前20年內，人們主要是圍繞銑牀、磨牀和流水裝配線展開的。由於汽車、飛機及其發動機生產的要求，在大批加工形狀複雜、高精度及高光潔度的零件時，迫切需要精密的、自動的銑牀和磨牀。由於多螺旋線刀刃銑刀的問世，基本上解決了單刃銑刀所產生的振動和光潔度不高而使銑牀得不到發展的困難，使銑牀成為加工複雜零件的重要設備。

被世人譽為“汽車之父”的福特提出：汽車應該是“輕巧的、結實的、可靠的和便宜的”。為了實現這一目標，必須研製高效率的磨牀，為此，美國人諾頓於1900年用金剛砂和剛玉石製成直徑大而寬的砂輪，以及剛度大而牢固的重型磨牀。磨牀的發展，使機械製造技術進入了精密化的新階段。

1920年進入半自動化時期。在1920年以後的30年中，機械製造技術進入了半自動化時期，液壓和電氣元件在機牀和其他機械上逐漸得到了應用。1938年，液壓系統和電磁控制不但促進了新型銑牀的發明，而且在龍門刨牀等機牀上也推廣使用。30年代以後，行程開關——電磁閥系統幾乎用到各種機牀的自動控制上了。

1950年進入自動化時期。第二次世界大戰以後，由於數控和羣控機牀和自動線的出現，機牀的發展開始進入了自動化時期。數控機牀是在電子計算機發明之後，運用數字控制原理，將加工程序、要求和更換刀具的操作數碼和文字碼作為信息進行存貯，並按其發出的指令控制機牀，按既定的要求進行加工的新式機牀。

世界第一台數控機牀（銑牀）誕生（1951年）。數控機牀的方案，是美國的帕森斯（全名約翰·帕森斯）在研製檢查飛機螺旋槳葉剖面輪廓的板葉加工機時向美國空軍提出的。在麻省理工學院的參加和協助下，終於在1949年取得了成功。1951年，他們正式製成了第一台電子管數控機牀樣機，成功地解決了多品種小批量的複雜零件加工的自動化問題。以後，一方面數控原理從銑牀擴展到銑鏜牀、鑽牀和車牀，另一方面，則從電子管向晶體管、集成電路方向過渡。1958年，美國研製成能自動更換刀具，以進行多工序加工的加工中心。

世界第一條數控生產線誕生於1968年。英國的毛林斯機械公司研製成了第一條數控機牀組成的自動線。不久，美國通用電氣公司提出了“工廠自動化的先決條件是零件加工過程的數控和生產過程的程控”。於是，到1970年代中期，出現了自動化車間，自動化工廠也已開始建造。1970年至1974年，由於小型計算機廣泛應用於機牀控制，出現了三次技術突破。第一次是直接數字控制器，使一台小型電子計算機同時控制多台機牀，出現了“羣控”；第二次是計算機輔助設計，用一支光筆進行設計和修改設計及計算程序；第三次是按加工的實際情況及意外變化反饋並自動改變加工用量和切削速度，出現了自適控制系統的機牀。

經過100多年的風風雨雨，機牀的家族已日漸成熟，真正成了機械領域的“工作母機”。 ^[1] 

1）古代滑輪、弓形杆的“弓車牀”。

早在古埃及時代，人們已經發明瞭將木材繞着它的中心軸旋轉時用刀具進行車削的技術。起初，人們是用兩根立木作為支架，架起要車削的木材，利用樹枝的彈力把繩索捲到木材上，靠手拉或腳踏拉動繩子轉動木材，並手持刀具而進行切削。

這種古老的方法逐漸演化，發展成了在滑輪上繞二三圈繩子，繩子架在彎成弓形的彈性杆上，來回推拉弓使加工物體旋轉從而進行車削，這便是“弓車牀”。

2）中世紀曲軸、飛輪傳動的“腳踏車牀”。

到了中世紀，有人設計出了用腳踏板旋轉曲軸並帶動飛輪，再傳動到主軸使其旋轉的“腳踏車牀”。16世紀中葉，法國有一個叫貝松的設計師設計了一種用螺絲槓使刀具滑動的車螺絲用的車牀，可惜的是，這種車牀並沒有推廣使用。

3）十八世紀誕生了牀頭箱、卡盤

時間到了18世紀，又有人設計了一種用腳踏板和連桿旋轉曲軸，可以把轉動動能貯存在飛輪上的車牀上，並從直接旋轉工件發展到了旋轉牀頭箱，牀頭箱是一個用於夾持工件的卡盤。

4）英國人莫茲利發明了刀架車牀（1797年）

在發明車牀的故事中，最引人注目的是一個名叫莫茲利的英國人，因為他於1797年發明了劃時代的刀架車牀，這種車牀帶有精密的導螺桿和可互換的齒輪。

各種專用車牀的誕生為了提高機械化自動化程度。1845年，美國的菲奇發明轉塔車牀。1848年，美國又出現回輪車牀。1873年，美國的斯潘塞製成一台單軸自動車牀，不久他又製成三軸自動車牀。20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車牀。由於高速工具鋼的發明和電動機的應用，車牀不斷完善，終於達到了高速度和高精度的現代水平。

第一次世界大戰後，由於軍火、汽車和其他機械工業的需要，各種高效自動車牀和專門化車牀迅速發展。為了提高小批量工件的生產率，1940年代末，帶液壓仿形裝置的車牀得到推廣，與此同時，多刀車牀也得到發展。1950年代中，發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車牀。數控技術於1960年代開始用於車牀，1970年代後得到迅速發展。

