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夾持

文章日期:2008-11-20 09:12


當各零件都完成後,接著就要做組立: 將各個零件組合起來,
組立時若沒有基準面的觀念,組立後之組合公差就有可能由各零件公差(A, B, C, D...)累加,最後造成A+B+C+D+...=>組合公差嚴重失真,
但是,若是基準面設得好,組立後尺寸公差就有可能形成max(A, B, C, D...)=>精密,這是機件設計部門的人應該所要有的素養
零件若是公差越精密,製造成本就會越高,加工廠應該給買方或設計部門這種觀念,這樣他們才不會漫天亂開公差,此外,設計部門的人員應該要具備:
1.    加工的概念:常有零件的外形經過局部的修改之後,變得很容易加工,也有零件的外形不經修飾,變得極難加工,所以設計部門的人員應該多多參照加工部門人員的意見,如果設計部門的人員也有加工的資歷,那就更好。
2.    工件強度及力學的概念:工件各部位受動力及靜力的情況不一,所以各部位的厚薄程度不同,甚至某些部位都得改變材質才行,設計部門應仔細計算各部位的厚薄,並小心銜接不同厚薄的各部位,以免發生應力集中。
3.    盡量避免組合件一個疊加一個上去:疊加的機構不但不夠堅固,而且組立後公差極有可能形成A+B+C+D+...
4.    基準面及重要尺寸的觀念:基準面的重要如前所述,設了基準面之後,一個加工件可能有好幾十個尺寸,那個尺寸有涉及配合的,才賦與精密的公差。

當設計部門把各個零件都喬好了之後,接手的就是加工部門,工件要加工,首先必得夾持,夾持有兩大要點,即夾持力與定位,一般的人都把這兩樣分開思考,這其實是不夠的,夾持力與定位有時是會互相影響,大部份的銑件,都需快速地用先銑床銑出至少三-五面的垂直度,故本文以虎鉗來說明工件的夾持。

在開始本文之前,先假設虎鉗的精度是夠的,如下圖所示,虎鉗的精度要求有三 :
1.固定鉗口的垂直度:40mm高的鉗口上下誤差最好控制在1到2條內。
2.活動鉗口的垂直度:只能微幅搖擺。
3.鉗口底部的水平度:100X150mm的底部要在1到2條內。
直於垂直度及水平度的校正可用量表吸附在銑床主軸後,再上下移動主軸讓量表指針跑鉗口的垂直度,左右移動床台讓指針跑鉗底的X軸水平度,前後移動床台讓指針跑鉗底的Y軸水平度。技術好的工師通常都可以做到這三個要求,但若是上述的第一及第三項不可得兼,可用兩個虎鉗,一個虎鉗滿足第一及第二項要求,另一個虎鉗滿足第二及第三項要求。
用虎鉗夾持時,受力區之受力要均布固定鉗口,如果受力集中在鉗口的上部或下部,工件的垂直度容易失去。

    

當虎鉗垂直度有了誤差,如下圖所示(為了顯現容易,故對於誤差誇張畫出),固定鉗口的受力將失去均布,所以常常見到用圓棒放在活動鉗口處,不過,此法仍不能去除虎鉗固定鉗口垂直度所造成的誤差。


圓棒放在活動鉗口處是否就可以成事呢? 假設固定鉗口垂直度誤差為c度,如下圖所示,當P1面銑完成水平面之後,此c度的誤差將轉嫁到角a,即a = 900-c,如果此時把工件翻轉180度,銑P2面成水平面,此c度的誤差又轉嫁到角b,即b = 900-c,如此一來,P1與P2面的夾角將是兩倍的角c,造成P1與P2面的平行度誤差加倍擴大。


在進入主題之前,先介紹基口制與基底制這兩種夾持法,由於虎鉗的夾持力來至於螺桿的推動活動鉗口,進而將工件局限在固定鉗口與活動鉗口之間,由於活動鉗口會前後移動及微幅擺動,所以沒有穩定的垂直度,必需靠固定鉗口來維持工件的垂直度,所以這種夾持法稱基口制("口"是指固定鉗口),此種挾持的所有精度皆來自於固定鉗口,故操作者必先要確認固定鉗口的垂直度是否校正正確,並時時思考工件的基準面是否有貼緊固定鉗口,以下圖左為例,這樣的夾法會造成工件無法貼緊固定鉗口,如下圖右所示。


改善之法如果是像前述的在活動鉗口與工件之間夾一圓棒,以確保工件的基準面貼緊固定鉗口,如下圖右所示,一般說來圓棒得與固定鉗口受力區的中點等高,不過,如果工件歪斜太大,也會造成固定鉗口的受力集中處偏上或是偏下



