什麼是車床
車床就是用來進行車削加工的機械，配有馬達、夾頭、刀具架、刀具座、尾座等設備。車削就像削鉛筆般，藉由旋轉工件來加工成形(西村仁，2018，p.30)。夾持的工件在旋轉狀態下，透過車刀的前後左右移動削去部分材料，完成所需的尺寸與形狀，加工的形狀是圓柱形。
車床加工的三要件是旋轉數、切削量與進給速度(西村仁，2018，p.49)。旋轉數是工件每分鐘旋轉的圈數，切削量是每次削去材料的多寡，進給速度則是切削時刀具進給的快慢。三者相輔相成，搭配合宜可以順利加工、節省刀具。
車床的種類有普通車床、正面車床、立式車床、NC車床之分。通常我們所說的車床指的是普通車床；正面車床和普通車床的刀具方向相差90度，針對外徑大、長度短的工件做端面加工；立式車床是將普通車床垂直立起的構造，固定工件於水平面，適合重物加工(西村仁，2018，p.50)。
車床之外，另一種常聽到的工具機是銑(ㄒ一ㄢ \/)床。銑床和車床有什麼差別？和車床相反，銑床只旋轉刀具來切削，原理是只旋轉刀具，將工件前後、左右、上下移動(西村仁，2018，p.71)。銑刀是含有多個刀刃的刀具，使用銑刀的工具機就叫銑床(西村仁，2018，p.70)。
什麼是CNC
數值控制(Numerical Control，縮寫為NC)簡稱數控，是系統的一系列動作透過輸入的數值資料來控制，以達到自動化控制的功能(陳紹賢，2014 ，p.2)。電腦數值控制(Computer Numerical Control，縮寫為CNC)則是由電腦進行數值控制的工作。
在電腦科技還不發達的年代，數控系統只能以紙帶(打孔帶)做為控制器的數控媒介物(陳紹賢，2014 ，p.2)。隨著科技的進步，NC系統已經全面電腦化，不但體積更小、儲存空間更大，控制也更精密，程式的設計和輸入更加方便，所以現在講的NC和CNC是一樣的意思，有些書籍會統一用NC來稱呼(西村仁，2018，p.82)。
CNC車床的原理
在控制器輸入預備的程式碼，控制器會將程式資料轉換成動作訊號來驅動伺服馬達、電控系統與回授系統，使工具機可以進行加工。打開CNC車床的背面，可以看到密密麻麻的訊號線，控制器透過這些訊號線傳遞數位訊號到驅動器，驅動器再將數位訊號轉換為電壓訊號帶動伺服馬達(陳紹賢，2014 ，p.7)。
CNC車床的加工流程
CNC車床的加工流程大致分為以下幾個步驟(陳紹賢，2014 ，p.13；梁順國，2013，2-5)。
閱讀圖面：詳細閱讀圖面的各項訊息，如尺寸、公差、表面粗糙度等，充分了解各部位後，規劃出最有利的加工流程。
選擇夾具：除了夾具的外徑要符合材料尺寸，油壓爪的深度也該一併考量，以避免刀塔太過接近主軸發生撞擊。針對某些特殊情況，還要準備治具，比如車削很細的工件時，會使用筒夾輔助。
程式設計：設計程式的時候應該留意車床加工三大要素(旋轉數、切削量與進給速度)，通盤考量後寫入符合加工條件的參數。程式軟體CAM可以將圖面自動轉換為程式，協助工程師完成程式設計的基礎工作，再由工程師根據經驗進行修改，進一步提升工作效率。
程式傳輸：工程師可以在電腦上模擬加工路徑，確認無誤後將程式傳輸到機台的控制器。
刀具選擇與設定：選擇適合的刀具並一一進行設定，會使用到的車刀與鑽頭應全數校正後才可進行加工。需切削液冷卻的刀片也應逐一檢查水柱是否確實注射於刀尖。
試加工：這一階段的加工最為危險，也非常關鍵。必須以單節方式逐一檢視加工的每個動作，以避免程式編寫缺失或刀具校正錯誤造成撞車或工件車毀。
