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1、產學合作技術報告漸進式進給率鑽削加工技術巫維標東南科技大學 機械工程系講師Wei - Piao WuDepartment of Mechanical Engineering,Tung Nan Technology University摘要本技術報告是針對於一般公差要求之中孔徑鑽削加工時，直接使用鑽頭鑽削加 工，在鑽頭靜點( chisel edge )開始接觸工件經切刃( major cutting edge )至外周 角隅( outer corner )部份過程中，利用漸進式進給率進刀定位後再以標準進給率鑽 削達到一次完成鑽削加工，以改進傳統方法先用固定式進給率中心鑽定位後再換鑽頭 鑽削，經實
2、驗後發現本報告所提出之漸進式進給率鑽孔加工時間，比使用固定式進給 率中心鑽定位後再用鑽頭鑽孔減少達 22.76%之多，加工時間改善程度相當可觀；不必 有二次換刀過程大大縮短加工時間及降低生產成本。關鍵字 ：中孔徑鑽削、鑽頭靜點、進給率、中心鑽、鑽孔循環1. 前言本技術報告是國內大型油壓機械製造廠連結機械股份有限公司與本校機械工程 系產學合作技術服務項目成果之一，現將在工廠技術服務貢獻漸進式進給率鑽削 加工技術項目提出報告，而這改良技術亦獲得工廠現場實際採納使用，並能改善現 有CNC工具機加工效率促進提高產品競爭力。一般工件在鑽孔加工時，要求的項目有鑽孔位置精度、孔的擴大量、鑽孔加工時 間(加工
3、成本)、鑽頭壽命等等，為了講求鑽孔位置精度高及孔的擴大量小，所以 鑽孔時須先使用中心鑽( center drill )定位後再進行鑽頭( drill )鑽孔，中心鑽之 鑽頂角( point angle )、鑽腹厚度( web thickness )均較鑽頭小關係，可獲得定位 較準確及後序的鑽頭鑽孔之孔擴大量小，此鑽孔程序雖然可達到鑽孔位置精度及孔的 擴大量目的，但因使用兩支不同刀具需要二次換刀動作而鑽孔加工時間增加、生產成 本提高。在中孔徑鑽孔加工若考慮要縮短鑽削時間，而不使用中心鑽定位直接用鑽頭鑽孔，可因少二次換刀動作及中心鑽逐孔定位而縮短加工時間；對於淺孔鑽削通常CNC控制器製造廠提供一些
4、固定循環(canned cycle )加工指令讓工廠使用，如日本富士 通公司 FANUC系統之 G81 鑽孔循環(Drilling cycle ,Spot Drilling) 1、日本三菱公司MELDA系統之G812、西德西門子公司 SINUMERI系統之L81鑽孔循環(Drilling ,centering) 3均使用固定式進給率(feed rate )鑽削；直接使用鑽頭鑽削過程中，剛開始鑽頭由靜點(chisel edge )先接觸工件漸漸至切刃(major cutting edge )及外周角隅(outer corner )進入工件內，這過程中鑽頭與工件接觸 部份由零至完全接觸，在固定進給
5、率鑽削下鑽頭與工件剛接觸時推力突然增大關係， 易產生鑽頭鑽身(body)中心線為非一直線之微量變形，造成鑽頭定位不準確及孔擴 大現象。2漸進式進給率鑽削加工技術介紹使用一般控制器提供標準固定循環指令 G81或L81指令其鑽孔加工動作過程如圖14，但若為了縮短鑽孔時間使用其指令來代替鑽頭定位工程，就會造成定位不準確 及孔擴大之缺點，本技術改良是針對 G81 ( L81 )固定式進給率鑽孔循環提出改進為漸 進式進給率鑽削循環，即鑽孔過程中鑽頭靜點從中間R點(poi nt R level)以標準進給率移至工件表面之鑽孔起點，變換為比基準切削條件慢的進給率漸漸遞增至指定深 度後，再以基準切削條件之進給
