何謂切削加工

1. 瞭解工具機

運用工具機進行製造,便是以設計圖為基礎、依照其規格加工。且工具機是生產機械的設備,同時也能生產工具機。

在工具機逐漸數位化的現代,人們常認為只要導入工具機,無論是哪家廠商都能執行高精度的製造,但實際上卻不一定如此。一直以來,各家廠商並不只是導入工具機,還苦心思考工具機的應用方法,同時自行開發車刀(刀具)等工具或夾具,藉此增進自身擁有的技術。這在NC(數值控制)化、CNC(電腦數值控制)化急遽發展的現在依然是不可或缺的態度。

在拜訪製造現場的客戶時,我們也不時會聽到「即使是最先進的工具機,還是『每種機種都有自己的個性』」這樣的感想。正因為操作人員配合工具機的個性仔細調整參數,才能讓機器隨時實現高精度的加工。換句話說,如果要使用機械製造,就必須要先熟悉自己負責的機械特性,同時也要連它的個性都瞭解,再花心思徹底精通它的運用方式。
要再進一步補充的話,光是瞭解工具機是無法成為真正優秀的技術人員的。回到工具機的原點,認識畫線、切割、彎曲與研磨等手工精加工,才能更加出色地執行工作。

  • 「1號機會發生細微的運動誤差」
  • 「2號機處於最佳狀態!」
  • 「3號機的研磨程度經常太淺」
不只工具機的功能與性能,連它的個性都要瞭若指掌才能實現更優良的加工
不只工具機的功能與性能,
連它的個性都要瞭若指掌才能實現更優良的加工

2. 影響加工精度的要素

【1】剛性

一旦對物體施力,物體就會變形,但另一方面它也會產生抵抗變形的力,這樣的性質稱為「剛性」。使用工具機時,如果要以目標精度執行加工,那麼工具機的剛性就會是一項問題。雖然目前的工具機應付剛性的能力已經相當高,但若要以微米級的精度執行加工,就必須先瞭解剛性。

剛性分成靜態力(靜剛性)與動態力(動剛性)。靜剛性簡單來說指的就是作用力的方向與大小隨時保持固定的狀態。在工具機上,可以說是運轉部靜止於作業盤上的狀態。此時從嚴謹的角度來看,可以認為作業盤已經受到運轉部的重力影響而發生變形。雖然實際的影響非常微小,但在部份情形下仍可能使加工精度降低。
另一方面,動剛性指的是作用力的方向或大小正在變化的狀態。以工具機來說,開啟開關使機械運轉時會產生振動。這可能會使工具機發生顫振等症狀,影響加工精度。 對工件執行切削等加工時,必須同時考慮靜態、動態兩種剛性。

【2】熱變形

物體會隨著溫度上升而膨脹。這一點即便是金屬也不例外。如果要精密地量測長度,就必須在徹底執行溫度管理的量測室中進行作業。
加工時更需要特別注意熱導致的物體變形。這是因為工具機運轉以後各個零件都會發熱;另外在執行切削等作業時,目標物的溫度同時也會上升。而且工具機的運轉時間越長,就越不能忽視熱變形帶來的影響。因此,瞭解多長的運轉時間會使機械達到多高的溫度在精密加工方面可說是很重要的一件事。

振動與熱會影響加工精度。
要防止這些因素,就必須在設計階段下足功夫。
振動與熱會影響加工精度。要防止這些因素,就必須在設計階段下足功夫。
A
B
振動

3. 瞭解切削的基本知識

【1】切削的動作

切削指的是使用工具將目標物上的一部份削去的動作。此時大致需要「切削」跟「進給」兩種動作。
切削是將目標物上的一部份削去的動作,基本上由車刀等工具在直線上移動來執行。
另一方面,進給指的則是移動工具,使機械能夠切削其他部分的動作。舉例來說,在某條直線上執行切削以後,再將工具往垂直於切削方向的方向進給,就能切削新的面。只要重複進行這項動作就可以製造出平面。

【2】加工與阻力

由於加工時工具與目標物會互相接觸,力也會互相干涉,所以會發生阻力。作業時必須考慮到不同的工具產生的阻力也不同。
舉例來說,使用車刀切削時,阻力會隨目標物的材質、切削面積或車刀種類等因素而有所不同。其中切削面積與阻力有很大的關聯,加工時必須特別留意。
另外,使用鑽頭執行鑽孔加工時,也需要針對力矩與進給來考慮阻力。力矩指的是扭轉的強度,也被稱為「轉矩」。另一方面,進給則是指推進鑽頭方向的動作。

執行鑽孔加工時,除了目標物的材質以外,阻力的值還會隨著鑽頭種類(刀頭形狀)、鑽頭轉速、進給速度變化。
在加工的現場,只要一面考慮阻力的影響,一面研討加工方式,就能夠追求品質、效率與工具的耐久性。

【3】加工與速度

在加工現場,作業效率跟品質管理同樣屬於重要的課題。使用機械加工便是藉由提升加工速度來提升效率。
然而,這並不代表只要隨便提升機械速度就沒有問題。增加速度可能會發生阻力增加、發生熱變形等負面效應。另外,提升加工速度也可能使車刀的壽命縮短。這也可能讓車刀的更換頻率提升,使每個加工單位的成本變高。因此,加工前考慮速度與精度,還有工具的壽命是非常重要的。

【4】加工與溫度

如同我們前面在阻力與速度中提到的,執行切削等加工時,目標物與工具的互相接觸會產生熱。這可能會讓目標物內部的溫度上升,影響加工精度或工具的耐久性。
其中會成為問題的,便是先前提到的加工速度與加工面積。加工速度越快,產生的熱越多;加工面積越大,摩擦力越大,這些都會使溫度上升。因此執行機械加工時,請在作業的同時隨時留意溫度變化。

「切削液」在機械加工的溫度管理中扮演重要的腳色。它能減少目標物與工具之間的磨差,因此,能減少冷卻加工時產生的熱及減少加工所產生的廢料。
過去的切削油大多為油性,但現在由於環保意識提升,水溶性的切削油已經成為了主流。另外也因為機械加工需要大量使用切削油,所以現在的廠商多半會使用循環型的裝置,將使用過的切削油過濾後重複利用。

機械製造的關鍵在於取得速度與品質的平衡
機械製造的關鍵在於取得速度與品質的平衡

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