量測檢驗：仔細量測每一部位是否與圖面符合，如果尺寸有所誤差，應進行刀具補償的參數設定，或者修改程式，以確保後續完成品的品質。調整完畢後，就可以進行量產。
CNC車床的構造
CNC車床的構造可分為NC控制裝置與機械本體兩大部分。現代NC控制裝置皆由電腦控制，有更強的演算機能、更大的記憶容量，工作能力更加強大(梁順國，2013，1-3)。
機械本體則分為以下幾個部分(梁順國，2013，1-3)。
刀塔：可旋轉的多角型裝置，上面可以裝設多支刀具，各刀具的對應編號標示在刀塔端面。
床台：用來安置尾座與刀塔，床軌上覆上蓋板以保護床軌。
尾座：位於床台右側，頂心軸以油壓控制伸縮動作，用來頂持長型工件，可以手動或程式控制前後移動。
夾頭：夾頭會鎖上油壓爪，可以用來夾持工件，油壓爪又分為內夾或外張兩種，透過參數的設定，主軸可以切換內夾旋轉或外張旋轉。
主軸：連接夾頭與油壓缸，依靠伺服馬達傳動。
伺服馬達：動力輸出元件。
滾珠螺桿：伺服馬達經由聯軸器與滾珠螺桿結合，可以驅動滾珠螺桿運轉，並帶動螺帽，推動床台在導軌上運行(陳紹賢，2014 ，p.7)。
切屑輸送帶：將掉落的切屑輸送至收集容器內。
CNC車床與傳統車床的比較
CNC車床的操作者只進行上下料、完成品檢驗的工作，在公差條件比較寬的情況下，甚至實施定時抽檢即可，完成品的一致性與品質都非常穩定。生產自動化也提升了產能，一人可同時監管多台設備，大幅降低人事開銷。
傳統車床的所有車削動作都有賴操作者獨自完成，一位操作者只能負責一台機械，完成品的優劣取決於操作者的技術。操作者的體能、心理因素與精神狀態也會影響完成品的品質。
不過傳統車床師傅親手車削所培養出的經驗是無可取代的，包括刀具的選擇、治具的製作、轉速的設定、進給的速度、切削量的衡量等等，師傅在工作中累積出近乎直覺的判斷，是非常寶貴的專業知識。
如果有傳統車床的操作經驗，對於CNC車床的工作絕對是加分的，只要再學習程式設計的知識，就能成為獨當一面的技術人員。
以下為兩者比較的簡表(梁順國，2013，1-3)。
| 傳統工具機 | 數控機械 | |
| 刀具成本 | 需要各式刀具及成型刀具，故刀具成本高。 | 不需要多種類成型刀具，故刀具成本降低。 |
| 夾具成本 | 為方便加工及定位正確，所以所需夾具成本高。 | 因機械重複性高，製品品質穩定，夾具成本降低。 |
| 技術性 | 需要熟練的技術人員。 | 機械依程式進行加工 |
| 人力成本 | 一人操作一機。 | 一人可監管多台機械。 |
| 成品精度 | 易受外界因素影響。 | 精度穩定均一。 |
| 工件形式 | 受技工素質限制。 | 依所製作之程式執行。 |
CNC車床的程式設計
以下簡單介紹常用的指令(梁順國，2013)。
M01：選擇性停止。例如同一程式兩面加工，在兩面的車削程式之間插入M01，機台暫時停止以利換面加工。
M03：主軸正轉。
M04：主軸逆轉。
M05：主軸停止。
M30：程式終了。
S：可以代表切削速度(m/min)或主軸迴轉速度(RPM)。G96 S160代表刀具切削速度每分鐘130公尺。G97 S800代表主軸轉速每分鐘800轉。
G00：快速移動。
G01：直線切削。
G02：圓弧切削(順時針)。
G03：圓弧切削(逆時針)。
G04：動作暫停。G04 2000代表暫停兩秒。
G50：主軸最高轉速設定。G50 S2000代表主軸最高轉速限制在2000RPM以下。
G92：螺紋切削固定循環。
G96：周速一定限制。G96 S160代表指定130m/min的周速度。但若前面有加G50指令，轉速最高只到G50限定的速度。