6、率鑽至終點如圖2,來改善固定式進給率鑽孔時鑽頭中心線變形引起之缺點，漸進式進給率鑽削加工技術指令為：G250X Y A B D E F R Z S；參數說明：X、Y:鑽孔之X、Y軸位置(絕對值或增量值 mm)A:漸進鑽削距離(以鑽頭直徑之 表示，如0.5為鑽頭直徑之50%)B:漸進鑽削之進給率每段遞增百分比(依漸進鑽削距離遞增的表示，如0.1為漸進鑽削距離之10%)D:鑽頭直徑(mmE：漸進鑽削進給率起始值(mm/mir)F：標準鑽削進給率（mm/minR:鑽削之中間R點位置（Z軸座標，絕對值或增量值 mm）Z：鑽削深度之終點位置（Z軸座標，絕對值或增量值 mm）S:主軸轉速（rpm）漸進式鑽
7、削進給率公式:F n:漸進鑽削距離n %深處之進給率（mm/minE ：漸進鑽削進給率起始值（mm/minF :標準鑽削進給率（mm/minD :鑽頭直徑（mmA :漸進鑽削距離（以鑽頭直徑之表示）n：漸進鑽削距離n%（ 0.01.0即0%100%）漸進式進給率鑽削加工技術優點為鑽頭以較低的進給率接觸工件，再依鑽頭 與工件接觸部份Z軸鑽孔深度距離遞增而漸增進給率，以保持鑽頭承受穩定推力 提高鑽孔位置精度，減少孔徑擴大量並縮短鑽孔加工時間，以節省加工成本提高 生產效率。3. 漸進式進給率鑽削加工技術實例本報告以圖3所示之工件，以相同切削條件分別使用先固定式進給率中心鑽定位 再用鑽頭鑽孔、單一鑽頭
8、 G81固定式進給率鑽孔循環、單一鑽頭 G250漸進式進給率 鑽孔，各加工5個工件（計50個孔），以驗證三者在孔位置精度、孔的擴大量、加工 時間之比較，其使用指令、機器設備、切削條件分別如下：先固定式進給率中心鑽定位再用鑽頭鑽孔、單一鑽頭固定式進給率鑽孔指令：G81X Y Z-22.6R3.F61;（X、Y為孔位置；中心鑽定位時 纽）漸進式進給率鑽孔指令:2.6S610;（X、Y為孔位置）使用機器：大立MCV-700立式加工中心機控制器：FANUC-10M 參數(parameter)7050 設定 G250 :5切削條件鑽頭規格：NACHI HSS 12mm被削材料：S45C鑽孔深度：22.6
9、mm (含工件深16. mm、鑽頂角深3.6 mm及貫穿量3. mm) 鑽削速度：23 m/min主軸轉速S： 610 rev/min漸進鑽削距離A： 0.3 (鑽頭直徑之30%)漸進鑽削之進給率每段遞增百分比 B: 0.1 (依距離每10%遞增)鑽削之中間R點位置R: 3.mm漸進鑽削進給率起始值E： 15mm/min快速移位進給率：15m/mi n標準切削進給率F： 61mm/min切削油劑：水溶性乳化劑以上述相同切削條件在使用固定式進給率中心鑽定位及鑽頭鑽削、單一鑽頭固定 式進給率鑽削、單一鑽頭漸進式進給率鑽削，其孔位置精度比較如表1,孔的擴大量比較如表2,加工時間比較如表3,漸進式進給
10、率鑽削加工指令 G250執行之副程式如程 式1。4. 結果與探討1. 由表1可知在單一鑽頭情況下使用 G250漸進式進給率鑽孔位置精度，比使用單一 鑽頭固定式進給率G81 (L81)鑽孔高34.33%,但比使用固定式進給率中心鑽定位 後再用鑽頭鑽孔略低11.61%。2. 由表2可知在單一鑽頭情況下使用 G250漸進式進給率鑽孔的擴大量，比使用單一 鑽頭固定進給率G81 ( L81)鑽孔小25.06%,但比使用固定式進給率中心鑽定位後 再用鑽頭鑽孔略大9.77%。3. 由表3可知在單一鑽頭情況下使用 G250漸進式進給率鑽孔加工時間，比使用單一 鑽頭固定進給率G81 ( L81)鑽孔略多1.90