車牀的分類車牀依用途和功能區分為多種類型。

普通車牀的加工對象廣，主軸轉速和進給量的調整範圍大，能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車牀主要由工人手工操作，生產效率低，適用於單件、小批生產和修配車間。

轉塔車牀和迴轉車牀具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用於成批生產。

自動車牀能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工，能自動上下料，重複加工一批同樣的工件，適用於大批、大量生產。

多刀半自動車牀有單軸、多軸、卧式和立式之分。單軸卧式的佈局形式與普通車牀相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前後或上下，用於加工盤、環和軸類工件，其生產率比普通車牀提高3～5倍。

仿形車牀能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動完成工件的加工循環，適用於形狀較複雜的工件的小批和成批生產，生產率比普通車牀高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型。

立式車牀的主軸垂直於水平面，工件裝夾在水平的迴轉工作台上，刀架在橫樑或立柱上移動。適用於加工較大、較重、難於在普通車牀上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。

鏟齒車牀在車削的同時，刀架週期地作徑向往復運動，用於剷車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。

專門車牀是用於加工某類工件的特定表面的車牀，如曲軸車牀、凸輪軸車牀、車輪車牀、車軸車牀、軋輥車牀和鋼錠車牀等。

聯合車牀主要用於車削加工，但附加一些特殊部件和附件後，還可進行鏜、銑、鑽、插、磨等加工，具有“一機多能”的特點，適用於工程車、船舶或移動修理站上的修配工作。

工廠手工業雖然是相對落後的，但是它卻訓練和造就了許許多多的技工，他們儘管不是專門製造機器的行家裏手，但他們卻能製造各種各樣的手工器具，例如刀、鋸、針、鑽、錐、磨以及軸類、套類、齒輪類、牀架類等等，其實機器就是由這些零部件組裝而成的。

最早的鏜牀設計者——達·芬奇。鏜牀被稱為“機械之母”。説起鏜牀，還先得説説達·芬奇。這位傳奇式的人物，可能就是最早用於金屬加工的鏜牀的設計者。他設計的鏜牀是以水力或腳踏板作為動力，鏜削的工具緊貼着工件旋轉，工件則固定在用起重機帶動的移動台上。1540年，另一位畫家畫了一幅《火工術》的畫，也有同樣的鏜牀圖。那時的鏜牀專門用來對中空鑄件進行精加工。

為大炮炮筒加工而誕生的第一台鏜牀（威爾金森，1775年）。到了17世紀，由於軍事上的需要，大炮製造業的發展十分迅速，如何製造出大炮的炮筒成了人們亟需解決的一大難題。世界上第一台真正的鏜牀是1775年由威爾金森發明的。其實，確切地説，威爾金森的鏜牀是一種能夠精密地加工大炮的鑽孔機，它是一種空心圓筒形鏜杆，兩端都安裝在軸承上。

1728年，威爾金森出生在美國，在他20歲時，遷到斯塔福德郡，建造了比爾斯頓的第一座鍊鐵爐。因此，人稱威爾金森為“斯塔福德郡的鐵匠大師”。1775年，47歲的威爾金森在他父親的工廠裏經過不斷努力，終於製造出了這種能以罕見的精度鑽大炮炮筒的新機器。有意思的是，1808年威爾金森去世以後，他就葬在自己設計的鑄鐵棺內。

鏜牀為瓦特的蒸汽機做出了重要貢獻如果説沒有蒸汽機的話，當時就不可能出現第一次工業革命的浪潮。而蒸汽機自身的發展和應用，除了必要的社會機遇之外，技術上的一些前提條件也是不可忽視的，因為製造蒸汽機的零部件，遠不像木匠削木頭那麼容易，要把金屬製成一些特殊形狀，而且加工的精度要求又高，沒有相應的技術設備是做不到的。比如説，製造蒸汽機的汽缸和活塞，活塞製造過程中所要求的外徑的精度，可以從外面邊量尺寸邊進行切削，但要滿足汽缸內徑的精度要求，採用一般加工方法就不容易做到了。

斯密頓是十八世紀最優秀的機械技師。斯密頓設計的水車、風車設備達43件之多。在製作蒸汽機時，斯密頓最感棘手的是加工汽缸。要想將一個大型的汽缸內圓加工成圓形，是相當困難的。為此，斯密頓在卡倫鐵工廠製作了一台切削汽缸內圓用的特殊機牀。用水車作動力驅動的這種鏜牀，在其長軸的前端安裝上刀具，這種刀具可以在汽缸內轉動，以此就可以加工其內圓。由於刀具安裝在長軸的前端，就會出現軸的撓度等問題，所以，要想加工出真正圓形的汽缸是十分困難的。為此，斯密頓不得不多次改變汽缸的位置進行加工。

對於這個難題，威爾金森於1774年發明的鏜牀起了很大的作用。這種鏜牀利用水輪使材料圓筒旋轉，並使其對準中心固定的刀具推進，由於刀具與材料之間有相對運動，材料就被鏜出精確度很高的圓柱形孔洞。當時、用鏜牀做出直徑為72英寸的汽缸，誤差不超過六便士硬幣的厚度。用現代技術衡量，這是個很大的誤差，但在當時的條件下，能達到這個水平，已經是很不簡單了。

