TWI505906B - 金屬件加工方法 - Google Patents

Description

金屬件加工方法

本發明涉及一種金屬件加工方法，特別涉及一種車刮複合之金屬件加工方法。

一些電子裝置之金屬殼體，如平板電腦、行動電話之殼體，通常包括頂部區域及由頂部區域側面向同一側彎折延伸形成之邊緣區域。頂部區域通常面積較大，且為具有非回轉特徵之平面或曲面，而邊緣區域相對頂部區域面積較小，且具有拐角。由於傳統之銑刀為非連續性銑削，面積相對較大之頂部區域若用銑刀銑削，則很難一次達到所要求之表面光潔度。故，工件還需進行拋光等後續處理，降低了加工效率。傳統之車刀通常用於車削具有回轉特徵之工件，且其難以對加工面積相對較小之邊緣區域及其拐角進行加工。

鑒於上述狀況，有必要提供一種能夠提高加工效率及表面光潔度之加工方法。

一種金屬件加工方法，其包括以下步驟：

(1)提供一機床，其包括機台、工作台、移動裝置及車刀進給裝置，該工作台裝設於機台上，該移動裝置沿第一方向滑動地裝設於該機台上並位於該工作台之上方，該車刀進給裝置沿與第一方向垂直之第二方向滑動地裝設於該移動裝置上，該車刀進給裝置包括車刀進給模組及車刀，該車刀於該移動裝置之帶動下沿第一方向及第二方向運動，該車刀進給模組驅動該車刀沿與第一方向及第二方向均垂直之第三方向作往復運動，該機床還包括裝設於該移動裝置上且鄰近該車刀進給裝置之刮刀進給裝置，該刮刀進給裝置包括有刮刀，該移動裝置能夠驅動該刮刀沿第一方向及第二方向運動，該刮刀進給裝置能夠驅動該刮刀沿第三方向運動並繞平行第三方向之軸線進行轉動；

(2)將工件定位於該工作台上，該工件包括頂部及由頂部邊緣延伸形成之側部;

(3)該移動裝置帶動該車刀進給裝置抵靠該工件之頂部；

(4)該工作台帶動該工件繞平行第三方向之軸線旋轉；

(5)該車刀進給裝置控制該車刀向該工件沿第三方向高速往復進給，以實現對旋轉之工件頂部進行週向加工；

(6)該移動裝置帶動該車刀進給裝置相對該工作台平移以實現徑向加工，從而對該工件之頂部進行車削加工；

(7)該工作台停止轉動，該車刀停止工作；

(8)該移動裝置帶動該刮刀進給裝置移動至該工件側部；以及

(9)該刮刀進給裝置帶動該刮刀沿預設路線繞工件之側部移動，以對該工件側部進行刮削。

另一種金屬件加工方法，其包括以下步驟：

(1)提供一機床，其包括機台、工作台、移動裝置及車刀進給裝置，該工作台裝設於機台上，該移動裝置沿第一方向滑動地裝設於該機台上並位於該工作台之上方，該車刀進給裝置沿與第一方向垂直之第二方向滑動地裝設於該移動裝置上，該車刀進給裝置包括車刀進給模組及車刀，該車刀於該移動裝置之帶動下沿第一方向及第二方向運動，該車刀進給模組驅動該車刀沿與第一方向及第二方向均垂直之第三方向作往復運動，該機床還包括裝設於該移動裝置上且鄰近該車刀進給裝置之刮刀進給裝置，該刮刀進給裝置包括有刮刀，該移動裝置能夠驅動該刮刀沿第一方向及第二方向運動，該刮刀進給裝置能夠驅動該刮刀沿第三方向運動並繞平行第三方向之軸線進行轉動；

(2)將工件定位於該工作台上，該工件包括頂部及由頂部邊緣延伸形成之側部;

