單刃深孔鑽切屑壓力偵測數學模式的建立

Abstract

深孔鑽為一特殊的加工機具，適用於孔的徑深比（ l／d ）大於１０以上的工件加工 。深孔鑽早期在以測力，測精度及測灴直度為目的的研究中，發現切屑阻塞為技術瓶 頸所在。單刃深孔鑽由於孔徑較小，切屑阻塞問題要比其他類型的深孔鑽，如BTA 鑽 （Boring Trepanning association ），來得嚴重，導致鑽頭的損壞或加工精度的降 低。現階段的單刃深孔鑽加工中，常以切屑的形狀及機其發出的聲音來判定加工條件 的優劣，進而修正加工條件以達到精度需求。如何取代人為方式的研判，發展單刃深 孔鑽的自動控制系統，不良切屑監視系統的開發是關鍵所在。在過去的單刃深孔鑽實 驗中，對於切屑的量測方法及量測點的選定有良好的初步研究成果，但是對於切屑良 好與否的探討，只能達到定性的層次。本論文的研究目的在於從理論方面進一步探討 ，如何從加工過程中，當排屑道有切屑通過時，知道切削劑壓力的變化情形，利用壓 力變化量的大小來定量求得切屑的狀態。本論文提出兩種數學模式，第一嘗試由氣液 二相流（Two Phase Flow）中的栓塞流（Slug Flow ）觀點，解釋切屑經過排屑道時 之物理現象，推導出切屑長度與壓力變化的數學關係式。第二由流體力學中控制體積 的力平衡觀點，並考慮連續性方程式，也可定量求得切屑長度，半徑與壓力變化量的 關係。本論文中並探討某些因素的影響，其中包含量測系統的動態影響，鑽身旋轉的 影響及排屑道壓力梯度變化的影響。最後將與實驗數據作比較。