但是，威爾金森的這項發明沒有申請專利保護，人們紛紛仿造它，安裝它。1802年，瓦特也在書中談到了威爾金森的這項發明，並在他的索霍鐵工廠裏進行仿製。以後，瓦特在製造蒸汽機的汽缸和活塞時，也應用了威爾金森這架神奇的機器。原來，對活塞來説，可以在外面一邊量着尺寸，一邊進行切削，但對汽缸就不那麼簡單了，非用鏜牀不可。當時，瓦特就是利用水輪使金屬圓筒旋轉，讓中心固定的刀具向前推進，用以切削圓筒內部，結果，直徑75英寸的汽缸，誤差還不到一個硬幣的厚度，這在當對是很先進的了。

工作台升降式鏜牀誕生（赫頓，1885年）。在以後的幾十年間，人們對威爾金森的鏜牀作了許多改進。1885年，英國的赫頓製造了工作台升降式鏜牀，這已成為了現代鏜牀的雛型。

銑牀係指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機牀。通常銑刀旋轉運動為主運動，工件（和）銑刀的移動為進給運動。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等。銑牀是用銑刀對工件進行銑削加工的機牀。銑牀除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較複雜的型面，效率較刨牀高，在機械製造和修理部門得到廣泛應用。

19世紀，英國人為了蒸汽機等工業革命的需要發明了鏜牀、刨牀，而美國人為了生產大量的武器，則專心致志於銑牀的發明。銑牀是一種帶有形狀各異銑刀的機器，它可以切削出特殊形狀的工件，如螺旋槽、齒輪形等。

早在1664年，英國科學家胡克就依靠旋轉圓形刀具製造出了一種用於切削的機器，這可算是原始的銑牀了，但那時社會對此沒有做出熱情的反響。在十九世紀四十年代，普拉特設計了所謂林肯銑牀。當然，真正確立銑牀在機器製造中地位的，要算美國人惠特尼了。

第一台普通銑牀（惠特尼，1818年）。1818年，惠特尼製造了世界上第一台普通銑牀，但是，銑牀的專利卻是英國的博德默（帶有送刀裝置的龍門刨牀的發明者）於1839年捷足先“得”的。由於銑牀造價太高，所以當時問津者不多。

第一台萬能銑牀（布朗，1862年）。銑牀沉默一段時間後，又在美國活躍起來。相比之下，惠特尼和普拉特還只能説是為銑牀的發明應用做了奠基性的工作，真正發明能適用於工廠各種操作的銑牀的功績應該歸屬美國工程師約瑟夫·布朗。

1862年，美國的布朗製造出了世界上最早的萬能銑牀，這種銑牀在備有萬有分度盤和綜合銑刀方面是劃時代的創舉。萬能銑牀的工作台能在水平方向旋轉一定的角度，並帶有立銑頭等附件。他設計的“萬能銑牀”在1867年巴黎博覽會上展出時，獲得了極大的成功。同時，布朗還設計了一種經過研磨也不會變形的成形銑刀，接着還製造了磨銑刀的研磨機，使銑牀達到了這樣的水平。

在發明過程中，許多事情往往是相輔相承、環環相扣的：為了製造蒸汽機，需要鏜牀相助；蒸汽機發明發後，從工藝要求上又開始呼喚龍門刨牀了。可以説，正是蒸汽機的發明，導致了“工作母機”從鏜牀、車牀向龍門刨牀的設計發展。其實，刨牀就是一種刨金屬的“刨子”。

加工大平面的龍門刨牀（1839年）。由於蒸汽機閥座的平面加工需要，從19世紀初開始，很多技術人員開始了這方面的研究，其中有理查德·羅伯特、理查德·普拉特、詹姆斯·福克斯以及約瑟夫·克萊門特等。他們從1814年開始，在25年的時間內各自獨立地製造出了龍門刨牀。這種龍門刨牀是把加工物件固定在往返平台上，刨刀切削加工物的一面。但是，這種刨牀還沒有送刀裝置，正處在從“工具”向“機械”的轉化過程之中。到了1839年，英國一個名叫博默德的人終於設計出了具有送刀裝置的龍門刨牀。

加工小平面的牛頭刨牀。另一位英國人內史密斯從1831年起的40年內發明製造了加工小平面的牛頭刨牀，它可以把加工物體固定在牀身上，而刀具作往返運動。

此後，由於工具的改進、電動機的出現，龍門刨牀一方面朝高速切割、高精度方向發展，另一方面朝大型化方向發展。

磨削是人類自古以來就知道的一種古老技術，舊石器時代，磨製石器用的就是這種技術。以後，隨着金屬器具的使用，促進了研磨技術的發展。但是，設計出名副其實的磨削機械還是近代的事情，即使在19世紀初期，人們依然是通過旋轉天然磨石，讓它接觸加工物體進行磨削加工的。

第一台磨牀（1864年）。1864年，美國製成了世界上第一台磨牀，這是在車牀的溜板刀架上裝上砂輪，並且使它具有自動傳送的一種裝置。過了12年以後，美國的布朗發明了接近現代磨牀的萬能磨牀。

人造磨石——砂輪的誕生（1892年）。人造磨石的需求也隨之興起。如何研製出比天然磨石更耐磨的磨石呢。1892年，美國人艾奇遜試製成功了用焦炭和砂製成的碳化硅，這是一種現稱為C磨料的人造磨石；兩年以後，以氧化鋁為主要成份的A磨料又試製成功，這樣，磨牀便得到了更廣泛的應用。