(3)該移動裝置帶動該刮刀進給裝置移動至該工件側部；

(4)該刮刀進給裝置帶動該刮刀沿預設路線繞工件之側部移動，以對該工件側部進行刮削；

(5)該工作台停止轉動，該刮刀停止工作；

(6)該移動裝置帶動該車刀進給裝置抵靠該工件頂部；

(7)該工作台帶動該工件繞平行第三方向之軸線旋轉；

(8)該車刀進給裝置控制該車刀向該工件沿第三方向高速往復進給，以實現對旋轉之工件頂部進行週向加工；以及

(9)該移動裝置帶動該車刀進給裝置相對該工作台平移以實現徑向加工，從而對該工件之頂部進行車削加工。

該金屬件加工方法藉由該工作台之旋轉與車刀進給裝置之高速往復進給相互配合，同時結合該車刀進給裝置相對工作台平移，實現了對工件之頂部連續進給加工，因而加工出來之表面光潔度較高。該工作台帶動該工件繞平行於第三方向之軸線旋轉，而刮刀進給裝置則配合相對該工件側部移動以對側部及其拐角進行高速刮削加工。

請參閱圖1及圖2，本發明第一實施方式之金屬件加工方法所採用之機床100用於給工件300進行金屬加工。機床100包括機台10、工作台20、移動裝置30、車刀進給裝置40、刮刀進給裝置50及控制器（圖未示）。工作台20裝設於機台10上，用於放置工件300（圖5所示）。移動裝置30移動地裝設於機台10上並位於工作台20之上，車刀進給裝置40與刮刀進給裝置50相鄰裝設於移動裝置30上。控制器（圖未示）與工作台20、移動裝置30、車刀進給裝置40及刮刀進給裝置50均電性相接。移動裝置30依控制器之指令能夠帶動車刀進給裝置40及刮刀進給裝置50沿著X/Y軸方向運動，即沿著相互垂直之第一方向與第二方向運動。

機台10包括基座11及平行間隔凸設於基座11上之二支撐體13。每一支撐體13遠離基座11之一面設置有第一滑軌131。於本實施例中，第一滑軌131沿著平行X軸之方向延伸。

工作台20包括二座體21、第一旋轉驅動件23、轉軸25及第二旋轉驅動件27。二座體21大致平行間隔設置於基座11之大致中部位置，並位於二支撐體13之間。第一旋轉驅動件23裝設於其中一座體21上，轉軸25連接於第一旋轉驅動件23與另一座體21之間。第一旋轉驅動件23能夠驅動轉軸25繞α軸（平行第二方向）轉動。第二旋轉驅動件27設置於轉軸25之大致中部位置處，用於驅動放置於其上之工件300繞β軸轉動。其中，α軸平行Y軸方向，β軸與Z軸方向平行（與第一方向、第二方向均垂直之第三方向）。第一、第二旋轉驅動件23、27都與控制器電性相接。本實施方式中，第一、第二旋轉驅動件23、27為直接驅動電機。

移動裝置30滑動地裝設於二支撐體13上，並與二支撐體13大致垂直相接，且位於工作台20之上。移動裝置30包括一橫樑31、二滑動座33、二第一驅動機構35及一第二驅動機構37。橫樑31兩端分別與二支撐體13滑動相接，且橫樑31之延伸方向與Y軸平行。橫樑31上形成有一對相互平行之第二滑軌311，第二滑軌311沿著Y軸方向延伸。二滑動座33分別裝設於橫樑31兩端，並分別與二支撐體13上之第一滑軌131滑動相接。二第一驅動機構35分別裝設於二滑動座33朝向支撐體13一面及裝設於支撐體13上，用於驅動橫樑31沿第一滑軌131作沿X軸方向之運動。第二驅動機構37裝設於橫樑31上，用於驅動車刀進給裝置40及刮刀進給裝置50沿第二滑軌311作Y軸方向之運動。第一驅動機構35及第二驅動機構37均與控制器電性相接。本實施方式中，第一驅動機構35、第二驅動機構37均為直線電機。可理解，第一驅動機構35、第二驅動機構37亦可用其他之驅動機構替代，伺服馬達、氣缸等；第一驅動機構35、第二驅動機構37之數量根據實際需要進行設定。

