FGcam的家

文章日期：2007-10-18 12:55 口袋形模穴 的實例測試 下圖 為具有島嶼之口袋形模穴，此口袋形模穴含有 51 個島嶼，測試條件為: 更換不同的刀具直徑以測試 CAD/CAM 的強韌性與效能， 10 年前的 CAD/CAM 常發現有錯誤的刀具路徑造成銑刀對工件的過切或少切(強韌性不夠)，現今的 CAD/CAM 雖然已很少有這種現像，不過，相對的它刀具路徑產出的時間也增加了(效能不足)。 受測試的 CAD/CAM 軟體以 Mastercam 與 FGcam 為主，選擇 Mastercam 的原因是它目前為 2-2.5D 的霸主，既好用市佔率也高。   測試硬體 1.5G Hz 的 CPU ，作業系統 Windows 2000 環境， 以刀具路徑的正確性而言， FGcam及 Mastercam9.0 版皆通過測試， 但是以效能而言，當 刀具直徑為 4m m時 ， 在 FGcam 裡做測試，從過切排除到刀具路徑的產生， 總共花費 6 秒， 而 Mastercam9.0 版軟體則為 35 秒。 試想  ，如果一個刀具直徑產出刀具路徑就要35秒 ，那前述的25組刀具直徑組合配對 ， 豈不是要耗掉十幾分鐘?

文章日期：2007-10-17 11:17 講完刀具路徑種類，現在討論刀具直徑，圖 11 是無殘料口袋形模穴，這種形狀的口袋形模穴無殘料產生之虞，所以刀具直徑越大時，刀具路徑的總長度就越短，切削時間也跟著縮短。       我們再把圖形弄複雜一點，如圖 12 所示，此圖為潛在性之具有區域殘料之口袋形模穴，可行刀具直徑範圍為 1~ 50m m ，採用刀具直徑 22m m 到 50m m 之間的銑刀切削時，口袋形模穴內會有殘料產生，而刀具直徑在 1~ 20m m 之間則無殘料，這些 1~ 20m m 無殘料產生的刀具中，以直徑 20m m 為最大，根據圖 11 的討論，此直徑 20m m 銑刀的加工時間會比 1m m~ 18m m 的銑刀加工時間短，所以，直徑 20m m 是區域性的最佳 (local optimum) 單刀加工直徑，至於直徑 20m m 以上的銑刀加工，雖然它們比直徑 20m m 的銑刀加工來得快，但是卻會留下殘料，必須進行二次加工。以 20m m 的最佳單刀法來加工，加工時間為 4.66 分鐘，但是若以雙刀法來加工，以直徑 20m m 為精銑刀來搭配直徑 22~ 50m m 中的某一把粗銑刀，共有 15 種搭配，經計算後發現，如表 5.2 所列之資料，直徑 28m m 及 20m m 兩把刀的組合為最佳，它們所用的時間為 3.1 分鐘，遠比最佳單刀加工直徑 20m m 的 4.66 分鐘還快 33% 。    圖 12 的輪廓的可行刀具直徑已經大到 50m m ，但是當刀具直徑越大，其加工後所殘留的殘料也相對地越大，這些較大的殘料意味著在二次加工時便得耗更多的時間，所以，兩刀法的最佳組合，其粗銑刀並不一定就是最大可行直徑的那一把刀，圖 13 為圖 12 之口袋形模穴的兩刀加工法的切削時間曲線圖，第一次粗切削的加工時間隨著直徑的增加會呈漸減函數，但因為直徑的增加也會使得殘料增加，使得第二次殘料切削的加工時間隨著直徑的增加而呈漸增函數，這漸減和漸增的兩個函數的總合函數常會出現兩種情況，圖 13 是最佳刀具直徑組合點落於兩端點之間，雙刀加工成為最佳加工組合；此外，也有些例子是最佳刀具直徑組合點落於左端點，此種狀況是單刀加工為最佳加工，不過，有沒有可能最佳刀徑組合是三刀...