以後，由於軸承、導軌部分的進一步改進，磨牀的精度越來越高，並且向專業化方向發展，出現了內圓磨牀、平面磨牀、滾磨牀、齒輪磨牀、萬能磨牀等等。

古代鑽牀——“弓轆轤”。鑽孔技術有着久遠的歷史。考古學家現已發現，公元前 4000年，人類就發明了打孔用的裝置。古人在兩根立柱上架個橫樑，再從橫樑上向下懸掛一個能夠旋轉的錐子，然後用弓弦纏繞帶動錐子旋轉，這樣就能在木頭石塊上打孔了。不久，人們還設計出了稱為“轆轤”的打孔用具，它也是利用有彈性的弓弦，使得錐子旋轉。

第一台鑽牀（惠特沃斯，1862年）。到了1850年前後，德國人馬蒂格諾尼最早製成了用於金屬打孔的麻花鑽。1862年在英國倫敦召開的國際博覽會上，英國人惠特沃斯展出了由動力驅動的鑄鐵櫃架的鑽牀，這便成了近代鑽牀的雛形。

以後，各種鑽牀接連出現，有搖臂鑽牀、備有自動進刀機構的鑽牀、能一次同時打多個孔的多軸鑽牀等。由於工具材料和鑽頭的改進，加上採用了電動機，大型的高性能的鑽牀終於製造出來了。

是數字控制機牀的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機牀。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，並將其譯碼，從而使機牀動作並加工零件的控制單元，數控機牀的操作和監控全部在這個數控單元中完成，它是數控機牀的大腦。

加工精度高，具有穩定的加工質量；

可進行多座標的聯動，能加工形狀複雜的零件；

加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節省生產準備時間；

機牀本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高（一般為普通機牀的3~5倍）；

機牀自動化程度高，可以減輕勞動強度；

對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高。

數控機牀一般由下列幾個部分組成：

主機，是數控機牀的主體，包括機牀身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。它是用於完成各種切削加工的機械部件。

數控裝置，是數控機牀的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閲讀機等）以及相應的軟件，用於輸入數字化的零件程序，並完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能。

驅動裝置，是數控機牀執行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。它在數控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統實現主軸和進給驅動。當幾個進給聯動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。

輔助裝置，指數控機牀的一些必要的配套部件，用以保證數控機牀的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作台、數控轉枱和數控分度頭，還包括刀具及監控檢測裝置等。

編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。

CAD：Computer Aided Design，即計算機輔助設計。2D或3D的工件或立體圖設計

CAM：Computer Aided Making，即計算機輔助製造。使用CAM軟體生成G-Code

CNC：數控機牀控制器，讀入G-Code開始加工

CNC程式可分為主程序及副程序（子程序），凡是重覆加工的部份，可用副程序編寫，以簡化主程序的設計。

字元（數值資料）→字語→單節→加工程序。

只要打開Windows操作系統裏的記事本就可編輯CNC碼，寫好的CNC程式則可用模擬軟體來模擬刀具路徑的正確性。

所謂機能指令是由位址碼（英文字母）及兩個數字所組成，具有某種意義的動作或功能，可分為七大類，即G機能（準備機能），M機能（輔助機能），T機能（刀具機能），S機能（主軸轉速機能），F機能（進給率機能），N機能（單節編號機能）和H/D機能（刀具補正機能）。

通常在數控工具機程式編寫時，至少須選用一個參考座標點來計算工作圖上各點之座標值，這些參考點我們稱之為零點或原點，常用之參考點有機械原點、迴歸參考點、工作原點、程式原點。

機械參考點（Machine reference point）：機械參考點或稱為機械原點，它是機械上的一個固定的參考點。

迴歸參考點（Reference points）：在機器的各軸上都有一回歸參考點，這些迴歸參考點的位置，以行程監測裝置極限開關預先精確設定，作為工作台及主軸的迴歸點。

工作參考點（Work reference points）：工作參考點或稱工作原點，它是工作座標系統之原點，該點是浮動的，由程式設計者依需要而設定，一般被設定於工作台上（工作上）任一位置。

程式參考點（Program reference points）：程式參考點或稱程式原點，它是工作上所有轉折點座標值之基準點，此點必須在編寫程式時加以選定，所以程式設計者選定時須選擇一個方便的點，以利程式之寫作。

鋼製伸縮式導軌防護罩為高品質的2-3mm厚鋼板冷壓成形而成，根據要求也可以為不鏽鋼的。特殊的表面磨光會使其另外升值。我們可以為所有的機牀種類提供相應的導軌防護類型（水平、垂直、傾斜、橫向）。

曲軸高效專用機牀也有它的加工侷限性，只有合理應用合適的加工機牀，才能發揮出曲軸加工機牀的高效專用性，從而提高工序的加工效率。

1、當曲軸軸頸有沉割槽時，數控內銑機牀不能加工；如果曲軸軸頸軸向有沉割槽時，數控高速外銑機牀和數控內銑機牀均不能加工，但數控車-車拉機牀能很方便地加工。

2、當平衡塊側面需要加工時，數控內銑機牀應當為首選機牀，因為內銑刀盤外圓定位，剛性好，尤其適用於加工大型鍛鋼曲軸；此時不適合用數控車-車拉機牀，因為在曲軸的平衡塊側面需要加工的情況下，採用數控車-車拉機牀加工，平衡塊側面是斷續切削，且曲軸轉速又很高，在這種工況下，崩刀現象比較嚴重。