請結合參閱圖3至圖4，車刀進給裝置40包括一滑鞍41、一安裝座43、一刀座45、二車刀進給模組47及一車刀49。滑鞍41滑動裝設於橫樑31之二第二滑軌311上，並於第二驅動機構37之驅動下帶動整車刀進給裝置40及刮刀進給裝置50沿Y軸方向運動。滑鞍41背離橫樑31一面上，沿Z軸方向設有四導軌413。四導軌413兩兩為一組間隔設置。滑鞍41鄰近基座11之一端，於兩組導軌415之間，凸設有裝設塊415。安裝座43鄰近導軌413固定裝設於滑鞍41上，安裝座43包括一二側開口之框體431及兩安裝板433。框體431鄰近滑鞍41之側壁之內表面上沿Z軸方向間隔凸設形成有兩導向部4317。框體431遠離滑鞍41之側壁之外表面上對應導向部4317形成滑槽4318，滑槽4318之二側凸設形成有二導向部4319。二安裝板433裝設於框體431二側，以從二側將框體431封閉。刀座45包括主體451及大致垂直凸設於主體451上之滑動板453。主體451設置於安裝座43之外側。主體451朝向安裝座43對應導向部4319形成有與導向部4319滑動相接之滑動部4511。滑動板453凸設於主體451上，其遠離主體451之一端穿過從滑槽4318伸入框體431滑動地裝設於二導向部4317上。

二車刀進給模組47收容並裝設於安裝座43內，且與控制器電性相接。二車刀進給模組47用以驅動刀座45沿導向部4317、4319沿Z軸方向高速往復運動。於本實施方式中，二車刀進給模組47均為直線電機。每一車刀進給模組47包括一動子471及一定子473。二動子471分別裝設於二安裝板433朝向框體431內部之側壁上。可理解，車刀進給模組47中之數量可根據實際需要進行設置，如可設置一、三等等。車刀49固定裝設於主體451鄰近基座11之一端，用於給工件300進行車削加工。

刮刀進給裝置50包括線性驅動機構53、固定座55、裝設座56、轉動驅動件57及刮刀59。線性驅動機構53包括驅動件531、絲桿533及絲桿螺母535。驅動件531固定裝設於滑鞍41上，並位於橫樑31之上，絲桿533轉動連接於驅動件531與裝設塊415之間。絲桿螺母535套設於絲桿533上並與絲桿533螺紋配合。連接板54與絲桿螺母535固定相接，並與滑鞍41上之導軌413滑動相接。固定座55固定裝設於連接板54鄰近基座11之一端，裝設座56相對固定座55裝設於連接板54之另一端。轉動驅動件57穿設於固定座55與裝設座56上，並與固定座55固定相接。刮刀59裝設於轉動驅動件57鄰近基座11一端。驅動件531能夠驅動絲桿533轉動，進而帶動連接板54、轉動驅動件57及刮刀59沿導軌413作平行於Z軸方向之運動。轉動驅動件57能夠驅動刮刀59繞平行Z軸方向之軸線轉動。刮刀59可隨滑鞍41進行X/Y方向之運動，並於線性驅動機構53之驅動下沿Z方向運動。

組裝時，先將工作台20裝設於二支撐體13之間；再將橫樑31組裝於二支撐體13上；後將第一驅動機構35裝設於滑動座33及支撐體13上，將第二驅動機構37裝設於橫樑31上；隨後，將車刀進給裝置40及刮刀進給裝置50裝設於橫樑31上，且與控制器相接。

請參閱圖5與圖6，經由機床100加工處理過之工件300為平板電腦或手機之金屬材質製成之殼體，其大致為中空矩形塊狀。工件300包括一頂部區域301及由頂部區域301之邊緣延伸彎折形成之邊緣區域303。頂部區域301之面積較大。本實施方式中，頂部區域301為具有非回轉特徵之曲面。邊緣區域303遠離頂部區域301部分大致為平面，其具有四拐角3031。待加工之工件300包括頂部及有頂部邊緣延伸彎折形成之側部。