常有人疑問:為甚麼榔頭再怎麼猛敲,工件底下的平行塊怎麼還是鬆鬆的?其實猛敲榔頭的作法是錯的,因為,基口制的首要工作是將工件基準面靠緊固定鉗口,而敲榔頭並不能幫助工件基準面靠緊固定鉗口,也就是說敲榔頭的用意是要讓工件底下的平行塊貼緊工件,但是,這可能嗎?如下圖所示,所以當工件下方的角b不是90度時,就常會有一個平行塊是鬆的,其平行塊貼緊工件的鬆緊程度取決於角b的偏差,猛敲榔頭並不是件容易的工夫,反而有可能使工件碰到底下平行塊後反彈。
        

如果要銑六面體的相連四面,常見的基口制的銑法順序是:P1=>P2=>P3=>P4,如下圖所示:
 

1. 先銑平面P1。
2.    P1=>P2;將P1靠緊固定鉗口來銑P2,這是為了要先銑出直角a,讓P1與P2互相垂直。
3.    P1=>P3:仍須將P1靠緊固定鉗口來銑P3,這是為了要銑出直角b,讓P1與P3互相垂直。
4.    =>P4:銑平面P4,可將P2或P3靠緊固定鉗口來銑4。
上述方法的立意在於要讓P2與P3皆垂直於P1,故理論上說來,P2與P3會互相平行,可是在實際上而言,由於固定鉗口的垂直度一定會有誤差角c,如前所述,這將會造成P2與P3的平行度誤差擴大到兩倍角c,這對於精密加工而言是滿大的致命傷,此法只能適於固定鉗口的垂直度超準.工件不能太歪斜.再外加操作者極細心才行,如果平行度要求五條內的工件,最好不要用這種方法。

由於基口制有其先天上的"誤差放大"的缺陷,而且工件拆放再挾或是平行塊改變高低後還會造成誤差不穩定http://cax.idv.tw/forum/archive/index.php/t-114.html,故乃有基底制輔助之必需,基底制取名來自於以虎鉗鉗口的底為基準,也就是夾持工件時必需想辦法讓工件的底部貼平鉗底,鉗底精度的校正可用量表的指針垂直指著鉗底,並前後及左右移動床台讓指針跑鉗底的X軸及Y軸的水平度,一般校正到1-2條即可

基口制與基底制之精度分析
一般而言,固定鉗口高度約在30-50mm之間,姑且以45mm來計算好了,用量表的指針以Z軸的方向在這固定鉗口上下移動,假設校正後所得的誤差是1.5條,上圖工件的P2P3面寬度為100mm,先銑完P1面後並以P1面為基準來銑P2面時,P2面會發生(1.5/45)*100=3.33條的誤差,接著以P1面為基準來銑P3面時,P3面也會產生3.33條的誤差,所以工件的P2P3面的平行度的誤差就會跑掉了6.66條,但若是將P2P3面的平行度改採基底制來銑,由於鉗底校正精度是1-2條,若是工件的P2面貼平在鉗底來銑P3面,則P2P3面的平行度的誤差就只會跑掉1-2條,與基口制的方法比較起來,平行精度馬上提高四倍之多!!

以基口與基底制來銑六面體的相連四面,正確的銑法順序是:
1.    P1  :銑P1面。
2.    =>P2:以基口制來銑P2面(將P1靠緊固定鉗口來銑P2)。
3.    =>P3:以基底制來銑P3面(以P2面貼緊鉗底來銑P3面),如下圖所示。
4.    =>P4:以基底制來銑P4面(以P1面貼緊鉗底來銑P4面)。
如此一來,P1P4面或是P2P3面的平行度的誤差就會控制在1-2條內,而P1P2面或是P1P3面的垂直度誤差也會控制在1-2條內,使用基口或基底制時,其成敗在於工件緊貼在鉗口或鉗底的程度,加工者要時時觀察並確認工件是否有確實定位在鉗口或鉗底


   

行文至此,讀者一定很好奇:要用甚麼方法讓工件貼緊鉗底?其要訣在於上圖所示的需要兩個微偏向下且對等大小的力,至於這兩個力如何快速且精準辦到?這得由原創者林主任來講,基於智慧財產權的緣故,在此不便發表出來,或許讀者們您也可自創方法來辦到,只要找到法子,就可以暢遊在基口與基底間,在任意夾持與拆卸工件之間達到精準又快速的目的。

後記:
用甚麼方法讓工件貼緊鉗底?
先將工件夾半緊再用榔頭輕敲工件嗎?這其實不但需要經驗老道的師傅,也需要工件底面與固定鉗口近似垂直,才有可能將工件的底貼緊虎鉗的底,不過,請僅記:當虎鉗的活動鉗口再一夾,其力的方向是向著固定鉗口,可能原本工件已貼緊虎鉗的底,又再度地改成緊貼固定鉗口,所以榔頭不是個良方,其實我真正想探討的是:如果工件底面與固定鉗口很沒垂直,又再加上現場夾持的只是個生手,那如何讓工件的底快速又正確地貼緊虎鉗的底?用磁性夾頭是個選項但並不是良方,因為磁力無法承受重切削。

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