軟體模擬加工與流程

本研究運用Partmaker Swiss CAM 可匯入多種圖檔之優點，擷取斜角支台 3D 圖形之平面，便於規畫刀具路徑，每個工法由於鈦棒直徑不一、加工之工件 長度不同，須設定當時加工所用棒材之參數，本研究設定使用之鈦棒直徑為 6mm，長度為 12.3mm 如圖 2-16 所圈選處，Partmaker 軟體可使用之切削工法有 車削、XY 平面銑削、五軸平面銑削、ZY 平面銑削、ZX 平面銑削、多邊形銑 削、端面軸向銑削、外徑軸向銑削、端面極座標銑削、外徑極座標銑削以及圓 柱銑削，斜角支台所需要的工法的是車削、多邊形銑削、ZY 平面銑削以及五軸 平面銑削。如圖2-17 所圈選處。

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圖2-16 棒材尺寸設定值

圖2-17 各種切削工法

本研究在試加工時使用銅棒，因其材質較軟不會磨耗刀具且若發生意外碰 撞時危險性較低。加工時可不開切削油，以便觀察切削過程。當正式加工時以

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料平面，不會被錐度銑刀所切削，接著工件轉至0 度，同樣有 2 個平面產生，

皆粗加工3 次與 1 次精加工，此角度切削的兩個平面皆為除料平面。正常情況 下除料加工會預留約0.03mm，使後續精加工的切削刀痕更為一致。試加工時為 使錐度銑刀補正時有參考面，使用端銑刀側面銑削4 個平面，其微小誤差可忽 略，故可作為補正錐度銑刀的基準面。銑削四面成品如圖2-20 所示。

圖2-19 銑削四平面之上下端面

圖2-20 銑削四平面之成品

整個加工過程中最困難的部份為錐度銑削，其切削方式為以一傾斜15 度的 錐度銑刀(12 度)繞著步驟 3 加工後的 4 個平面作圓弧切削，圖 2-21 為實際加工 情形，圖2-22 為 Partmaker Swiss Cam 模擬刀具加工圖。為一傾斜圓弧，CNC 加工時 3D 圓弧是以多段細微的直線加工取代，無法使用手動撰寫程式，使用 Partmaker Swiss Cam 軟體模擬加工路徑，軟體中設定切削工法為多邊形銑削，

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刀具切削路徑的規畫為抓取 Solidworks 圖檔中斜角支台的圓錐曲面，將錐度銑 刀與此面貼合，圓錐曲面如圖2-23 所示。相較於選取圓錐底部與錐度面相接之 3D 弧線為刀具路徑，如圖 2-24 所示，比較兩者，後者不為真圓，加工誤差較 大，故不採此法。

圖2-21 錐度銑刀加工實際情形

圖2-22 軟體模擬刀具加工圖

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圖2-23 截取圓錐曲面加工後尺寸較好

圖2-24 加工後尺寸較差之截取弧線

加工斜角支台時萬向刀座須調整至傾斜15 度，其補正值同時具有 X、Y、

Z，難度高於一般刀具只須補正 X 或 Y 或 Z 值，本研究使用目視法調整補正值 以達到校正圓錐位置與大小尺寸的目的。當錐度加工前使用端銑刀銑削4 平面，

此4 平面之 X 與 Y 方向投影須與錐度面 X 與 Y 方向投影一致。其任一截面皆 為正方形，而錐度之任一截面為圓形，完成加工錐度後在顯微鏡下觀察四個平 面殘留之情況再對補正值作微調，以下為補正錐度銑刀常見情形:圖 2-25 為加工 後4 個平面之截面與錐度截面相對位置圖，圖 2-25 中紅色實線為錐度銑刀加工 後截面，黑色虛線為錐度銑刀行走路徑，藍色正方形為銑削4 個平面的截面。

圖2-25(a)中紅色實線於藍色正方形中偏低，底下出現 1 個平面，可知錐度銑刀 加工位置過低，此種情況須往X 軸方向補正。圖 2-25(b)中出現 4 個平面，可知