請參與圖7，本發明實施方式之金屬件加工方法包括以下步驟：

步驟S101，提供上述機床100。

步驟S102，將待加工之工件300定位於工作台20上。

步驟S103，第二驅動機構37驅動車刀進給裝置40沿Y方向移動至工件300上方。

步驟S104，第二旋轉驅動件27帶動工件300旋轉。

步驟S105，車刀進給模組47驅動車刀49依工件300之頂部區域301所需切削量沿Z方向向該工件300高速往復進給，以實現對旋轉之工件300進行週向加工。

步驟S106，控制器控制移動裝置30帶動車刀49沿X方向移動以實現對旋轉工件300徑向之移動，從而加工出工件300之頂部區域301。

步驟S107，第二旋轉驅動件27停止轉動，進而工件300停止轉動，且車刀49停止工作。

步驟S108，移動裝置30帶動該刮刀進給裝置移動至工件300邊緣。本實施例中，控制器控制第一驅動機構35、第二驅動機構37帶動滑鞍41沿X/Y軸方向平移，從而使刮刀進給裝置50移動至工件300邊緣部分，其中，線性驅動機構53帶動刮刀59沿Z方向移動至工件300之邊緣某一位置。

步驟S109，刮刀進給裝置50帶動刮刀59沿預設路線繞工件300之邊緣移動，以對工件300邊緣部分進行刮削。本實施例中，控制器控制移動裝置30帶動刮刀59沿預設路徑繞工件300之邊緣移動，以實現對工件300之邊緣部分進行高速刮削加工，其中，當到達工件300之拐角處時，轉動驅動件57驅動刮刀59依拐角之預定設計角度轉動，以使刮刀59沿拐角處表面之法線對拐角進行刮削。

可理解，可先用刮刀進給裝置50之刮刀59對工件300之側壁及側壁端面進行刮削之後，再用車刀進給裝置40之車刀49對工件300之頂部進行車削。

可理解，車刀進給裝置40可省略滑鞍41、安裝座43及刀座45，車刀進給模組47可由其他能夠進行高速往復運動之驅動機構替代，此時直接將車刀進給模組47滑動設置於橫樑31之第二滑軌311上，車刀進給模組47可直接驅動車刀49沿Z軸方向作能夠控制地高速往復運動。

可理解，刮刀進給裝置50可不安裝於滑鞍41上，而單獨設置一滑板，該滑板裝設於橫樑31之第二滑軌311上，並將刮刀進給裝置50滑動裝設於該滑板上，以可分別對車刀進給裝置40及刮刀進給裝置50於橫樑31上之運動進行控制。

可理解，線性驅動機構53中之驅動件531及絲桿533可由其他之驅動機構代替，如可進行直線運動之氣缸，將該氣缸滑動裝設於該第二滑軌311上，再將轉動驅動件57固定於該氣缸之驅動軸上，對應地刮刀進給裝置50可省略連接板54。

可理解，工作台20可直接由一旋轉驅動件設置於基座11上，只繞β軸轉動。

可理解，工作台20還可設置成多軸工作台，以可帶動工件300多軸轉動，從而方便對工件300進行多工位加工。

如圖8，本發明第二實施方式之金屬件加工方法中所採用之機床與第一實施方式中之機床100結構相似，其不同在於車刀進給裝置（圖未示）還包括一鄰近線性驅動機構（圖未示）固定裝設於滑鞍41a上之車刀驅動機構（圖未示）。滑鞍41a滑動裝設於橫樑31a上，安裝座43a與滑鞍41a為滑動相接。車刀驅動機構驅動安裝座43a帶動刀座及車刀49a沿平行於Z軸之Z1方向運動，從而使車刀進給裝置40能夠於Z1方向直接進行定位，以滿足對多種型號工件300之加工。工件300定位於轉動設置於轉軸（圖未示）上之第二旋轉驅動件27a上。

於第二實施方式之金屬件加工方法中，第二驅動機構37驅動車刀進給裝置40沿Y方向移動至工件300之頂部區域301上，車刀進給模組驅動車刀49a沿Z1方向運動，從而使車刀進給裝置40於Z1方向達到初始位置，再開始對工件300進行車削加工。