11、%,但比使用固定式進給率中心鑽定位 後再用鑽頭鑽孔減少達 22.76%之多。5. 對工廠之貢獻在工廠以現有中型(1200mm CNC加工中心機來計算，平均一天約有 60分鐘是對 一般公差要求之中孔徑鑽削工件加工，現在使用單一鑽頭G250漸進式進給率鑽孔加工，比起以往使用固定式進給率中心鑽定位後再用鑽頭鑽孔一天可節省約 13.65 分鐘 (22.76%)，以 1 分鐘 14元加工費用計算每天約可節省約 191 元，每一部加工中心機 一年可減少加工成本約為 55,008元(191元/日&4日/月X12月/年)，除了加工時間 縮短降低生產成本外又可節省中心鑽刀具成本。6. 誌謝 本技術報告承蒙連結機
12、械股份有限公司提供產學合作技術服務計畫經費補助，與 感謝連結機械股份有限公司王總經理正雄、生產部葉組長鵬麟及現場相關技術人員的 協助，特此致謝。參考文獻1. “FANUC Series 16MC 18MC OPERATORS MANUA”L FANUC LTD,1995，pp174-187 。2. “MITSUBISHI MELDAS 300系列 程式說明書“ MITSUBISHI INDUTRIES, LTDBNA-A2856A 1991pp149-1593. “SINUMERIK 880 User Documentation Programming Guide ” SIEMENS CO L
13、TDEdition, May 1991，pp2-32-36 。4. 巫維標， ”數控工具機 ，新文京開發出版有限公司，2001 ， pp128-135 。5. “FANUC SYSTEM 1 0 M-ODEL A OPERATORS MANUA”L B-54824E/01 FANUCLTD, 1984， pp434-437 。一 . 起始點點:II1 ! Z點一快速移位進給鑽削圖1G81 (L81)鑽孔固定循環動作示意圖起始點n=0 .0F-E Fn=E+ x n%DxAn=1 .0圖2G250漸進式進給率鑽削動作示意圖10-1r1%pr1圖3測試工件圖表1使用固定式進給率中心鑽及鑽頭、單一鑽
14、頭固定式進給率、單一鑽頭漸進式進給率鑽孔位置精度（厶C）比較表單位：mm孔組 鑽削方式# 1 C# 2 C# 3 C# 4 C# 5 C# 6 C# 7 C# 8 C# 9 C# 10 C平均值 C備註欄中心鑽及鑽頭G810.0230.0180.0220.0210.0180.0260.021 0.0220.0230.0190.0213使用中心鑽及鑽頭固定式進給率G810.0360.0370.0380.0320.0540.0300.031 0.0400.0330.0360.0407使用標準直柄鑽頭漸進式進給率G2500.0180.0240.0230.0310.0240.0250.026 0.0310.0180.0210.0241使用標準直柄鑽頭C =、（Xm -X）2 （Ym -丫）2C :孔位置精度Xm、Ym :孔位置實際測量值X、Y :孔位置公稱尺寸表2使用固定式進給率中心鑽及鑽頭、單一鑽頭固定式進給率、單一鑽頭漸進式孔組鑽削方式# 1 T# 2 T# 3 T# 4 T# 5 T# 6 T# 7 T# 8 T# 9 T# 10 T平均值 T備註欄中心鑽及鑽頭G810.0620.061 0.088 0.071 0.07：2 0.068).076 0.085 008 0.061