文章日期：2007-10-16 23:03 銑削口袋形模穴時，銑刀通過相鄰的刀具路徑時應該要有某些部份重疊，以免間隔處留下殘料，重疊量 (overlap) 是指沿著相鄰兩平行刀具路徑之銑刀重疊切削之量，其值為兩倍的半徑減去偏置量( step-over) ，如圖 7 所示 ，實作上之偏置量必須小於兩倍的半徑以維持重疊量為正值，如果偏置量大於兩倍的半徑則重疊量為負值，刀刀之間便會有殘料產生，但是在某些情況即使重疊量為正值，在偏置輪廓的轉折角落處仍會有殘料產生 。 環向刀具路徑的偏置量有兩種情況，第一種情況是口袋形模穴向內第一次做偏置時的偏置量：若不考慮精修裕留量與公差，此偏置量必須剛好為一倍半徑；偏置量若等於一個半徑，通常被稱為萬用偏置量，如圖 9 所示，採用第一次偏置輪廓為刀具路徑進行銑削後，未銑削到的區域會形成新的輪廓，此新的輪廓正好是以第一次偏置輪廓進行一個半徑的偏置量而得的第二次偏置輪廓，若銑刀中心沿著這採用一個半徑偏置量所產生的第二次偏置輪廓為刀具路徑來進行銑削，則銑刀中心其實是沿著這未銑削區域的輪廓來銑削，其刀刀間的重疊量也剛好是一倍半徑，因此就沒有殘料會存在於第一次偏置輪廓與第二次偏置輪廓之間，所以一個半徑大小的偏置量才有萬用偏置量之稱，不過，有一種無法以端銑刀來消除的殘料會存在於工件輪廓與與第一次偏置輪廓之間，這種殘料一般稱為清角 (undercutting) ，如圖 9 所示，即使更換較小的銑刀直徑也不能完全消除它，除非以更改夾持 ( 不同方位 ) 、變換刀具 ( 例如：成型刀 ) 或機器 ( 例如：五軸銑床 ) 才能消除它。所以在設計上應盡量避免尖角的存在；在實作加工上，如果遇有尖角存在，一般做法是讓清角小到某個內定的範圍即可。

文章日期：2007-10-16 10:21 如果工件所有的輪廓皆處在同一平面(平行XY平面)，一般就稱為2D工件，如果工件上的各輪廓具有不同的深度，而這些造成深度之下陷方向皆與Z軸平形(即垂直下陷)，一般就稱為2.5D工件。 限於篇幅, 請再參考: http://tw.myblog.yahoo.com/cu01joe/archive?l=f&id=5&page=2

文章日期：2007-10-14 00:58 這個例題以目前商業化的軟體來做，較有效率的解法是：以等高分層粗銑加上水平面精銑、斜面精銑、流線精銑即可，如以下 3 個圖所示。                                  將所有的加工法所用的時間加起來可以得到總加工時間為 2 小時 42 分鐘，又比等高粗銑加 3D 環繞等距精銑之 5 小時 26 分鐘節省了 2 個小時又 44 分鐘，如下表所示。 高分層粗銑加上水平面精銑、斜面精銑、流線精銑的這種解法稱為特徵銑削，它可以比等高粗銑加 3D 環繞等距精銑的方法來得快速又精確，不過，要實施特徵銑削，其背地裡不但意味著這個 CAD/CAM 工程師要有相當長的訓練與相當優良的專業知識，同時，這個 CAD/CAM 工程師也得花上兩三個鐘頭才能找到最好的方式來銑削；有鑑於此， FGcam 著手於特徵銑削，並將特徵銑削分為特徵粗銑及特徵精銑兩大類，以這個例題來說， FGcam 從工件的加工特徵自動辨識到刀具路徑的自動產出，總共只需 29.1 秒， 而且整個過程完全不需要工程師指定便可自動加工各部位之各種不同曲面。                                                       FGcam 目前仍在測試階段，也許將來會先出版 2-2.5D 的特徵銑削， 敬請 ...

文章日期：2007-10-13 00:53 上兩篇文章我們已經介紹了 12 種常見的 3 軸銑削的方法，本單元開始來實例測試，實例測試圖如上圖所示，我們應該拿哪一種銑削法來加工呢？ 剛入門的初學者老是用等高分層這一招來打遍天下，誇其密訣是把銑削的每層之間距縮小，所以粗糙度就小了，並說 CAD/CAM 是如何的簡單，三兩下就可以得到 CNC 程式，那麼我們就先以等高分層來從頭銑到尾來做測試，採刀具直徑 10mm ，進給 F200mm/min ，每層間距 0.2mm ，結果密密麻麻的刀具路徑佈滿整個工件 ( 一大團刀具路徑，已看不到工件了 ) ，像這種方法一般統稱 ” 暴力法 ” ，也就是用密密麻麻的刀具路徑殺得殘料片甲不留，不過等模擬的時候一看，就傻眼了，總加工時間要 101 小時 41 分鐘，不但是因為沒有一種刀具能連續加工 101 小時而沒有磨耗，而且要加工 101 小時，老闆早就把你炒魷魚了。 行文至此，稍有經驗的工程師都會知道加工應分粗銑精銑，常用的粗銑法有等高分層銑削及平形銑削兩種，如果粗銑用等高分層銑削並採刀具直徑 16mm 平底端銑刀，進給 F200mm/min ，每層間距 10mm ，則可得加工時間 1 小時 39 分，精銑也還是等高分層銑削並採刀具直徑 10mm 圓頭端銑刀，進給 F200mm/min ，每層間距0.2 mm ， 則可得加工時間 11 小時 20 分，粗銑精銑總加工時間為 12 小時 59 分，如下圖所示，一下子節省了將近 89 小時，不過，話雖如此，還是一樣會被老闆炒魷魚，不止是因為加工時間過久，等高分層精銑是一層一層來銑，有些水平面的表面就剛好在這層與層之間而跳過沒有銑到。          等高分層銑削粗銑                     等高分層銑削精銑 除了等高分層精銑之外，用平形銑削來精銑在某些區域也會遇到過多的殘料發生，如下圖所示 : 自從高速加工機問世之後，許多人都愛用 3D 環繞等距方式來精銑， 3D 環繞等距法其實也算是暴力法...