3、當曲軸的軸頸無沉割槽，且平衡塊側面不需加工時，原則上幾種機牀都能加工。當加工轎車曲軸時，主軸頸採用數控車-車拉機牀，連桿頸採用數控高速外銑機牀則應成為最佳高效加工選擇；當加工大型鍛鋼曲軸時，則主軸頸和連桿頸均採用數控內銑機牀比較合理。

曲軸可以分為體形較大的鍛鋼曲軸和輕量化的轎車曲軸，鍛鋼曲軸軸頸一般無沉割槽，且側面需要加工，餘量較大；轎車曲軸一般軸頸有沉割槽，且側面不需要加工。因此可以得出結論：加工鍛鋼曲軸採用數控內銑機牀，加工轎車曲軸主軸頸採用數控車-車拉機牀，連桿頸採用數控高速外銑機牀是比較合理的高效加工選擇。

鍛壓機牀是金屬和機械冷加工用的設備，他只改變金屬的外形狀。鍛壓機牀包括卷板機，剪板機，衝牀，壓力機，液壓機，油壓機，折彎機等。

機牀附件的種類有很多，包括柔性風琴式防護罩（皮老虎）、刀具刀片、鋼板不鏽鋼導軌護罩、伸縮式絲槓護罩、捲簾防護罩、防護裙簾、防塵折布、鋼製拖鏈、工程塑料拖鏈、機牀工作燈、機牀墊鐵、JR-2型矩形金屬軟管、DGT導管防護套、可調塑料冷卻管、吸塵管、通風管、防爆管、行程槽板、撞塊、排屑機、偏擺儀、平台\花崗石平板\鑄鐵平板及各種操作件等。 ^[1] 

機牀本身質量的優劣，直接影響所造機器的質量。衡量一台機牀的質量是多方面的，但主要是要求工藝性好，系列化、通用化、標準化程度高，結構簡單，重量輕，工作可靠，生產率高等。具體指標如下：

1、工藝的可能性

工藝的可能性是指機牀適應不同生產要求的能力。通用機牀可以完成一定尺寸範圍內各種零件多工序加工，工藝的可能性較寬，因而結構相對複雜，適應於單件小批生產。專用機牀只能完成一個或幾個零件的特定工序，其工藝的可能性較窄，適用於大批量生產，可以提高生產率，保證加工質量，簡化機牀結構，降低機牀成本。

2、精度和表面粗糙度

要保證被加工零件的精度和表面粗糙度，機牀本身必須具備一定的幾何精度、運動精度、傳動精度和動態精度。

幾何精度是指機牀在不運轉時部件間相互位置精度和主要零件的形狀精度、位置精度。機牀的幾何精度對加工精度有重要的影響，因此是評定機牀精度的主要指標。

運動精度是指機牀在以工作速度運轉時主要零部件的幾何位置精度，幾何位置的變化量越大，運動精度越低。

傳動精度是指機牀傳動鏈各末端執行件之間運動的協調性和均勻性。

以上三種精度指標都是在空載條件下檢測的，為全面反映機牀的性能，必須要求機牀有一定的動態精度和温升作用下主要零部件的形狀、位置精度。影響動態精度的主要因素有機牀的剛度、抗振性和熱變形等。

機牀的剛度指機牀在外力作用下抵抗變形的能力，機牀的剛度越大，動態精度越高。機牀的剛度包括機牀構件本身的剛度和構件之間的接觸剛度。機牀構件本身的剛度主要取決於構件本身的材料性質、截面形狀、大小等。構件之間的接觸剛度不僅與接觸材料、接觸面的幾何尺寸和硬度有關，而且還與接觸面的表面粗糙度、幾何精度、加工方法、接觸面介質、預壓力等因素有關。

機牀上出現的振動，可分為受迫振動和自激振動。自激振動是在不受任何外力、激振力干擾的情況下，由切削過程內部產生的持續振動。在激振力的持續作用下，系統被迫引起的振動為受迫振動。

機牀的抗震性和機牀的剛度、阻尼特性、質量有關。由於機牀的各個零部件熱膨脹係數不同，因而造成了機牀各部分不同的變形和相對位移，這種現象叫機牀的熱變形。由於熱變形而產生的誤差最大可佔全部誤差的70%。

對於機牀的動態精度，尚無統一標準，主要通過切削加工典型零件所達到的精度間接的對機牀動態精度作出綜合的評價。

3、系列化等程度

機牀的系列化、通用化、標準化是密切聯繫的，品種系列化是部件通用化和零件標準化的基礎，而部件的通用化和零件的標準化又促進和推動品種系列化工作。

4、機牀的壽命

機牀結構的可靠性和耐磨性是衡量機牀壽命的主要指標。 ^[2] 

根據在切削過程中所起的作用來區分，切削運動分為主運動和進給運動。

主運動：是形成機牀切削速度或消耗主要動力的工作運動。

進給運動：是使工件的多餘材料不斷被去除的工作運動。

切削過程中主運動只有一個，進給運動可以多於一個。主運動和進給運動可由刀具或工件分別完成，也可由刀具單獨完成。機牀的運動除了切削運動外，還有一些實現機牀切削過程的輔助工作而必須進行的輔助運動。

