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工程案例

精密機床手工鏟花

作者: 發(fā)布時(shí)間:2021-08-30 09:42:19點(diǎn)擊:1105

鏟花的軌道比較不會(huì )磨耗,這要歸功于優(yōu)良的潤滑效果。鏟花技術(shù)人員需要懂得許多種技術(shù),但唯有經(jīng)驗才能讓他掌握達到那種整平的感覺(jué)。


當你經(jīng)過(guò)一家工具機制造廠(chǎng),看到技師們用手工在做鏟花的時(shí)候,你會(huì )禁不住地納悶道:


"他們真的能靠著(zhù)鏟花來(lái)改善目前這些經(jīng)過(guò)機器加工的表面嗎?(人會(huì )比機器還要厲害嗎?)"


如果你指的純粹是它的外表,那么我們的答案是"不能",我們不會(huì )做得更漂亮,但為什么還要去鏟花?當然有它的理由,其中一個(gè)理由是人的因素:工具機的目的是用來(lái)制造其它的工具機,但它永遠無(wú)法復制出一個(gè)比原件還要準確的產(chǎn)品。因此,想要做出一個(gè)比原來(lái)的機器還要準確的機器,就必須要有新的一個(gè)起點(diǎn),也就是說(shuō),我們必須從人為的努力開(kāi)始;就這個(gè)案例來(lái)說(shuō),人為的努力指的就是用手工來(lái)鏟花。


鏟花并不是"徒手"、"隨心所欲"的作業(yè),它其實(shí)是一種復制的方法,幾近完美地復制出母體,這個(gè)母體是一個(gè)標準平面,也是用手工打造出來(lái)的。


鏟花雖然辛苦費力,但它卻是一項技藝(藝術(shù)層級的技術(shù));要訓練出一個(gè)鏟花師傅或許比訓練出木雕師傅更不容易,市面上探討這一個(gè)主題的書(shū)籍并不多見(jiàn),特別是討論"為何要鏟花這方面的資料更少。這也許就是鏟花被視為一門(mén)藝術(shù)的原因吧。

精密機床維護

01從何處開(kāi)始? 


如果一位制造者決定用磨床來(lái)研磨而不用鏟花,他的“母機”磨床的導軌的度必須要高于新做的磨床。


那么,部機器的度來(lái)自哪里呢?


必然是來(lái)自一部更的機器,或者要依賴(lài)一個(gè)能產(chǎn)生真正平整表面的其它方法,也或許就是從一個(gè)已經(jīng)做得很好的平整表面復制而來(lái)。


我們可以用三種畫(huà)圓圈的方法來(lái)說(shuō)明表面的產(chǎn)生過(guò)程(雖然圓圈是線(xiàn)條而不是表面,但可以引用來(lái)說(shuō)明觀(guān)念)。一個(gè)工匠可以用一個(gè)普通的圓規畫(huà)出一個(gè)完美的圓圈;如果他用鉛筆沿著(zhù)塑料模版上的一個(gè)圓洞描繪的話(huà),他就會(huì )把圓洞不準確的地方全部復制出來(lái);如果他是徒手畫(huà)圓的話(huà),圓圈的準確度就決定于他有限的技巧了。


理論上,一個(gè)完美平整的表面可以由三個(gè)表面的交替磨擦(抹磨Lapping)而產(chǎn)生。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn),我們姑且用三塊各有一個(gè)相當平坦面的巖石加以說(shuō)明。如果你以隨機的順序交替磨擦這三個(gè)平面,你會(huì )把這三個(gè)平面磨得越來(lái)越平整。如果你只用兩塊巖石磨擦,你就會(huì )得到一個(gè)一凹一凸的交配對。在實(shí)務(wù)上,除了會(huì )使用鏟花取代(抹磨Lapping)之外,也會(huì )遵循一個(gè)明確的配對順序,鏟花師傅一般都用這個(gè)規則來(lái)做他要使用的標準治具(直規或平板)。


