D外径车削2.DOC

二、，如圖2.1所示。 圖2.1 超音波振動車削之系統立體架構圖 相對車削速度基礎 刀具弦波振動的位移量的關係式為： 其中ω（=2πF）：刀具角頻率（F為振動頻率） AC：振幅大小 所以刀具在Z方向的弦波振動移動速度則為 刀具與工件間在Z方向的相對運動速度，即實際Z方向切削速度為 其中為Z方向之進給速度(mm/rev)。 實際的切削速度大小為 其中V（=πDN/1000）：切削速度（D為加工件直徑；N為工件主軸轉速） 切削速度角 決定實際的切削速度方向的實際切削速度角變化為 一維超音波振動車削的切削路徑分析所得之電腦模擬結果，如圖2.2(a)所示。可以發現切削過程中的實際切削速度角η為週期性變化，其週期與刀具振動頻率有兩倍關係，相對於整個切削週期內切削速度角η變化產生的影響切削特性，亦即將超音波振動車削過程的切削速度角η變動將影響切削結果。另如圖2.2(b)所示，為超音波振動之振幅或振頻率為零之狀態，亦即傳統車削狀況下，切削速度角η維持常數狀態，與超音波振動切削會產生不同切削狀態，即因振動振幅或振動頻率大小影響切削速度分佈狀況。 （a）於切削速度方向振動為20kHz、10μm下之振動條件 （b）於切削速度方向振動分別為0μm、0kHz下之振動條件 圖2.2 一維超音波振動切削過程切削速度角與切削速度變化關係 切削長度 另外由圖中刀具及工件的位移軌跡圖中，考慮刀具及工件的起始位置如圖所示，刀具與工件材料最先接觸的切削點為A，線段則是第一次切削的區域的刀具位移軌跡，線段是第二次切削之區域的刀具位移軌跡也是振動切削開始以週期性變化的起始點。 單一切削速度方向振動之超音波振動切削幾何示意圖[29] 由相對運動的觀念可以得知圖中刀具在切削狀態下若要與工件分離，刀具的移動速度必須大於工件的切削速度，因此在兩者分離的瞬間也就是B點和下一次的分離點D， 在這些點之後刀具的移動速度將大於工件的切削速度而有分離的情形產生，這一分離的間歇切削特性有助於切削過程切削液的冷卻及潤滑，另外隨著切削溫度的降低刀具磨耗、build-up edge等影響也隨著減小，另外切削力及切削表面的品質也可有所提升，因此在相關的研究文獻中都將刀具的最大振動速度視為切削速度變化的上限值 (critical cutting velocity)，其關係式如下 若切削速度大於則超音波振動切削將與傳統車削一樣為連續切削狀態。 關於圖中時間點定義，因為只有第一次切削區域為非週期性變化，而這唯一的非週期性變化區域的影響相對於往後的週期性變化切削其實是可以忽略不考慮的，所以接下來將針對第二次切削區也就是週期性切削的起始區域分析，只要了解此一區域特性往後振動切削的特性也就可以類推。圖中定義第一次切削區域的結束點B點的時間為，而第一次切削區域的結束點D點時間因接下來為週期性變化的關係所以定為，其中T為此一振動切削的週期與刀具振動頻率有關，其關係如下 則可由下列關係求得 1.刀具的移動速度與工件的切削速度一樣 (4-9) 2.刀具的加速度需小於零 (4-10) 由(4-9)、(4-10)式可得到的關係式為 (4-11) 且同時上一式中，需滿足下列的關係式 (4-12) 在B到D點此一振動切削週期內可以分為兩部分來觀察，包括B至C點的刀具與工件分離區域，及C至D點的刀具與工件重合切削區域，因此C至D點的時間就是此一週期內的實際切削時間，在圖中C點的時間定義為，則具有下列的關係式 (4-13) 而可由下列的關係求得， 1.刀具與工件在C點的瞬時位置一樣。 工件在B點之後的位置為 (4-14) 同時刀具的位置為