機牀的傳動機構指的是傳遞運動和動力的機構，簡稱為機牀的傳動。

機牀的傳動方式按傳動機構的特點分為機械傳動、液壓傳動、電力傳動、氣壓傳動以及以上幾種傳動方式的聯合傳動等。按傳動速度調節變化特點將傳動分為有級傳動和無級傳動。

傳動系統也叫傳動鏈，他有首末兩個端件。首端件又叫主動件，末端件又叫從動件。每一條傳動系統從首端件到末端件都是按一定傳動規律組成，這就是傳動比，以此來保證機牀的性能。一般的機牀傳動系統按其所擔負運動的性質可分為主運動傳遞系統，進給運動傳遞系統和快速空行程傳動系統三種。對傳動系統圖一般瞭解即可。 ^[2] 

1、普通機牀：包括普通車牀、鑽牀、鏜牀、銑牀、刨插牀等；

2、精密機牀：包括磨牀、齒輪加工機牀、螺紋加工機牀和其他各種精密機牀；

3、高精度機牀：包括座標鏜牀、齒輪磨牀、螺紋磨牀、高精度滾齒機、高精度刻線機和其他高精度機牀等；

4、數控機牀：數控機牀是數字控制機牀的簡稱；

5、按工件大小和機牀重量可分為儀表機牀、中小型機牀、大型機牀、重型機牀和超重型機牀；

6、按加工精度可分為普通精度機牀、精密機牀和高精度機牀；

7、按自動化程度可分為手動操作機牀、半自動機牀和自動機牀；

8、按機牀的控制方式，可分為仿形機牀、程序控制機牀、數控機牀、適應控制機牀、加工中心和柔性製造系統；

9、按加工方式或加工對象可分為車牀、鑽牀、鏜牀、磨牀、齒輪加工機牀、螺紋加工機牀、花鍵加工機牀、銑牀、刨牀、插牀、拉牀、特種加工機牀、鋸牀和刻線機等。每類中又按其結構或加工對象分為若干組，每組中又分為若干型；

10、按機牀的適用範圍，又可分為通用、專門化和專用機牀。

專用機牀中有一種以標準的通用部件為基礎，配以少量按工件特定形狀或加工工藝設計的專用部件組成的自動或半自動機牀，稱為組合機牀。

對一種或幾種零件的加工，按工序先後安排一系列機牀，並配以自動上下料裝置和機牀與機牀間的工件自動傳遞裝置，這樣組成的一列機牀羣稱為切削加工自動生產線。

柔性製造系統是由一組數字控制機牀和其他自動化工藝裝備組成的，用電子計算機控制，可自動地加工有不同工序的工件，能適應多品種生產。

各類機牀通常由下列基本部分組成：支承部件，用於安裝和支承其他部件和工件，承受其重量和切削力，如牀身和立柱等；變速機構，用於改變主運動的速度；進給機構，用於改變進給量；主軸箱用以安裝機牀主軸；刀架、刀庫；控制和操縱系統；潤滑系統；冷卻系統。

機牀附屬裝置包括機牀上下料裝置、機械手、工業機器人等機牀附加裝置，以及卡盤、吸盤彈簧夾頭、虎鉗、迴轉工作台和分度頭等機牀附件。 ^[2] 

機牀的切削加工是由刀具與工件之間的相對運動來實現的，其運動可分為表面形成運動和輔助運動兩類。

表面形成運動是使工件獲得所要求的表面形狀和尺寸的運動，它包括主運動、進給運動和切入運動。主運動是從工件毛坯上剝離多餘材料時起主要作用的運動，它可以是工件的旋轉運動（如車削）、直線運動（如在龍門刨牀上刨削），也可以是刀具的旋轉運動（如銑削和鑽削）或直線運動（如插削和拉削）；進給運動是刀具和工件待加工部分相向移動，使切削得以繼續進行的運動，如車削外圓時刀架溜板沿機牀導軌的移動等；切入運動是使刀具切入工件表面一定深度的運動，其作用是在每一切削行程中從工件表面切去一定厚度的材料，如車削外圓時小刀架的橫向切入運動。

輔助運動主要包括刀具或工件的快速趨近和退出、機牀部件位置的調整、工件分度、刀架轉位、送夾料，啓動、變速、換向、停止和自動換刀等運動。

評價機牀技術性能的指標最終可歸結為加工精度和生產效率。加工精度包括被加工工件的尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面質量和機牀的精度保持性。生產效率涉及切削加工時間和輔助時間，以及機牀的自動化程度和工作可靠性。這些指標一方面取決於機牀的靜態特性，如靜態幾何精度和剛度；而另一方面與機牀的動態特性，如運動精度、動剛度、熱變形和噪聲等關係更大。 ^[3] 

機牀配件，指除機牀主體外的所有可方便更換的元件。

機牀配件主要包括刀具夾具、操作件、分度頭、工作台、卡盤、接頭、排屑裝置、軟管、拖鏈、防護罩等。其中刀具夾具又分切削刀具、工裝夾具、刨刀、數控刀具及配套系統、刀帶、拉刀、切刀、滾刀、齒輪刀具、機用鋸片、數控刀具、夾頭、衝頭、車刀、鉸刀、鏜刀、插齒刀、剃齒刀、機用刀片、刀柄、銑刀、螺紋刀具、鑽頭、刀杆、其他刀具、夾具、絲錐；操作件分手輪、拉手、手柄、把手、門鈕、其它操作件產品。 ^[3] 

