數控機床機械設備設計特點。數控機床為民生工業、國防工業與航天工業等重要發展的設備，也是機電整合的重要設備，一般數控機床設計在硬件方面需要結構設計與關鍵原件進行搭配與整合，在軟體方面需要控制器與測感器進行應用，近年數控機床搭配感測器進行IOT與智能化的開發設計，其重要發展目標與方向為少人化、高精度與高效率，因此在數控機床硬體方面的結構設計是非常重要的項目，在結構設計方面主要先行合理化設計，于第二階段應用軟體工具進行分析與修改結構。本單元將針對合理化設計進行探討與配合經濟部數控機床人才認證探討。而一般數控機床主要分為數控車床與數控銑床兩大類，而相同的機構包含進給系統、主軸等，而不同的機構包含機械結構、控制器、拉刀機構、ATC、夾頭系統與動力刀塔等，其中機械與電控相關技術則對應學校之相關課程包含應用力學、材料力學、動力學、電機原理與控制原理等等。

一、數控機床結構分類

一般數控機床有不同種類與應用，主要由加工工件來決定，當工件大量生產固定形式則應用專用機，不同形式大量生產則應用標準型數控機床，在工件幾何形狀不同時有車床與銑床之分類，如圖一所示，在數控車床與銑床其主要機械結構與控制器有明顯差異，其中結構設計與關鍵元件必須相互搭配，圖二為數控車床與立式加工中心主要系統與架構圖，由架構圖中可以發現數控車床與立式加工中心的床臺結構差異最大，因此結構設計時需依循力學之設計原理。

二、數控機床機械設計原理

在數控機床設計原理中其功能組件之進給系統與主軸系統的結構大量簡化，但對于剛性的要求日益嚴格，主要在高速高精度的切削過程中高剛性與輕量化則需同步考量，因此在數控機床結構設計上必須考量力流線之關系，雖力流線的概念較為簡化，但在數控機床結構設計方面則可以應用于概念設計之階段。何謂力流線，力流線為結構之作用力與反作用力間力量的傳遞路線，當結構設計時其結構之力流線越短越好，力流線越小變形越小剛性越高，特別是與施力方向垂直的力流線，此狀態最容易造成結構剛性的降低，表一與表二為數控機床設計原則與導軌與鑄件本體連接形式與比較：

在數控機機械設備設計時如何應用力學原理進行合理化設計，將合理化設計之結構進行有限元分析，讓結構可獲得最佳化之設計與剛性值。靜態力會使結構系統產生靜態變形，造成定位上的誤差，進而影響加工件的尺寸精度，動態力作用于結構系統上，則易激發結構的自然頻率，造成震動現象的放大，而使加工件的表面產生異紋，影響表面粗糙度。而結構系統的自然頻率和結構質量分布、移動件的慣量及結構靜剛性有關，通常質量越小、剛性越大，其系統自然頻率也會越高，這也是為何高速機臺要講求高剛性低慣量設計的原因。因此在合理化設計時皆需要力學之相關原理進行參考。