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作者:阮致維、王坤池(2004-06-21);推薦:徐業良(2004-06-22)

釋壓座墊泡棉材質切削測試

本文針對釋壓座墊泡棉材質是否適合以CNC工具機切削作一初步測試,同時對於所應用到的CAD/CAM系統軟硬體作進一步了解

1.     切削模型建構

建構切削模型可使用電腦輔助製造軟體Mastercam原有之模型建構功能,也可使用其他的CAD軟體,如ProEngineerSolidworksSolidEdge等來建構所需要的切削模型。本實驗選擇以Solidworks軟體來建構所切削的釋壓座墊工件,完成之切削曲面模型如圖1所示。

1. 切削曲面模型

繪製完成的模型轉換成標準的檔案交換格式IGES,便可匯入到Mastercam內,進行數值工具機的各項切削參數設定,以及路徑模擬、加工碼轉換等程序。

2.     Mastercam參數設定

針對加工需求,Mastercam軟體內主要的加工指令可分為2D3D兩大部分,2D的加工指令包含鑽孔、挖槽、平面铣削等,3D加工則是以「曲面加工」的指令進行曲面加工設定。針對3D指令的加工流程及各項參數設定,共可分為三程序:

(1)   工作設定

定義工作區域、工作座標以決定實體刀具移動的範圍,由原點選擇、角落選擇、定義邊界及NC範圍四個項目完成工作區域的設定。Mastercam工作設定對話框如圖2所示。

2. Mastercam工作設定對話框

(2)   曲面粗加工

一般加工之工件需要「粗加工」及「精加工」兩個步驟的銑削程序,先進行粗加工將工件切削出大概的幾何形狀,接著再進行精加工完成最後需要的尺寸。首先選取待加工取面,接著再選擇銑削方式,銑削方式在測試中選擇平面銑削。參數設定上共分為刀具參數、曲面加工參數、平面銑削三大項目,參數設定對話框如圖3及圖4所示。表1為本測試中設定之粗加工參數表。

3. 曲面粗加工刀具參數

4. 平面铣削粗加工參數

1. 粗加工參數表

 

參數設定

刀具形式

球铣刀

刀具尺寸

φ10 mm

進給速率

600

下刀速率

100

提刀速率

600

主軸轉速

6000

(3)   曲面精加工

曲面精加工是決定切削品質的最後加工程序,重要的切削參數總共有刀具形式、進給率、下刀速率、提刀速率以及主軸轉速等五項,另在精加工參數設定上則有最大切削間距及整體誤差參數設定。曲面精加工刀具参數設定如圖5所示,平面銑削精加工參數設定如圖6所示。2為本測試中設定之粗加工參數表。

5. 曲面精加工刀具参數

6. 平面铣削精加工參數

2. 精加工參數表

 

參數設定

刀具形式

球铣刀

刀具尺寸

φ10 mm

進給速率

600/1200/1800

下刀速率

100

提刀速率

600

主軸轉速

6000

最大切削間距

1.2

整體誤差

0.02

3.     切削模擬

Mastercam可在加工曲面及加工參數設定完成後,開始自動進行刀具路徑之計算,路徑規劃圖如圖7所示。所有資料可透過操作管理員裝置檢覽設定平面及各項參數,最後再由實體切削模擬驗證加工件是否有無任何問題,模擬片段如圖8及圖9所示。

7. 路徑規劃圖

           

8. 實體切削驗證(模擬中)                       9. 實體切削驗證(模擬完成)

4.     轉換為數值加工碼

實體切削驗證完成若無任何問題,則最後進行後處理程式開始加工碼之轉換,圖10為後處理程式對話框。檔案轉換完畢之後NC碼可輸入CNC數值加工機進行實體切削,實際上機切削過程如圖11~16所示。

10. 後處理程式對話框

11. 上夾具

12. CNC設定

13. 粗加工(1)

14. 粗加工(2)

15. 精加工

16. 切削完成

完成第一個切削樣品後,接下來設定三種進給速率600/1200/1800,以觀察此一參數對切削品質之影響。實際切削結果比較如圖17及圖18所示,可以清楚的發現進給速率較低時(樣本1)的表面較進給速率較高時(樣本二)的表面平滑,且影響範圍在提刀切削處最為明顯。

       

17. 樣本1切削結果                                      18. 樣本2切削結果

5.     觀察與討論

本切削測試初步確認釋壓座墊泡棉材質可以CNC切削,同時並有以下初步觀察與討論。

(1)   挾持方式

切削測試開始時使用壓持式的CNC夾具,對物件兩側向下頂附,如圖19所示,但泡棉容易變形,後來僅以膠帶貼附固定,對於切削力弱的軟性物件仍可適用。未來仍需要找出更佳之固定軟性物件方法。

       

19. 夾具細部圖

(2)   提刀切削影響

比較下刀及提刀切削完成實品的切削品質可發現,提刀切削面的品質較差,會產生泡棉殘屑,可能是其軟質特性所造成,下刀切削因有受到刀具之下壓力,所以切削品質較佳。

(3)   進給速率

對同一工件以600/1200/1800三種不同的進給速率設定,雖對於泡棉的切削品質有影響但效果不明顯反而加工時間受影響甚鉅

(4)   主軸轉速

主軸轉速快時,軟性泡棉材質切削品質較佳