粗銑削工件外圓周時,直進下刀點之優劣評估
在評估之前先來講一點相關的專業知識,銑削工件時,常有有所謂的逆銑、順銑之分,一般的分辨如下圖所示,當工件移動方向與銑刀的切削力呈相反情況即稱逆銑,反之,若將下圖工件移動方向改由右至左,工件的工件移動方向與銑刀的切削力相同,則稱順銑,這種單軸方向的討論一般來講都過於簡化,可惜目前
一般這種逆銑、順銑之分對於精於銑床加工的人是不夠用的,以上圖之逆銑為例,刀刃在切入之時大家都知道其切削力與工件移動方向是相反的,但若是對於銑削深度很大的切削而言,刀刃切削到末期,要離開工件之時,其切削力不再是沿著X軸方向,如下圖所示,而是接近Y軸方向,所以若是沿用以往的單軸方向的順逆銑要來討論銑削,是不夠的,精於銑床加工的人遇到這種切削力轉向很大的情況,除了會把Y軸的床台鎖緊之外(CNC銑床之不能),也還會把Y軸方向的背隙先消除(把背隙移動到螺桿與螺母的安全端,CNC銑床程式可以辦到),以免在銑削過程中,床台被拉向Y軸方向。
當螺桿只有原地自轉(無前進後退之移動)時,螺桿的螺旋面會推著螺母的螺旋面前進,如下圖所示,此時螺桿跟螺母之間的背隙就會移動到螺旋面沒有接處的那一邊。以上圖的加工為例,當切削力往
有了安全背隙的觀念之後再來討論下刀點,下刀是指在銑削之前,將銑刀先銑入工件裡的動作,待下刀完畢之後才開始進行銑削,粗銑削工件外圓周時,以高剛性的新機台來說,無論從哪個方位來下刀,其實都無所謂,但是如果是線軌或是老機台,由於機台剛性、滾珠螺桿背隙及螺帽鬆動存在的緣故,在進給大且進刀深的情況下,剛銑入工件之時,往往就有床台被拉動的情況,因此就得慎選下刀點及下刀方式。
下面三圖是從各方位以垂直於工件表面方式銑入工件,圖中紅色的線是代表刀具路徑,圖面上評的字語"可"指背隙之存在不具威脅,"尚可"是指背隙之存在稍具威脅,"差"是指背隙之存在瀕臨威脅,"劣"是指背隙之存在具威脅,以第一象限所標示的"X可"為例,它是指X軸滾珠螺桿之背隙不具威脅之意,因為當刀具路徑以西南方向銑入工件時,實際上是床台的X軸滾珠螺桿推動X軸床台往X軸正向前進,而床台的Y軸滾珠螺桿推動Y軸床台往Y軸正向前進,如此一來,當工件遇到順時針方向自轉的銑刀時,X軸滾珠螺桿之背隙便不具威脅,而Y軸滾珠螺桿之背隙則瀕臨威脅的程度。
縱觀下列三圖,跟各軸夾逆時針15度左右的角度銑入工件之方式為最不好,床台可能會被拉動,此外,跟各軸夾順時針15度左右的角度銑入工件之方式為較好,床台比較穩固。
上面三圖之銑進工件皆需XY軸同動才行,下面之圖是以單軸方式銑進工件,以在X軸正向方位往X軸負向方位銑進為例,床台必需往X軸正向方位前進,則X軸滾珠螺桿之背隙不具威脅,但是由於Y軸沒動作,不能確定它的背隙產生在滾珠螺桿的哪一側,故有可能安全,也有可能很不安全。
修正之法為當銑刀以X軸方向接近工件時,便事先消除床台Y軸滾珠螺桿背隙的威脅,或者,當銑刀以Y軸方向接近工件時,便事先消除床台X軸滾珠螺桿背隙的威脅,如下圖所示。
一旦銑刀銑入工件,並以逆銑的方式進行銑削,則X軸及Y軸滾珠螺桿背隙便不具威脅,如下圖所示,床台不會有被拖動的危險(除非滑軌剛性不足或是有間隙),但是如此一來,銑刀的耗損會比用順銑來得嚴重,因為雖說順銑有拖動床台的可能,但是若在進給及進深不足以拖動床台的在安全範圍之內,順銑不但可以減輕滾珠螺桿推動床台的推力,也可降低銑刀的耗損,可謂一舉兩得,所以新式的加工法連粗加工都採順銑,並降低進給及進深的量,不過事在人為,端乎如何配合機台性能來使用。
以上所舉之例,其銑刀是以垂直於工件表面方式銑入工件,還有一種以切線方式銑入工件,也是一個不錯的方法,不過此法最好以兩軸同動行之,且盡量避免進入點剛好在X軸或Y軸之上。
後記: 寫完這篇之後,要感謝林子寬主任,我的許多觀念都是由他所啟發,林主任現正在台科大機械研究所攻讀博士中。
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