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'''工具机'''（{{lang-en|'''Machine Tool'''}}）是指动力制造的机械装置，通常用于精密[[切削]]金属，以生产其他机器或加工的金属零件。

为了加工工件，机床在工件和刀具之间产生相对运动。这个运动又可分为主运动和进给运动。这两个运动重叠在一起，才使得原材料加工成为可能。原本在工业革命发展早期还在用人工加工零件，工具机的发明使得机器能制造机器，工厂大爆发的时代也跟着降临。但现在技术进步下，工具机的品类也包含有[[3D列印机]]，这种机器採用直接列印成形的方法了，但理论基础于前述的切削工法相反而是用堆合的方式制造出零件。不过，本篇主要介绍采用切削工法的机床。

机床一般可用作其他工具的成型，切削和连接。

== 定义 ==
在机械工程学之特别部门，有别于其他机械可说是制造机械的机械。

:广义-工具机為将固体材料，经由一动力源推动，以物理的、化学的或其他方法作成形加工的机械。
:狭义-是指加工材料以金属工件为主的工具机。加工方式则以切削或轮磨等机型方式将工件制成所需的形状、尺寸及表面精度，按造其功用可分为切削型、成形型、及使用高级技术三类。

== 历史 ==

=== 工业革命时代 ===

工具机是生产蒸汽机的基石；因此，為了製造更强而有力的蒸汽机，带动了新兴工厂致力於各式各样工具机的发展。1712年，[[汤玛斯·纽科门]]发明了大气活塞蒸气机（又称為[[纽科门蒸气引擎]]）。1765年，[[詹姆斯·瓦特]]提出新型蒸汽机的构想，将冷凝器与气缸分离开来，使得气缸温度可以持续维持在注入的蒸汽的温度，可改良纽科门蒸气机效率低的问题。然而对於新型蒸汽机中直径一米、长度二米的大型汽缸，由於当时的工具机技术最好仅能做到二公分的公差，无法克服活塞与大型气缸的组装密合问题，新型蒸汽机发展遭遇了瓶颈。1775年，[[约翰·威尔金森]]发展出[[钻床|卧式钻床]]，将加工公差推进至数毫米，成功解决瓦特蒸汽机的关键技术困难。於是1776年，瓦特成功製造出第一批效率更高的新型蒸汽机，并应用於实际生產。

== 工具机的基本组件 ==
[[File:HwacheonCentreLathe-headstock-mask legend.jpg|thumb|图中显示车床的头座。]]
工具机的基本组件包括以下组件：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。

*头座：可提供驱动与进给刀具或是旋转工件的动力。内含[[主轴]]、变速齿轮系统等。
*机柱：提供垂直的支撑。某些机器的机柱也提供头座上下移动的能力。
*工作檯：支持固定加工中的工件。某些机器如锯床，其工作檯也提供进给工件的能力。
*鞍座、床檯（基座）、滑道等：支撑其他组件，有时提供进给自由度。
===驱动装置===
工具机的动力可由[[电动机]]提供。电动机可分為直流马达与交流马达。传统上直流马达有功率输出大，加减速反应灵敏顺畅、温度低等优点。但直流马达具有[[电刷]]等易损坏零件。整流时產生之火花可能导致火灾，最高速率因此受限。易损坏零件也提高故障率。


目前最先进的技术是[[直线电机]]直接驱动机床的直线轴转电机经[[丝杠]]或者齿轮齿条等传动机构间接驱动。

==分类==
===根据用途分类===
随著用途的不同，工具机又分為[[车床]]、[[铣床]]、[[磨床]]、[[钻床]]等等。
===根据组成单元的构造分类===
因机床组成单元的构造不同可分為檯式、落地式、龙门式、多机头式等四种。
===根据自动化程度分类===
机床根据电脑化程度可分為传统金属切削机（完全手工控制），[[数值控制]]NC（未加数控器，但有自动化控制）与[[数控机床|电脑数值控制]]CNC（完全电脑控制）工具机。
====传统金属切削机====
工具机用於精密切削金属以生產其他机器的金属零件。其架构必需有足够的刚性，适当的形状，易於操作，易於除去金属碎屑，够安全，够稳定，够準确与够精确。Amstead, Ostwald, Begeman著，罗仕鹏，黄纯权，陈再万编译，《机械加工法》（''Manufacturing Processes''，八版四刷）。台北：高立图书。1995年4月。ISBN 957584159X。第十五章工具机的基本元件</ref>


