快速準確量測凹槽的方法
機械零件除了嚴格的尺寸和精度外，還需要高強度等品質，以使機械和設備達到設計性能。同時，這些條件對機械和設備的成本有很大的影響。通常，機械和設備是由機械零件一個接一個地堆疊而成。但是，為了優先考慮機械和設備的性能，在機械零件的設計階段忽視了降低成本的考慮的情況很多。
凹槽是一種設計技術，可以放寬此類機械零件的公差設置，便於加工，同時在保持品質的同時實現成本降低。這裡，我們將解釋什麼是凹槽、以及加工後凹槽的量測方法。此外，關於量測方法，我們將詳細介紹以往方法存在的問題及其解決方法。
什麼是凹槽
- A
- 凹槽
凹槽是在切削加工中刀具無法切割針角時在角部分予以設置的加工。通過設置凹槽，可以降低加工成本並縮短加工時間。
有一種相對於凹槽稱為“退刀槽”的加工，但退刀槽是指在大範圍內加工，而凹槽則是局部加工，例如針角。換句話說，凹槽包含在退刀槽中，而 凹槽有時也被稱為退刀槽。
凹槽例子
在無需配合公差的場所和想要抑制內齒加工後毛邊的產生，想要削減針角處理的加工工時等各種情況下，凹槽和退刀槽都是有效的設計技術。
不需要配合公差處的凹槽
指定不必要的嚴格公差會導致機械零件的加工成本上升。例如，下圖是將軸承插入軸的圖紙，但Before的圖紙為整個軸指定了嚴格的公差。這種設計使得加工軸和插入軸承變得困難，導致成本增加。
在這種情況下，如After的圖紙所示，僅對軸和軸承的配合部分指定嚴格的公差，並為其他部分的公差指定具有寬度的凹槽。這使得加工和組裝更容易，並降低了總體成本。
- A
- 軸
- B
- 軸承
- A
- 軸
- B
- 軸承
- C
- 凹槽
凹槽縮短了型腔加工時間
在某些情況下，設計會考慮工具的形狀，並指定凹槽。例如，如果您銑削如下所示的型腔，則 Before 指令將始終在拐角處保留刀具的R。在這種情況下，需要使用直徑較小的刀具來減小拐角半徑。然而，使用小直徑刀具進行加工需要時間，這會導致成本增加。此外，如果配合部需要直角形狀的型腔加工，則在銑削後需要進行額外的加工，進一步增加了成本。
在這種情況下，可以通過在拐角處設置凹槽來縮短加工時間，如After的圖中所示。通過在角部設置凹槽，可以忽略由刀具直徑引起的角部R，可以使用適合加工的直徑的刀具。這縮短了加工時間，甚至對於直角形狀的產品配合部也無需額外加工，從而顯著降低了成本。
- A
- 凹槽
實際的凹槽量測
可以通過設置凹槽來降低成本。然而，不用說，凹槽的尺寸和形狀必須在設計圖紙規定的公差範圍內。特別是作為精密加工部件的 凹槽，通常會規定 0.5 毫米或以上的嚴格公差。此外，其位置位於錯綜複雜的裡側，雖然是凹槽，但形狀複雜。只有當我們能夠準確地量測這種凹槽並確認符合設計時，我們才能降低成本。
下圖是設置有凹槽或退刀槽的圖紙示例。實際上有很多這樣的指令，必須對加工後的產品進行量測，以確保這一切都在公差範圍內。
以往的凹槽量測問題
到目前為止，我們已經使用輪廓形狀量測儀來進行凹槽的量測。
輪廓形狀量測儀是用稱為測針的觸針在對象物表面進行描摹，量測並記錄輪廓形狀的設備。
近年來，也有的型號使用雷射代替觸針，通過非接觸式描摹輪廓來量測複雜形狀。一些機型能夠量測頂面和底面。
使用輪廓形狀量測儀進行凹槽量測的問題
使用輪廓形狀量測儀進行凹槽量測時存在以下問題。
- 將對象物固定到治具上並將其調平等作業需要時間。此外，準確找平需要與輪廓形狀量測儀相關的知識和技能。
- 對於凹陷部分的凹槽，觸針很難通過量測位置，因此觸針的位置會稍微錯位，導致量測值偏差，無法準確量測。
- 很難繪製通過圓柱體最大點的輪廓線。
- 觸針繞觸針臂上的支點做圓弧上下運動，觸針尖端位置也沿X方向移動，造成X軸數據誤差。
凹槽量測中的問題解決方法
以往使用的一般量測儀存在量測值可信度低的問題，因為是在用點或線接觸立體對象物或量測部位時進行量測的。為了解決這些量測問題，KEYENCE 開發了表面 3D輪廓量測儀“VR 系列”。
可以以非接觸方式準確捕捉對象物的 3D 形狀。此外，可以在最快 1 秒內對量測台上的對象物進行 3D 掃描，以高精度量測 三維形狀。因此，可以在量測結果沒有偏差的情況下瞬時進行定量量測。這裡就其具體的優點進行介紹。
優點一：能夠量測形狀複雜的小凹槽
通過量測“表面”上的各種形狀來收集數據。由於掌握了整個形狀並量測了目標部分，因此可以準確量測針難以穿過的深部的小凹槽。此外，所有量測數據都被保存，您可以將保存的數據相互比較或與 3D 設計數據進行比較。
與以往的量測儀不同，“VR 系列”可以準確量測針難以穿過的位置的凹槽，這在過去需要花費大量時間和精力。
優點二：量測結果無偏差
利用計算機屏幕上的各種輔助工具，可以很容易地從掃描的3D形狀數據中抽取出圓柱體的軸線，從而可以唯一確定輪廓線。由於您可以在任何位置準確繪製一條垂直的輪廓線，因此量測結果不會發生偏差。
與以往的量測儀不同，“VR 系列”可以準確量測凹槽的形狀，這在以前需要花費大量時間和精力。此外，一旦工件被掃描，就可以量測與先前量測時不同部位的輪廓（橫截面形狀）。無需再次特意準備同一個體並再次量測。此外，可以使用過去的數據輕鬆檢查形狀相同但批次、加工條件、材料等不同的工件之間的差異。
總結：顯著改進難以進行的凹槽量測，提高量測效率
使用“VR 系列”，高速 3D 掃描儀可以非接觸方式即時量測對象物的準確 3D 形狀。即使是凹陷位置的小凹槽的深度和寬度等高難度量測，也可在最快 1 秒內完成。可以解决以往量測儀的所有問題。
- 由於是在面上量測，因此即使是複雜形狀的凹槽也可以輕鬆量測。您還可以量測最高點和最低點。
- 消除因人而異的量測值偏差，實現定量量測。
- 操作簡單，無需定位，只需將對象物放在量測台上，按下按鈕即可。消除對個人量測作業的依賴和量測值的偏差。
- 由於可以輕鬆、高速、高精度地量測 3D 形狀，因此可以在短時間內量測許多對象物，這有助於提高品質。
此外，與過去的三維形狀數據和CAD數據進行比較，可以很容易地分析公差範圍內的分佈等，因此可以在產品開發和製造趨勢分析、抽樣檢查等各種用途中活用。