文章日期：2007-10-11 19:48 接下來討論輻射銑削、螺旋銑削、環繞等距銑削、等貝丘高度銑削、夾縫銑削、水平面銑削、淺斜面銑削、陡斜面銑削、變等高分層銑削、流線銑削及投影銑削等加工方法。   (3)  輻射銑削 (radial milling) 輻射銑削可選取某點為中心，然後刀具路徑以此中心向外輻射銑削，如圖 6 所示，輻射的中心可採工件的中心也可採工件的角落。 以輻射方式銑削工件時，離輻射中心點越遠則殘料與貝丘會越大。 (4)  渦旋銑削 (spiral milling) 渦旋銑削是以渦旋的中心向外做 360 0 環狀銑削，如圖 7 ，工件表面與銑削方向夾角小的位置與陡斜面之處皆會留下較大的殘料，此法對於矩形工件會有過多的空行程而浪費時間。 (5)  環繞等距銑削 環繞等距銑削時，是由工件最外圍的輪廓逐次向內以等距方式偏置，此法可免除淺斜面及陡斜面較多殘料存留的問題，有的 CAD/CAM 軟體把此法稱為等貝丘高度銑削 (constant scallop) ，事實上由於採等距方式偏置其貝丘高度會變得不一致，不過由於偏置量小，所以看起來像是等貝丘高度銑削。此法的銑削情況如圖 8 所示，在工件表面與銑削方向夾角小處會留下較大的殘料。 環繞等距銑削時，採用平底端銑刀都會比採用球底端銑刀留有更多的殘料，不過，不論是採用平底或球底端銑刀，它們在中斜面處都會有較大的貝丘高度，圖 9 所示。    (6)  等貝丘高度銑削 (constant scallop milling) 等貝丘高度銑削是以給定的貝丘高度值來當做刀間距的計算依據，如圖 10 所示，此法雖然在淺斜面所留的殘料會比等高分層銑削小，且在陡斜面所留的殘料會比平行銑削小，不過，以此法本身所留下的殘料而言，在淺斜面及陡斜面上的殘料仍然比中斜面還大。採此法銑削時，如果給定的貝丘高度值很小，整個刀具路徑看起來就像環繞等距銑削。                (7)  夾縫銑削 (pencil milling) 工件曲面間的夾縫通常彎彎曲曲，用前面所介紹的六種...

文章日期：2007-10-10 23:37 台灣的市面上常可看到許很多種的 CAD/ CAM 軟體，像法國的 CATIA ，美國的 UG(Unigraphics) 、 Pro/ Engineer 、 VISI 、 Mastercam 、  SmartCAM 、 Surfcam 、 CAMWorks 、 WorkNC 、 ( 芝加哥 )ESPRIT ，英國的 PowerMILL 、 EdgeCAM 、 AlphaCAM ， 德國的 GibCAM 、 HyperMILL ，以色列的 Cimatron 等等 ... 這些 CAD/ CAM 軟體各有各的本領，除了可以作圖，還可以產出加工用的刀具路徑及 CNC 程式，高階一點的 CAD/ CAM 軟體還可以做機構動態模擬及應力應變及熱流分析。 相信每種 CAM 都有它的愛好者及擁護著，而且這些熱情的粉絲都說自己用的 CAM 最好，造成眾說紛紜而莫衷一是，因此本文就三軸銑削，列出下列常見功能，包括：等高分層銑削、平行銑削、輻射銑削、螺旋銑削、環繞等距銑削、等貝丘高度銑削、夾縫銑削、水平面銑削、淺斜面銑削、陡斜面銑削、變等高分層銑削、流線銑削、投影銑削等加工方法，爾後若有人有興趣學習或比較，也好有所依據。 (1)  等高分層銑削 此法是將工件由上至下，分成多層的等高層來銑削，故因此而命名，在名稱上也有 XY-contouring 、 constant z-level profiling 或 z-trapezoid 的命名；做法上，此法以垂直於 Z 軸的方向將 3D 的工件做水平剖切，此水平剖切面與工件表面相交而獲得平行於 XY 平面的工件的 2D 輪廓，當工件被由上而下做多次剖切之後便得到許多由上而下排列的工件的 2D 輪廓，並由這些工件的 2D 輪廓產生一層一層的刀具路徑，其銑削情況下圖 1 所示。 圖 1(a) 是平底端銑刀的等高分層銑削法的實體模擬切削圖，從淺斜 ( 曲 ) 面上的局部放大圖可看出，等高分層銑削法在工件的淺斜 ( 曲 ) 面區域會留有較大的殘料；若改採球底端銑刀來銑削，如圖 1(b) 所示，則球底端銑刀在淺斜 ( 曲 ) 面上會比平底端銑刀留下較小的殘料，不過，在水平面上銑削則剛好相反，球底端銑刀在水平面上會容易留下刀痕；此外，從圖 2 的分析，不論...