機械製造 切削部分考題大破解(廖運炫) 完成日期2007.06.19 1.非傳統與傳統切削加工(nontraditional/traditional machining process)比較，有何 特點？ 傳統--細分為兩類：○1刀刃幾何形狀可明確定義之切削加工(cutting)，例如：車、銑、 鑽，切削厚度約0.025mm~2.5mm( 0.001in~0.1in)。 ○2磨粒加工(abrasive process)，例如：輪磨(grinding)、拋光等，切屑厚度約 0.0025mm~0.25mm(0.0001in~0.01in)。 非傳統--例如：放電加工(E Discharge M)、電化學加工(E Chemical M)、超音波加工 (Ultrasonic M)，牽涉到原子等級或次微觀尺寸大小之切屑。 2.(a)為何刀具的側切刃角(side cutting edge angle)會折衷取一不會太小但也不會太大 的值？ 太小會使刀具在接觸到工件的一瞬間受到太大的initial shock，且在工件末端出現較大 的毛邊；太大則會使切削力不足，亦不利於加工。 (b)切削時如何獲得良好的加工表面粗糙度？提出策略並說明為何可以的原因。 表面 粗糙度和nose radius, 進給量, end cutting edge angle有關，較大的nose radius、較 小的進給量和較小的end cutting edge angle都可使表面粗糙度較好。 (c)何謂車銑複合加工機？ Machine center is a highly automated machine tool capable of performing multiple machining operation under CNC control in one setup with minimal human attention. Mill-turn center is a kind of machine centers which has both turning and milling functions. (d)何謂極壓油(extreme pressure oil)？目的為何？ 加工時，常用油類切削液來幫 助冷卻潤滑、沖走切削、改善表面光滑度、減少需功、延長刀具壽命等；Since the mp of the oil is rather low, sometimes extreme pressure additives such as S & Cl are added, and the oil becomes extreme oil. (e)P01碳鎢刀具適合：○1精加工 ○2切削steel, steel castings. 3.(a)解決切屑過長(Built Up Edge, BUE)，而與刀具、工件、機器糾纏在一起的方法？ ○1Increase the cutting speed. ○2Apply positive rake angle. ○3Apply cutting fluid(切削液). ○4Use a smaller depth of cut. (b)切削時如何得到良好加工表面粗糙度？ 表面光滑度和材料移除率(Q)有關，Q越小則加工表面越光滑迳○1降低切削速度 ○2減少 每次的進給量 ○3減少每次的切削深度 (c)刀具壽命VTn=C V=cutting speed；T=tool life[min]；n is related to tool material.；C is the cutting speed when the tool life is 1 min. 4.(a)以一般之直立式鑽床鑽孔，什麼鑽頭較適合用於鑽較深的孔？什麼較適合鑽薄板？ ○1麻花鑽頭適合鑽深孔 ○2圓弧鑽頭適合鑽薄板。 (b)何謂單位功率(unit power)？應用上能作什麼？ ○1The power required to cut a unit volume of material per unit time, p. [kW/(cm3/min)] or [hp/(cm3/min)] ○ 2單位功率會隨著材料性質不同而改變，在加工時可查表得知單位功率做為決定加工方式 的參考。 5.(a)綜合加工機於機械構造上或機構上與銑床比有何特殊之處？以綜合加工機加工零件 有何優點？ ○1Machining center is a highly automated machine tool capable of performing multiple machining operations under CNC control in one setup with minimal human attention. Machining center usually has more than 3 axes and has some features such as automatic tool changer, pallet shuttles and automatic work positioning. ○2以綜合加工機加工可減少加工機的數目，或是縮短生產線的長度，進 而大幅提高加工的效率。 (b)近代銑削加工比較會採用逆銑或順銑？為什麼？ 順銑迳加工時摩擦較少，銑刀刃 口壽命長；夾持容易，無震動，加工面精度較高；裝置容易，適合銑削長薄型工件；進給 消耗功率少。 6.(a)為何磨輪加工在一般傳統加工中屬於較精密的加工製程？又為什麼很硬的材料僅能 用磨削的方式？ ○1It’s cutting edge is very small, and since a number of these edges can cut simultaneously, very fine cuts are possible, and close dimensional control and fine surface finish can be obtained. ○2Since it is possible to produce extremely hard abrasive particles made of very hard materials such as hardened steel, glass, carbides or ceramics, where the strength of other materials used in other machining methods is not enough to deal with such hard object, thus, we could deal with those objects only by grinding machining. (b)何謂軟砂輪？