在使用時(shí),鏟花師傅會(huì )先把顯色劑涂在標準治具上,然后把它放在工件表面上滑動(dòng),讓需要被鏟掉的地方顯露出來(lái)。他一直重復這個(gè)動(dòng)作,工件表面就會(huì )越來(lái)越接近標準治具,最后能很完美地復制出跟標準治具一樣的作品。



要鏟花的鑄件通常都是先用銑削加工到比最終尺寸多千分之幾的范圍之后,送去熱處理,把殘余的壓力釋放出來(lái),然后在鏟花之前送回來(lái)做清修表面的研磨。雖然鏟花要耗費許多時(shí)間和高勞力成本,但鏟花可以取代需要高設備成本的制程,若不想用鏟花作業(yè)來(lái)替代,工件就必須用精度很高而且很昂貴的機器來(lái)進(jìn)行最后的精修加工。


在最后階段做精修加工除了牽涉到高成本的設備以外,還有一個(gè)因素需要考慮,零件加工時(shí),特別是大型鑄件,往往必需進(jìn)行一些重力夾持的動(dòng)作,當加工達到千分之幾的精密度時(shí),這種夾持的作用力往往造成工件的扭曲,以至于危及工件在松開(kāi)夾持力之后的準確度;加工時(shí)產(chǎn)生的熱也會(huì )造成工件的扭曲。


這就是鏟花的許多優(yōu)點(diǎn)之一,鏟花既沒(méi)有夾持作用力,它所產(chǎn)生的熱也幾乎等于零。鑄鐵是用三個(gè)點(diǎn)來(lái)支撐,以確保它不會(huì )因本身的重量而變形。


工具機的鏟花軌道磨損時(shí),它還可以透過(guò)再鏟花重新修正,跟把機器丟棄或者送廠(chǎng)拆卸再加工來(lái)比,這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。


當一個(gè)工具機的軌道需要再鏟花時(shí),這個(gè)工作可由工廠(chǎng)的維修人員擔任,但我們也可以在當地找人來(lái)做再鏟花的工作。


在某些情況下,可以使用手動(dòng)鏟花和電動(dòng)鏟花來(lái)獲得最后需要的幾何精度。如果有一組工作臺和鞍座的軌道已經(jīng)鏟平,而且精度已經(jīng)符合要求,卻發(fā)現工作臺對主軸的平行度不合規定(要花很多功夫去矯正),你能想象只用一個(gè)鏟花機,在不喪失平整度,又能適當地糾正對位誤差的情況下,可以在正確的位置上去除正確數量的金屬,需要什么程度的技術(shù)嗎?


這當然不是鏟花的最初目的,也不應該做為矯正大型對位誤差的方法,但是,一個(gè)技術(shù)純熟的鏟花師傅,卻可以在令人驚訝的短時(shí)間內完成這一類(lèi)的矯正。這種方法雖然需要熟練的技術(shù),但比起把一大堆零件都加工到非常準確,或為了防止對位誤差而去做一些可靠或可調整的設計來(lái)說(shuō),這種方法更加經(jīng)濟實(shí)惠。

精密機床維修

02


潤滑的改善 


實(shí)務(wù)經(jīng)驗證明鏟花軌道可以透過(guò)較佳質(zhì)量的潤滑而減少磨擦,但大家對其原因為何卻莫衷一是。最普遍的意見(jiàn)是,鏟花低點(diǎn)(或更明確的說(shuō)法,削出來(lái)的凹坑,為潤滑而多做的油袋)提供了許多微小的儲油口袋,這些油會(huì )被周遭許多微小的高點(diǎn)刮出來(lái)。