G97：轉速一定限制。G97 S1000代表主軸轉速固定1000RPM。
T：選擇刀號指令。T0101代表選用刀塔編號1號刀具。
F：進給率。F0.15代表進給率0.15mm/rev。
G71：內外徑粗車循環切削。
G71 U1.0 R0.5(U1.0是每次進刀量1mm，R0.5是退刀0.5mm)
G71 P10 Q30 U0.15 W0.1 F0.2(P10是循環切削形狀起點，Q30是循環切削形狀終點，U0.15是外徑預留0.15mm，W0.1是端面預留0.1mm，F0.2代表進給率0.2mm/rev)。
G72：端面粗車循環切削。
CNC車床加工的優點
自動化、高精度、高可靠性是數控工具機的最大優勢(陳紹賢，2014 ，p.13~14)。
減少加工前置時間：透過數控工具機的優異性能，減少夾具與治具的使用，大幅加速製程。
生產能力提升：一人可監管多台設備，減少人事開支，若搭配機械手臂與自動化檢測設備運作，可實現無人化智慧工廠的目標。
高精度與高可靠性：完成品的精度很高而且品質穩定，不會有良莠不齊的狀況。
降低生產成本：刀具壽命也有顯著提升，若重複執行相同加工，機台稼動率很高。
減少人為誤差：透過程式執行的工作使得機台的穩定度非常高。
加工彈性：製作的產品如果需要調整，只要修改程式就可以再進行加工。
操作安全性提升：機台的板金拉門可確保作業員的安全。
CNC車床加工的缺點
CNC車床有設備昂貴、維護技術門檻高、人才培訓不易、不適合生產低經濟效益的零件等缺點(陳紹賢，2014 ，p.15)。
投資成本高：設備費用昂貴，初期投入成本高。
維護技術門檻高：數控工具機的控制系統與關鍵設備非常複雜，維修的技術門檻很高，維護上需要專業技術人員的協助，才能持續維持高精密度與穩定性。
人員培訓不易：CNC程式設計人員不能只懂CNC程式，因為電腦模擬加工不能完整呈現實際狀況的所有細節。完美的程式配上不合適的刀具也可能導致加工失敗或設備損壞。程式設計人員除了要具備機械與製程相關知識，還要了解車床切削的實務，才能解決實務上會遇到的種種問題。綜合以上，培訓出能獨當一面的程式設計人員要花一些時間。
不適合生產少量簡單的製品：使用數控工具機生產小量、外型簡單，尺寸公差又不複雜的零件，成本太高不符合經濟效益。
CNC車床的趨勢
面對市場的激烈競爭，各家工具機廠都不斷創新與提升品質，並符合智慧化與企業永續的趨勢(陳紹賢，2014 ，p.5)。
高速化：為了符合高速切削與高速進給的需求，帶動主軸與進給系統朝高速化邁進。在刀具交換系統方面，也從初期的5~8秒進步到1秒內完成交換。
多軸複合化：複雜外型的零件往往需要多種治具與多次(種)加工才能完成。五軸工具機、車銑複合機、銑車複合機等多軸加工機可以透過一次設定完成複雜的零件加工，也可以避免多次夾持造成精度降低。
自動化生產：整合自動上下料與機械手臂的應用，可以提高稼動率，朝無人化工廠的目標努力。
結構輕量化：移動件的輕量化可以降低進給成本，減少能源的消耗。將新研發的材料應用於工具機上，無論重量、剛性與吸震能力都較鑄件優越。
智能化：透過軟硬體整合機械、電控與資訊的智慧化模組，大致分為精度、效率、保護與節能四類。世界各大廠Mazak與Okuma等已開發出溫升熱變位即時補償、伺服參數最佳化自動調整、機台防撞偵測、節能省電等功能。
參考文獻
西村仁(2018)。圖解機械加工。台北市：易博士文化。
陳紹賢(2013)。電腦數值控制原理與應用。新北市：全華圖書。
梁順國(2011)。CNC車床程式設計實務與檢定。新北市：全華圖書。