為何砂輪之軟硬程度在輪磨加工中很重要？ ○1結合度較強、磨粒不易 脫落者稱為硬砂輪，反之結合度較弱、磨粒易脫落者為軟砂輪。 ○2The selection of using “hard” or “soft” grinding wheel depends on the characteristics of material. Hard wheel is for high stock removal rates and for grinding of soft materials, and soft wheel is for low material removal and grinding of hard materials. (c)欲精磨削(finish grinding)較硬的碳鋼，就磨料A/C、粒度46/80、結合度F/K、組織 5/12中排列組合出一較適用之砂輪，假設採用瓷質燒結法之V結合劑。 A80F5V。 磨 料：A磨鋼用C非鐵/非金屬/鑄鐵/精密磨削 粒度：精加工硬材料迳數字大=顆粒小 L： 結合度(A磨硬~Z磨軟工件) 組織：(數值大=顆粒鬆迳粗加工) V：結合劑 7.(a)搪磨(honing)的製程和目的？ Uses fine abrasive stones to remove very small amounts of metal. It is used to size and finish bored holes, removing common errors left by boring (taper, waviness and tool marks) or to remove marks left by grinding. [研磨Lapping] A slow metal removing process where a lap charged with abrasives is rubbed against a surface. If is used only to remove scratch marks left by grinding or honing, or to obtain very flat or smooth surface. [擦光Buffing] The abrasives are contained in a buffing compound that is pressed into the outside surfaces of the wheel while it rotates. It is used to provide attractive surfaces with high luster. (b)簡述化學機械拋光(CMP)之製程、目的。 [拋光]在日本與擦光並稱為擦光。若將其 細分，拋光加工是以磨料黏附在布類或氈類做成的拋光輪上，用以磨除粗糙的工件表面； 而擦光則是以毛質或棉質的擦光輪塗抹磨料油類混合劑，與工件磨擦而得較光細的表面。 2005.04.06 3.(a)M40碳化鎢刀具適用於粗/精/一般加工？切削何種材料？ ○1適用粗加工 ○2不鏽 鋼、鐵金屬with short or long chips、非鐵金屬、輕合金。 (b)鍍層刀具忌諱何種「狀況」下切削？僅列出不適合切削之狀況，不要列出不適用鍍層 刀具切削之工件材料。 Coated carbide does not have the long-term abrasion resistance, and it should not be used where heavy scale or other abrasive conditions(e.g. heavy cut, interrupt cut) predominates. Coated carbide is not suitable for machining high temperature alloys, titanium alloys, and nonferrous metals. 5.(b)用一直徑為D[mm]之鑽頭，以切削速度V[m/min]於厚度為H[mm]之碳鋼上鑽孔，若切 削手冊上查到所需之單位功率(unit power)為u[kW/(cm3/min)]，鑽床馬達之額定功率(即 馬達之輸出功率)為a[kW]，鑽床之機械效率為η，則：○1最大進給(feed)f應為多少？( 請記得同時加註單位)；○2以實際鑽孔而言，算出之數值大小應該大約為何？(本題請以 題目提供的英文字母及符號表示答案) Vc[rev * mm/min]= 0.262 * D[mm] * N[rpm] a[kW] = u[kW * min/cm3] * Vc[rev * mm/min] = f[mm/rev] * H[mm] / η 迳 u = (a η* 106 ) / (0.262 * D * N * f * H) (c)欲從一實心的工件加工出一孔徑較大尺寸精密而表面粗糙又佳的內孔，依序列出可能 的加工製程，並說明目的。 中心鑽(訂出內孔的中心)迳鑽孔迳麻花鑽(看情況，鑽深 孔的時候用)迳搪孔boring(改善內孔表面光滑度)迳絞孔reaming(使內孔的尺寸更為精確 ，光滑度也更好)。 6.(b)進行銑削加工時，何種狀況你會選用逆銑(conventional milling)？ ○1刀具可 能因受衝擊而斷裂時 ○2使用的是有進給螺桿游隙的舊銑床 ○3工件表面有生鏽時 7.(a)鑽石D及CBN磨料各適用輪磨何種工件材料？ CBN: It is harder than SiC and Al2O3 advantageous for grinding certain hardened tool and die steels. D(多晶 鑽石): It is used for grinding carbide, ceramic. (b)為何結合度的選擇在輪磨加工中很重要？ 結合度：黏結磨粒之結合劑強弱程度。 參考上面6(b) 8.