1、虛擬機牀：通過研發機電一體化的、硬件和軟件集成的仿真技術，來實現提高機牀的設計水平和使用績效。

2、綠色機牀：強調節能減排，力求使生產系統的環境負荷達到最小化。

3、智能機牀：提高生產系統的智能化、可靠性、加工精度和綜合性能。

4、e-機牀：提高生產系統的獨立自主性以及與使用者和管理者的交互能力，使機牀不僅是一台加工設備，而是成為企業管理網絡中的一個節點。

其中，綠色機牀將成為研究熱點。將毛坯轉化為零件的工作母機，在使用過程中不僅消耗能源，還會產生固體、液體和氣體廢棄物，對工作環境和自然環境造成直接或間接的污染。據此，綠色機牀應該具有以下特點：機牀主要零部件由再生材料製造；機牀的重量和體積減少50%以上；通過減輕移動質量、降低空運轉功率等措施使功率消耗減少30%～40%；使用過程中產生的各種廢棄物減少50%～60%，保證基本沒有污染的工作環境；報廢后機牀材料100%可回收。據統計，機牀使用過程中用於切除金屬的功率只佔到25%左右，各種損耗和輔助功能佔去大部分。機牀綠色化的第一個措施，是通過大幅度降低機牀重量和減少驅動功率來構建具有生態效益的機牀。綠色機牀提出一種全新的概念，大幅減少重量，力求節省材料，同時降低能耗。 ^[3] 

操作者必須經過考試合格，持有本機牀的《設備操作證》方可操作本機牀。

1、仔細閲讀交接班記錄，瞭解上一班機牀的運轉情況和存在問題；

2、檢查機牀、工作台、導軌以及各主要滑動面，如有障礙物、工具、鐵屑、雜質等，必須清理、擦拭乾淨、上油；

3、檢查工作台，導軌及主要滑動面有無新的拉、研、碰傷，如有應通知班組長或設備員一起查看，並作好記錄；

4、檢查安全防護、制動（止動）、限位和換向等裝置應齊全完好；

5、檢查機械、液壓、氣動等操作手柄、伐門、開關等應處於非工作的位置上；

6、檢查各刀架應處於非工作位置；

7、檢查電器配電箱應關閉牢靠，電氣接地良好；

8、檢查潤滑系統儲油部位的油量應符合規定，封閉良好。油標、油窗、油杯、油嘴、油線、油氈、油管和分油器等應齊全完好，安裝正確。按潤滑指示圖表規定作人工加油或機動（手位）泵打油，查看油窗是否來油；

9、停車一個班以上的機牀，應按説明書規定及液體靜壓裝置使用規定（詳見附錄Ⅰ）的開車程序和要求作空動轉試車3~5分鐘。

檢查：

1）操縱手柄、伐門、開關等是否靈活、準確、可靠。

2）安全防護、制動（止動）、聯鎖、夾緊機構等裝置是否起作用。

3）校對機構運動是否有足夠行程，調正並固定限位、定程擋鐵和換向碰塊等。

4）由機動泵或手拉泵潤滑部位是否有油，潤滑是否良好。

5）機械、液壓、靜壓、氣動、靠模、仿形等裝置的動作、工作循環、温升、聲音等是否正常。壓力（液壓、氣壓）是否符合規定。確認一切正常後，方可開始工作。

凡連班交接班的設備，交接班人應一起按上述（9條）規定進行檢查，待交接班清楚後，交班人方可離去。凡隔班接班的設備，如發現上一班有嚴重違犯操作規程現象，必須通知班組長或設備員一起查看，並作好記錄，否則按本班違犯操作規程處理。

在設備檢修或調整之後，也必須按上述（9條）規定詳細檢查設備，認為一切無誤後方可開始工作。

1、堅守崗位，精心操作，不做與工作無關的事。因事離開機牀時要停車，關閉電源、氣源；

2、按工藝規定進行加工。不準任意加大進刀量、磨削量和切（磨）削速度。不準超規範、超負荷、超重量使用機牀。不準精機粗用和大機小用；

3、刀具、工件應裝夾正確、緊固牢靠。裝卸時不得碰傷機牀。找正刀具、工件不準重錘敲打。不準用加長搬手柄增加力矩的方法緊固刀具、 工件；

4、不準在機牀主軸錐孔、尾座套筒錐孔及其他工具安裝孔內，安裝與其錐度或孔徑不符、表面有刻痕和不清潔的頂針、刀具、刀套等；

5、傳動及進給機構的機械變速、刀具與工件的裝夾、調正以及工件的工序間的人工測量等均應在切削、磨削終止，刀具、磨具退離工件後停車進行；

6、應保持刀具、磨具的鋒利，如變鈍或崩裂應及時磨鋒或更換；

7、切削、磨削中，刀具、磨具未離開工件，不準停車；

8、不準擅自拆卸機牀上的安全防護裝置，缺少安全防護裝置的機牀不準工作；

9、液壓系統除節流伐外其他液壓伐不準私自調整；

10、機牀上特別是導軌面和工作台面，不準直接放置工具，工件及其他雜物；

11、經常清除機牀上的鐵屑、油污，保持導軌面、滑動面、轉動面、定位基準面和工作台面清潔；

12、密切注意機牀運轉情況，潤滑情況，如發現動作失靈、震動、發熱、爬行、噪音、異味、碰傷等異常現象，應立即停車檢查，排除故障後，方可繼續工作；

13、機牀發生事故時應立即按總停按鈕，保持事故現場，報告有關部門分析處理；

14、不準在機牀上焊接和補焊工件。

1、將機械、液壓、氣動等操作手柄、伐門、開關等板到非工作位置上；

2、停止機牀運轉，切斷電源、氣源；

3、清除鐵屑，清掃工作現場，認真擦淨機牀。導軌面、轉動及滑動面、定位基準面、工作台面等處加油保養；

4、認真將班中發現的機牀問題，填到交接班記錄本上，做好交班工作。 ^[3] 