本發明提供之金屬件加工方法採用移動裝置30實現X/Y方向之運動，並藉由車刀進給裝置40實現沿Z方向可控制地高速往復進給車削出具有3D曲面之頂部區域301及刮刀進給裝置50實現對工件300之側部進行刮削加工，一次性完成對工件300之加工，節約了工時。由於工作台20之旋轉與車刀進給裝置40之高速往復進給相互配合，同時結合車刀進給裝置40相對工作台20沿Y方向平移，實現了對工件300連續進給加工，因而車削出來之表面光潔度較高。另，由於對工件300之拐角處進行加工時，轉動驅動件57驅動刮刀59沿拐角表面之法線進行刮削，從而對拐角表面之加工精度較高。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。

100．．．機床

10．．．機台

11．．．基座

13．．．支撐體

131．．．第一滑軌

20．．．工作台

21．．．座體

23．．．第一旋轉驅動件

25．．．轉軸

27、27a．．．第二旋轉驅動件

30．．．移動裝置

31、31a．．．橫樑

311．．．第二滑軌

33．．．滑動座

35．．．第一驅動機構

37．．．第二驅動機構

40．．．車刀進給裝置

43、43a．．．安裝座

431．．．框體

4317、4319．．．導向部

4318．．．滑槽

433．．．安裝板

47．．．車刀進給模組

471．．．動子

473．．．定子

45．．．刀座

451．．．主體

453．．．滑動板

49、49a．．．車刀

50．．．刮刀進給裝置

53．．．線性驅動機構

531．．．驅動件

533．．．絲桿

535．．．絲桿螺母

54．．．連接板

55．．．固定座

56．．．裝設座

57．．．轉動驅動件

59．．．刮刀

300．．．工件

301．．．頂部區域

303．．．邊緣區域

3031．．．拐角

圖1係本發明第一實施方式所採用之機床之立體示意圖。

圖2係圖1所示之機床之立體分解示意圖。

圖3係車刀進給裝置與刮刀進給裝置之立體分解示意圖。

圖4係圖3所示之車刀進給裝置之立體分解示意圖。

圖5係經由圖1所示機床加工出之具有非回轉曲面之工件之立體示意圖。

圖6係圖5所示工件沿Ⅵ-Ⅵ線之剖視圖。

圖7係本發明之金屬件加工方法之步驟流程圖。

圖8係本發明第二實施方式所採用之機床之作業示意圖。

Claims (10)