在工具机上待加工的金属称為「工件」，用来切削工件的工具称為刀具。工具机提供动力造成工件与刀具的相对运动，并且精确控制此相对运动，去除工件上不要的部分。某些机器如车床是转动工件，进给刀具。也有机器如鏜床，转动刀具，进给工作檯以移动工件。

{|class="wikitable"
|+传统机床
|-
!机器!!切削运动!!进给运动!!加工表面
|-
|[[车床]]（卧式）
|工件旋转（周向）
|刀架（轴向 / 横向、径向 / 纵向）
|外圆面（车圆柱、车螺纹 / 套扣、滚花、抛光、成型车削）、内圆面（孔加工，包括钻 / 镗 / 铰 / 扩孔、攻丝等）
|-
|[[镗床]]（卧式）
|刀具旋转
|工作檯平移、刀具伸缩
|内圆面（钻 / 镗 / 铰孔，多在大型、非旋转体工件上使用，例如活塞发动机的汽缸）
|-
|龙门[[鉋床]]
|工作檯往復运动
|刀具
|平面，大工件
|-
|牛头鉋床
|刀具往復运动
|工作檯
|平面，小工件
|-
|[[铣床]]（卧式、立式）
|刀具旋转
|工作檯
|平面、齿轮、突轮、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]]
|砂轮旋转
|工作檯
|磨平面
|-
|[[钻床]]（台钻、立钻、摇臂钻）
|刀具旋转
|刀具伸缩、移动（仅摇臂钻）
|孔加工
|-
|[[锯床]]
|刀具
|刀具、工件
|（切断）
|-
|[[拉床]]
|刀具
|（唯一没有进给运动的机床，一次成型）
|内外表面
|}


====电脑数值控制（CNC）工作母机====
{{main|数控机床|数值控制}}

工作母机不但可由人工直接操作，也可加入自动控制。

[[数值控制]]（Numerical control,NC）工具机以及更先进的[[电脑数值控制]]（computer numerical control,CNC）工具机已成為工业中及重要的部分。
====CNC之优缺点====
与传统工具机、大量生產专用机相比，CNC工具机较适合少量或中量高品质精密零件生產，也较能适应多样不同產品的生產。

功能的优点：
* 高精确度。高品质。
* 资料易储存修改。如果程式设计良好，可以通用於不同时间地点的工具机，生產相同的產品。不需重新设计。
* 可自动换刀、送料等，自动程度更高。
* 「[[适应控制]]」维持工具机於最佳生產条件。
* 较长的刀具寿命。

生產製造之优点：
* 增加工作时间提高机器使用率（下班无人看管仍可工作）
* 高效率、高品质、高良率。在成品外形复杂精细时尤其明显。
* 减少夹具、治具。因此减少前置成本与準备时间。
* 加工多样化。在少量多样的生產模式下可减少单位成本。

人事管理上的优点：
* 减少劳力人事成本。一操作员可同时操作数台机器。
* 加工时间、单位成本易控制掌握，因此可有效掌握生產计划，并且能减少呆料。
* 操作简便。一旦程式设计完成，操作就减少对高技术操作人员依赖。
* 免除操作者误差，提高良率。

缺点：
* CNC工具机初期购置成本高。
* 程式人员须有加工、操作等知识。
* 设备精密复杂，维护与保养成本高。
* 依赖程式设计师、机械维修专业人员。此类人员训练较一般技术员困难。
巫维标。《数控工具机》。台北县：新文京开发出版。2001年。

==操作==
===工件夹持法===
待加工的工件可用许多方法夹持。
* 以两领针支持工件：以机器头座与尾座各一顶针夹住工件。适合用於夹持长形工件进行旋转，能承受较大的切削力量。
* 心轴：以头座伸出的心轴，穿过圆柱形工件轴心已有的洞。
* 面板：以夹具将工件固定在工具机的一面板上。适用於平板、不规则形的工件。
* 夹头：以类似爪子的组件抓住工件。


===工具机安全===
除了操作员安全训练之外，工具机上也有数种设计维护安全，例如在工具机外装置防护闸门防止异物伸入；装置光电侦测器以在异物伸入时发动紧急停止；将控制装置设定為双手按钮等等。

==应用技术==

请参考[[光机电一体化技术]]与[[自动控制]]