數控機牀電氣故障診斷有故障檢測、故障判斷及隔離和故障定位三個階段。第一階段的故障檢測就是對數控機牀進行測試，判斷是否存在故障；第二階段是判定故障性質，並分離出故障的部件或模塊；第三階段是將故障定位到可以更換的模塊或印製線路板，以縮短修理時間。為了及時發現系統出現的故障，快速確定故障所在部位並能及時排除，要求故障診斷應儘可能少且簡便，故障診斷所需的時間應儘可能短。為此，可以採用以下的診斷方法：

利用感覺器官，注意發生故障時的各種現象，如故障時有無火花、亮光產生，有無異常響聲、何處異常發熱及有無焦煳味等。仔細觀察可能發生故障的每塊印製線路板的表面狀況，有無燒燬和損傷痕跡，以進一步縮小檢查範圍，這是一種最基本、最常用的方法。

依靠CNC 系統快速處理數據的能力，對出錯部位進行多路、快速的信號採集和處理，然後由診斷程序進行邏輯分析判斷，以確定系統是否存在故障，及時對故障進行定位。現代CNC系統自診斷功能可以分為以下兩類：

（1） 開機自診斷開機自診斷是指從每次通電開始至進入正常的運行準備狀態為止，系統內部的診斷程序自動執行對CPU、存儲器、總線、I/O單元等模塊、印製線路板、CRT單元、光電閲讀機及軟盤驅動器等設備運行前的功能測試，確認系統的主要硬件是否可以正常工作。

（2） 故障信息提示當機牀運行中發生故障時，在CRT顯示器上會顯示編號和內容。根據提示，查閲有關維修手冊，確認引起故障的原因及排除方法。一般來説，數控機牀診斷功能提示的故障信息越豐富，越能給故障診斷帶來方便。但要注意的是，有些故障根據故障內容提示和查閲手冊可直接確認故障原因；而有些故障的真正原因與故障內容提示不相符，或一個故障顯示有多個故障原因，這就要求維修人員必須找出它們之間的內在聯繫，間接地確認故障原因。

CNC系統的自診斷不但能在CRT顯示器上顯示故障報警信息，而且能以多頁的“診斷地址”和“診斷數據”的形式提供機牀參數和狀態信息，常見的數據和狀態檢查有參數檢查和接口檢查兩種。

（1） 參數檢查數控機牀的機牀數據是經過一系列試驗和調整而獲得的重要參數，是機牀正常運行的保證。這些數據包括增益、加速度、輪廓監控允差、反向間隙補償值和絲槓螺距補償值等。當受到外部干擾時，會使數據丟失或發生混亂，機牀不能正常工作。

（2） 接口檢查CNC系統與機牀之間的輸入/輸出接口信號包括CNC系統與PLC、PLC與機牀之間接口輸入/輸出信號。數控系統的輸入/輸出接口診斷能將所有開關量信號的狀態顯示在CRT顯示器上，用“1”或“0”表示信號的有無，利用狀態顯示可以檢查CNC系統是否已將信號輸出到機牀側，機牀側的開關量等信號是否已輸入到CNC系統，從而可將故障定位在機牀側或是在CNC系統。

現代數控機牀的CNC系統內部，除了上述的自診斷功能和狀態顯示等“軟件”報警外，還有許多“硬件”報警指示燈，它們分佈在電源、伺服驅動和輸入/輸出等裝置上，根據這些報警燈的指示可判斷故障的原因。

利用備用的電路板來替換有故障疑點的模板，是一種快速而簡便的判斷故障原因的方法，常用於CNC系統的功能模塊，如CRT模塊、存儲器模塊等。需要注意的是，備板置換前，應檢查有關電路，以免由於短路而造成好板損壞，同時，還應檢查試驗板上的選擇開關和跨接線是否與原模板一致，有些模板還要注意模板上電位器的調整。置換存儲器板後，應根據系統的要求，對存儲器進行初始化操作，否則系統仍不能正常工作。

在數控機牀中，常有功能相同的模塊或單元，將相同模塊或單元互相交換，觀察故障轉移的情況，就能快速確定故障的部位。這種方法常用於伺服進給驅動裝置的故障檢查，也可用於CNC系統內相同模塊的互換。

CNC系統由各種電路板組成，每塊電路板上會有很多焊點，任何虛焊或接觸不良都可能出現故障。用絕緣物輕輕敲打有故障疑點的電路板、接插件或電器元件時，若故障出現，則故障很可能就在敲擊的部位。

為檢測方便，模塊或單元上設有檢測端子，利用萬用表、示波器等儀器儀表，通過這些端子檢測到的電平或波形，將正常值與故障時的值相比較，可以分析出故障的原因及故障的所在位置。由於數控機牀具有綜合性和複雜性的特點，引起故障的因素是多方面的。上述故障診斷方法有時要幾種同時應用，對故障進行綜合分析，快速診斷出故障的部位，從而排除故障。同時，有些故障現象是電氣方面的，但引起的原因是機械方面的；反之，也可能故障現象是機械方面的，但引起的原因是電氣方面的；或者二者兼而有之。因此，對它的故障診斷往往不能單純地歸因於電氣方面或機械方面，而必須加以綜合，全方位地進行考慮。 ^{[3]  [1]}