1. 一種金屬件加工方法，其包括以下步驟：
   (1)提供一機床，其包括機台、工作台、移動裝置及車刀進給裝置，該工作台裝設於機台上，該移動裝置沿第一方向滑動地裝設於該機台上並位於該工作台之上方，該車刀進給裝置沿與第一方向垂直之第二方向滑動地裝設於該移動裝置上，該車刀進給裝置包括車刀進給模組及車刀，該車刀於該移動裝置之帶動下沿第一方向及第二方向運動，該車刀進給模組驅動該車刀沿與第一方向及第二方向均垂直之第三方向作往復運動，該機床還包括裝設於該移動裝置上且鄰近該車刀進給裝置之刮刀進給裝置，該刮刀進給裝置包括有刮刀，該移動裝置能夠驅動該刮刀沿第一方向及第二方向運動，該刮刀進給裝置能夠驅動該刮刀沿第三方向運動並繞平行第三方向之軸線進行轉動；
   (2)將工件定位於該工作台上，該工件包括頂部及由頂部邊緣延伸形成之側部;
   (3)該移動裝置帶動該車刀進給裝置抵靠該工件之頂部；
   (4)該工作台帶動該工件繞平行第三方向之軸線旋轉；
   (5)該車刀進給裝置控制該車刀向該工件沿第三方向高速往復進給，以實現對旋轉之工件頂部進行週向加工；
   (6)該移動裝置帶動該車刀進給裝置相對該工作台平移以實現徑向加工，從而對該工件之頂部進行車削加工；
   (7)該工作台停止轉動，該車刀停止工作；
   (8)該移動裝置帶動該刮刀進給裝置移動至該工件側部；以及
   (9)該刮刀進給裝置帶動該刮刀沿預設路線繞工件之側部移動，以對該工件側部進行刮削。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬件加工方法，其中該刮刀進給裝置還包括轉動驅動件，該工件具有拐角，於步驟（9）中，當該刮刀到達拐角處時，該轉動驅動件轉動驅動件驅動刮刀依拐角之預定設計角度轉動，以使刮刀沿拐角處表面之法線對拐角進行刮削。
3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬件加工方法，其中步驟（8）中，當刮刀進給裝置移動至工件側部時，該刮刀進給裝置驅動該刮刀沿第三方向運動，以使刮刀移動至工件側部某一位置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之金屬件加工方法，其中該車刀進給裝置還包括滑鞍及安裝座，該滑鞍沿第二方向滑動裝設於該移動裝置上，該安裝座與該滑鞍相接，該車刀進給模組及車刀裝設於該安裝座上；該刮刀進給裝置鄰近該安裝座滑動裝設於該滑鞍上，以能夠沿第三方向運動。
5. 如申請專利範圍第4項所述之金屬件加工方法，其中該線性驅動機構包括驅動件、絲桿及絲桿螺母，該驅動件固定裝設於該滑鞍上，該刮刀進給裝置還包括連接板，該滑鞍上凸設有裝設塊，該絲桿轉動連接於該驅動件及該裝設塊之間，該絲桿螺母套設於該絲桿上並與該絲桿螺紋配合，該連接板與該絲桿螺母固定連接，該轉動驅動件固定裝設於該連接板上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之金屬件加工方法，其中該滑鞍上沿第三方向設有導軌，該連接板與該導軌滑動相接。
7. 如申請專利範圍第1項所述之金屬件加工方法，其中該車刀進給裝置還包括刀座，該安裝座沿第三方向設有導向部，該刀座與該導向部滑動相接，該車刀通過該刀座與該安裝座相接。
8. 如申請專利範圍第7項所述之金屬件加工方法，其中該刀座包括主體及凸設於該主體上之滑動板，該滑動板遠離該主體一端伸入該安裝座並與該導向部滑動相接，該主體設置於該安裝座外側並與該車刀固定相接。
9. 如申請專利範圍第7項所述之金屬件加工方法，其中該車刀進給模組包括一動子及一定子，該動子裝設於該安裝座上，該定子與該滑動板固定相接。
10. 一種金屬件加工方法，其包括以下步驟：
    (1)提供一機床，其包括機台、工作台、移動裝置及車刀進給裝置，該工作台裝設於機台上，該移動裝置沿第一方向滑動地裝設於該機台上並位於該工作台之上方，該車刀進給裝置沿與第一方向垂直之第二方向滑動地裝設於該移動裝置上，該車刀進給裝置包括車刀進給模組及車刀，該車刀於該移動裝置之帶動下沿第一方向及第二方向運動，該車刀進給模組驅動該車刀沿與第一方向及第二方向均垂直之第三方向作往復運動，該機床還包括裝設於該移動裝置上且鄰近該車刀進給裝置之刮刀進給裝置，該刮刀進給裝置包括有刮刀，該移動裝置能夠驅動該刮刀沿第一方向及第二方向運動，該刮刀進給裝置能夠驅動該刮刀沿第三方向運動並繞平行第三方向之軸線進行轉動；
    (2)將工件定位於該工作台上，該工件包括頂部及由頂部邊緣延伸形成之側部;
    (3)該移動裝置帶動該刮刀進給裝置移動至該工件側部；
    (4)該刮刀進給裝置帶動該刮刀沿預設路線繞工件之側部移動，以對該工件側部進行刮削；
    (5)該工作台停止轉動，該刮刀停止工作；
    (6)該移動裝置帶動該車刀進給裝置抵靠該工件頂部；
    (7)該工作台帶動該工件繞平行第三方向之軸線旋轉；
    (8)該車刀進給裝置控制該車刀向該工件沿第三方向高速往復進給，以實現對旋轉之工件頂部進行週向加工；以及
    (9)該移動裝置帶動該車刀進給裝置相對該工作台平移以實現徑向加工，從而對該工件之頂部進行車削加工。