(a)簡單地敘述超級精磨(superfinishing)的製程及目的 ○1In superfinishing and hoing, a film of lubricant is established between the work and the abrasive stone as the work becomes smoother. ○2It is a surface-improving process that removes undesirable fragmentation metal, leaving a base of solid crystalline metal. (b)請簡述晶圓製程中拋光(polishing)的目的為何？ To provide a wafer surface of high smoothness for photolithography processes to follow. 逆銑：○1切屑由薄而厚，銑刀受力始輕末重，可避免刀具受衝擊而斷裂。 ○2適合銑削 鑄件默黑及面。 ○3可用於舊式銑床，不產生螺桿無效間隙運動。 ○4摩擦多，刀口易鈍 、壽命短。 ○5易震刀、加工面較粗糙、加工精度較差。 ○6裝置不易，不適合銑削薄件 。 ○7消耗能量較多。 順銑：○1切屑由厚而薄，銑刀受力始重末輕，易生衝擊而使刀刃斷裂。○2不適合銑削鑄 件及鍛件。 ○3銑床須有間隙消除裝置，否則易產生螺桿無效間隙運動。 ○4加工時摩擦 較少，銑刀刃口壽命較長。 ○5夾持容易，無震動，加工面精度較高。 ○6裝置容易，適 合銑削長薄型工件。 ○7進給消耗功率少。 1.化學加工：利用強酸或強鹼等侵蝕反應來進行加工，應用在加工單位為原子的去除。 2.放電加工：乃利用間歇性火花放電所生成的熱，熔融或氣化被加工物。因為是利用熱能 而非力學之方式去除材料，故不被加工材料之強度及硬度影響，可用來加工新、超硬材料 ，製作精密、複雜、微小的零件，廣泛地應用於模具與原型的製作。 3.雷射加工：利用高能量密度使表面所吸收的光能轉換成熱能的非接觸加工，也有利用光 能直接解離材料的原子或分子結合的場合。[加熱]將材料局部急速加熱(變熊淬火、雷射 輔助熔接)[熔融]將材料急速局部熔融(熔接)[蒸發]將材料急速局部蒸發(切斷、鑽孔)[激 勵剝蝕(ablation非熱加工)]短波長高能量使原子激發而解離(光蝕刻、CVD、雷射曝光、 雷射誘起材料合) 4.車床的剛性不錯，但為什麼車削時容易產生顫振？ 可能是因為主軸的軸承裝配不當或 是主軸的共振頻率太大(柔度太大)或是車刀的部分的問題，如果是階梯痕跡，有可能是床 台的最小移動量有黏滑現象，一般這種情形最常發生在車削z軸需要移動比較長，x軸相對 只移動一點點嘸的時候，尤其是硬軌的又比線軌更容易有這樣的情況。 5.刀具微崩落很嚴重？ The occurrence of BUE in cutting uses a hard and brittle tool. 6.粗加工適當切削條件、刀具材料、刀具斜角(正或負)？ 粗加工主要考慮的是工件表面 的多餘量的快速切除，ISO class之數值大的刀具，負斜角Positive rake angles reduce the cutting force and direct the chip flow away from the material. Negative rake angles increase the cutting force required but provide greater strength as the cutting edge. 7.何謂Hi-E range? Hi-efficiency range, the cutting speed between Vc and Vp. 8.何謂切削性等級？有何用途？ By comparing the material with AISI 1112 resulfurized carbon steel, and taking the machinability rating of 1112 resulfurized steel as 100. 比較材料的切削性 9.分裂點鑽頭：Good self-centering, breaks up chips for deep hole drill. 曲柄鑽 ，係利用輪與軸然動的原理，使施於頭部的力量傳至鑽頭而非鑽孔。弓形鑽的大小係由其 曲臂迴轉直徑的大小而定，一般在8吋到14吋之間，大部分的弓形鑽都裝有棘輪裝置，以 備在曲臂無法做360度迴轉的角落處鑽孔。 10.拉磨或研磨是如何進行的？ 係在工件表面與研磨具(lap, 一般為鑄鐵、軟鋼、銅、 鉛、木材等)，加入磨料(abrasives)與加工液，使工件與研磨具間產生相對運動，經由磨 料之作用，將工件表面做微量之研磨，進而獲得精確而平滑的加工面。 11.砂輪磨料與一般之切削材料相比，性質有何不同？ ○1The abrasives have irregular shape and they are randomly distributed. ○2Self sharpening ability. 12.請說明修正(truing)與修銳(dressing)各代表何意？為何兩者很重要？ 若磨粒切刃 的自生作用不良，一般採用鑽石刀具以人為的方式，將砂輪表面的切屑刮除，或促使鈍化 的磨粒破碎，以恢復砂輪削能力，此種作用稱為砂輪之修整(削銳, dressing)；若砂輪在 使用一段時間後其形狀改變。將其回復到原來形狀的過程稱為整形(削正, truing)。 13.各種情況的工具機適用何種加工？ 工具機剛性不好：逆銑法(順銑加工時刀齒對刀件之壓力大，機台-夾具-工件之剛性需高 ，且易因衝擊而使刀具斷裂。) 工件表面生鏽：逆銑法(適合銑削有麟皮或硬點之鍛鑄件) 較薄工件：順銑法 14.切削刃角的目的：○1Protect the point from taking the initial shock of the cut. ○2Serves to thin out the chip by distributing the cut over a greater surface ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 看完了 請感謝推 "Lawaly是神" -- 愛上一個人不需要理由 但分手卻什麼都是理由 --

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