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錐度銑刀之刀具圓弧過大(虛線)，此情形須往 X 與 Z 軸成 15 度的方向補正。由 圖2-25(c)中發現紅色實線並無接觸到藍色正方形，表示錐度銑刀之刀具圓弧過 小，須要使用Z 軸與 X 軸補正將刀具以 15 度移出。圖 2-25(d)中發現紅色圓弧 於藍色正方形中位置偏右，表示錐度銑刀位置偏右，須以 Y 軸補正將刀具向左 偏移。綜觀以上補正方式，經過多次修正，達到圓錐相切於4 個平面，如圖 2-26 所示。調整圓錐大小除可用顯微鏡觀測逐步補正外，亦使用Partmaker Swiss Cam 修改擷取圓弧之大小，兩法可交替使用。其加工試驗成品如圖 2-27 所示，可發 現圖2-27(a)中成品下方出現一平面，與圖 2-25(a)模擬情形一致。其圖 2-27(b) 與圖2-25(c)情況相同，圓錐過小。圖 2-27(c)加工出之錐度較為準確，但仍須補 正使圓錐曲面變大直到出現平面，此時再往回補正將平面消除，以達正確尺寸。

與圖2-26 之情形類似。

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圖2-25 補正前四平面與錐度曲面接合各種情形

圖2-26 四平面與錐度曲面接合較準確之情形

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圖2-27 錐度曲面接合實際各種情形

規劃加工順序時，必須考慮圓棒加工時是否能承受刀具給予一向下壓力，

盡量由棒材前段先加工，避免從中間加工完後支撐段過細，造成加工圓棒前端 時扭斷或變形，故錐度銑刀加工完成後，才能進行後半部的外徑車削，本過程 使用的刀具為後掃刀，軟體擷取的外型輪廓，如圖2-28 所圈選處，此段車削的 外徑漸小，故不宜使用前掃刀，因刀背會與工件產生干涉，以致加工品質不佳。

切削次數為 4 次，以避免一次進刀過多導致刀具破裂，此加工過程分別有兩個 R 角，分別為 R2.951 以及 R1.997，圖 2-29 為刀具加工的線型模擬。

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圖2-28 車削前軟體截取之外形輪廓

圖2-29 軟體模擬刀具加工

外徑車削時，將銑削六角型時所需的除料動作一併切削完成，為加工工件 角度定位更加穩固，C 軸銑削時必須使用定位銷插入的指令，工件定義加工角 度為0 度、60 度、120 度、180 度、240 度、300 度，第一次加工時工件旋轉至 0 度，以此類推 6 個角度切削出六角型，軟體上擷取之六角輪廓外型選擇靠近 直線車削的位置，如圖 2-30 所示。此過程刀具初始加工位置為右側，圖 2-31 為加工模擬過程。

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圖2-30 銑削六角型截取之線段

圖2-31 軟體模擬加工六角型

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切斷的工法也歸類在直線車削中，切斷時要漸次切削，一次進刀量不宜太 多，否則造成刀具斷裂破損。圖2-32 為切削模擬圖。

圖2-32 軟體模擬切斷情形

26 材料試驗機型號為858 Mini Bionix II，如圖3-1所示。其藉由油壓作為動力可對實 驗材料施與一軸向壓(拉)力。系統之數位控制器可控制雙軸，包含一軸向力，施 加動/靜態測試力最大可至25kN，及一轉矩扭力，最大可至200N-m，軸向位移：

100 mm（±50 mm），旋轉角度：270°(±135°) ，圖3-2為MTS動態材料試驗機的 尺寸圖。每套設備包括 358 / 359 型載荷框架 (集成安裝作動缸和伺服閥)，液壓 油源和 MTS FlexTest 控制器，其中液壓油源必須注意冷卻水是否有無注入，否 則會造成液壓油源溫度過高後自動關閉，圖3-3為液油壓機。