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数控编程教学
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铲花是一种比木雕还要难的技艺,它是精密工具机能有基本准确度的起点,铲花排除了我们对其他工具机的依赖,也可以消除由夹持力和热能所造成的偏差。
铲花的轨道比较不会磨耗─这要归功于优良的润滑效果。铲花技术人员需要懂得许多种技术,但唯有经验才能让他掌握达到那种精确整平的感觉。
当你经过一家工具机制造厂,看到技师们用手工在做铲花的时候,你会禁不住地纳闷道:
"他们真的能靠着铲花来改善目前这些经过机器加工的表面吗?(人会比机器还要厉害吗?)"
如果你指的纯粹是它的外表,那么我们的答案是"不能",我们不会做得更漂亮,但为什么还要去铲花?当然有它的理由,其中一个理由是人的因素:工具机的目的是用来制造其它的工具机,但它永远无法复制出一个比原件还要准确的产品.因此,想要做出一个比原来的机器还要准确的机器,就必须要有新的一个起点,也就是说,我们必须从人为的努力开始;就这个案例来说,人为的努力指的就是用手工来铲花。
铲花并不是"徒手"、"随心所欲"的作业,它其实是一种复制的方法,几近完美地复制出母体,这个母体是一个标准平面,也是用手工打造出来的。
铲花虽然辛苦费力,但它却是一项技艺(艺术层级的技术);要训练出一个铲花师傅或许比训练出木雕师傅更不容易,市面上探讨这一个主题的书籍并不多见,特别是讨论"为何要铲花这方面的资料更少。这也许就是铲花被视为一门艺术的原因吧。
从何处开始?
如果一位制造者决定用磨床来研磨而不用铲花,他的「母机」磨床的导轨的精确度必须要高于新做的磨床。
那么,第一部机器的精确度来自哪里呢?
必然是来自一部更精确的机器,或者要依赖一个能产生真正平整表面的其它方法,也或许就是从一个已经做得很好的平整表面复制而来。
我们可以用三种画圆圈的方法来说明表面的产生过程(虽然圆圈是线条而不是表面,但可以引用来说明观念)。一个工匠可以用一个普通的圆规画出一个完美的圆圈;如果他用铅笔沿着塑料模版上的一个圆洞描绘的话,,他就会把圆洞不准确的地方全部复制出来;如果他是徒手画圆的话,圆圈的准确度就决定于他有限的技巧了。
理论上,一个完美平整的表面可以由三个表面的交替磨擦(抹磨lapping)而产生。为了简单起见,我们姑且用三块各有一个相当平坦面的岩石加以说明。如果你以随机的顺序交替磨擦这三个平面,你会把这三个平面磨得越来越平整。如果你只用两块岩石磨擦,你就会得到一个一凹一凸的交配对。在实务上,除了会使用铲花取代(抹磨lapping)之外,也会遵循一个明确的配对顺序,铲花师傅一般都用这个规则来做他要使用的标准治具(直规或平板)。
在使用时,铲花师傅会先把显色剂涂在标准治具上,然后把它放在工件表面上滑动,让需要被铲掉的地方显露出来。他一直重复这个动作,工件表面就会越来越接近标准治具, 后能很完美地复制出跟标准治具一样的作品。
要铲花的铸件通常都是先用铣削加工到比 终尺寸多千分之几的范围之后,送去热处理,把残余的压力释放出来,然后在铲花之前送回来做清修表面的研磨。虽然铲花要耗费许多时间和高劳力成本,但铲花可以取代需要高设备成本的制程,若不想用铲花作业来替代,工件就必须用精度很高而且很昂贵的机器来进行 后的精修加工。
在 后阶段做精修加工除了牵涉到高成本的设备以外,还有一个因素需要考虑,零件加工时,特别是大型铸件,往往必需进行一些重力夹持的动作,当加工达到千分之几的精密度时,这种夹持的作用力往往造成工件的扭曲,以至于危及工件在松开夹持力之后的准确度;加工时产生的热也会造成工件的扭曲。
这就是铲花的许多优点之一,铲花既没有夹持作用力,它所产生的热也几乎等于零。铸铁是用三个点来支撑,以确保它不会因本身的重量而变形。
工具机的铲花轨道磨损时,它还可以透过再铲花重新修正,跟把机器丢弃或者送厂拆卸再加工来比,这是一个很大的优点。
当一个工具机的轨道需要再铲花时,这个工作可由工厂的维修人员担任,但我们也可以在当地找人来做再铲花的工作。
在某些情况下,可以使用手动铲花和电动铲花来获得 后需要的几何精度。如果有一组工作台和鞍座的轨道已经铲平,而且精度已经符合要求,却发现工作台对主轴的平行度不合规定(要花很多功夫去矫正),你能想象只用一个铲花机,在不丧失平整度,又能适当地纠正对位误差的情况下,可以在正确的位置上去除正确数量的金属,需要什么程度的技术吗?