另一種邏輯化的說(shuō)法是,它讓我們能持續地保持一層油膜,讓移動(dòng)件浮在油膜上,這是所有潤滑的目標。這種情況之所以發(fā)生的主要理由是,這些不規則的油袋形成了許多留油的空間,讓油不容易跑掉。潤滑的理想情況是在兩個(gè)完美的平滑表面間維持一層油膜,但這時(shí)你又得處理防止油流出的問(wèn)題,或者需要盡快地加以補充。(軌道面上不管有沒(méi)有鏟花,通常都會(huì )為了幫助油的分布而制作油溝)。


這樣的說(shuō)法會(huì )讓人質(zhì)疑接觸面積的效果問(wèn)題。鏟花減少了接觸面積,但卻會(huì )形成均勻的分布,而分布才是重點(diǎn)。兩個(gè)匹配表面越平整,接觸面的分布就越平均。但機械學(xué)中有一個(gè)“摩擦力與面積無(wú)關(guān)”的原理,這句話(huà)的意思是,無(wú)論接觸的面積是10或100平方英吋,都需要相同的作用力才能移動(dòng)工作臺。(摩耗則又是另外一回事,相同載重下的面積越小,摩耗的速度就越快。)


我要說(shuō)的重點(diǎn)是,我們所追求的是更優(yōu)良的潤滑效果,而不是更多或更少的接觸面積。如果潤滑效果完美無(wú)瑕的話(huà),軌道面就永遠不會(huì )磨損。如果一個(gè)工作臺隨著(zhù)磨損而有移動(dòng)困難的情形,這可能是與潤滑有關(guān),而無(wú)關(guān)乎接觸的面積。


03


鏟花是怎么做的? 


此一節的目的并不在于教導鏟花的藝術(shù),而是要讓各位對鏟花的過(guò)程有一個(gè)概念。雖然實(shí)際的操作比較困難,但操作背后的觀(guān)念卻是相當容易。


在找出必須刮除的高點(diǎn)之前,先把顯色劑涂在標準治具上(平板或要鏟V型軌時(shí)的直規治具),再把涂有顯色劑的標準治具在要鏟的軌道面上摩擦,顯色劑就會(huì )轉移到軌道面的高點(diǎn)上,接著(zhù)再用一個(gè)特別的鏟花工具把顯色的高點(diǎn)鏟除。這樣的動(dòng)作要一直重復,直到軌道面上呈現出均勻一致的轉移為止。


一個(gè)鏟花師傅當然要懂得各種技術(shù)。我在這里先談其中的兩種。


首先,我們在做顯色的動(dòng)作之前,通常會(huì )用一把鈍銼刀輕輕地在工件表面磨擦,來(lái)去除毛邊。


第二個(gè),要用刷子或手擦拭表面,不要用破布擦拭。如果使用布來(lái)擦拭,布留下的細麻線(xiàn),就會(huì )在下一次做高點(diǎn)顯色時(shí)造成誤導性的標示。


鏟花師傅自己會(huì )用標準治具與軌道面比對的方式來(lái)檢查自己的作品,檢驗的人只要告訴鏟花師傅何時(shí)可以停止作業(yè)就夠了,不必為鏟花過(guò)程費心。(鏟花師傅可以對自己的工作質(zhì)量負責)


過(guò)去我們都有一套標準,規定每一平方英吋該有幾個(gè)高點(diǎn),以及總面積該有多少百分比的接觸率;但我們發(fā)現檢查接觸面積幾乎是一件不可能的事,而且現在都由鏟花師傅來(lái)決定每平方英吋應有的點(diǎn)數??傊?,鏟花師傅一般都會(huì )努力達到每平方英吋20~30個(gè)點(diǎn)的標準。


現在的鏟花過(guò)程中,一些整平的作業(yè)都使用電動(dòng)鏟花機,它們也是一種手工鏟花,但可以排除一些吃力的工作,讓鏟花作業(yè)比較不會(huì )那么累。當你在進(jìn)行最精細的組配作業(yè)時(shí),手動(dòng)鏟花產(chǎn)生的感覺(jué)仍然是無(wú)以取代的。



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