这当然不是铲花的 初目的,也不应该做为矫正大型对位误差的方法,但是,一个技术纯熟的铲花师傅,却可以在令人惊讶的短时间内完成这一类的矫正。这种方法虽然需要熟练的技术,但比起把一大堆零件都加工到非常准确,或为了防止对位误差而去做一些可靠或可调整的设计来说,这种方法更加经济实惠。
润滑的改善
实务经验证明铲花轨道可以透过较佳质量的润滑而减少磨擦,但大家对其原因为何却莫衷一是。 普遍的意见是,铲花低点(或更明确的说法,削出来的凹坑,为润滑而多做的油袋)提供了许多微小的储油口袋,这些油会被周遭许多微小的高点刮出来。
另一种逻辑化的说法是,它让我们能持续地保持一层油膜,让移动件浮在油膜上,这是所有润滑的目标。这种情况之所以发生的主要理由是,这些不规则的油袋形成了许多留油的空间,让油不容易跑掉。润滑的理想情况是在两个完美的平滑表面间维持一层油膜,但这时你又得处理防止油流出的问题,或者需要尽快地加以补充。(轨道面上不管有没有铲花,通常都会为了帮助油的分布而制作油沟)。
这样的说法会让人质疑接触面积的效果问题。铲花减少了接触面积,但却会形成均匀的分布,而分布才是重点。两个匹配表面越平整,接触面的分布就越平均。但机械学中有一个「摩擦力与面积无关」的原理,这句话的意思是,无论接触的面积是10或100平方英吋,都需要相同的作用力才能移动工作台。(摩耗则又是另外一回事,相同载重下的面积越小,摩耗的速度就越快。)
我要说的重点是,我们所追求的是更优良的润滑效果,而不是更多或更少的接触面积。如果润滑效果完美无瑕的话,轨道面就永远不会磨损。如果一个工作台随着磨损而有移动困难的情形,这可能是与润滑有关,而无关乎接触的面积。
铲花是怎么做的?
此一节的目的并不在于教导铲花的艺术,而是要让各位对铲花的过程有一个概念。虽然实际的操作比较困难,但操作背后的观念却是相当容易。
在找出必须刮除的高点之前,先把显色剂涂在标准治具上(平板或要铲v型轨时的直规治具),再把涂有显色剂的标准治具在要铲的轨道面上摩擦,显色剂就会转移到轨道面的高点上,接着再用一个特别的铲花工具把显色的高点铲除。这样的动作要一直重复,直到轨道面上呈现出均匀一致的转移为止。
一个铲花师傅当然要懂得各种技术。我在这里先谈其中的两种。
第一个,我们在做显色的动作之前,通常会用一把钝锉刀轻轻地在工件表面磨擦,来去除毛边。
第二个,要用刷子或手擦拭表面,绝对不要用破布擦拭。如果使用布来擦拭,布留下的细麻线,就会在下一次做高点显色时造成误导性的标示。
铲花师傅自己会用标准治具与轨道面比对的方式来检查自己的作品,检验的人只要告诉铲花师傅何时可以停止作业就够了,不必为铲花过程费心。(铲花师傅可以对自己的工作质量负责)
过去我们都有一套标准,规定每一平方英吋该有几个高点,以及总面积该有多少百分比的接触率;但我们发现检查接触面积几乎是一件不可能的事,而且现在都由铲花师傅来决定每平方英吋应有的点数。总之,铲花师傅一般都会努力达到每平方英吋20~30个点的标准。
现在的铲花过程中,一些整平的作业都使用电动铲花机,它们也是一种手工铲花,但可以排除一些吃力的工作,让铲花作业比较不会那么累。当你在进行 精细的组配作业时,手动铲花产生的感觉仍然是无以取代的。
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