精密零件加工的基礎認識

精密零件加工的品質管理

精密零件加工的定義

透過各種方式來改變材料的形狀與尺寸,把材料製成可用零件的過程,叫做零件加工。零件加工的型態很多,常見的有車削、銑削、鑽孔、搪孔、研磨等等。如果加工圖面要求的尺寸精密度很高,為了符合公差標準所進行的加工過程就可稱為精密零件加工。雖然所謂的「精密度」沒有絕對的標準,但是以業界常見或是一般討論的「精密零件加工」來說,公差範圍大概在0.001mm到0.1mm之間。

精密零件加工的優勢

精密零件加工可以依照客戶提供的圖面進行生產,在精密度方面完全符合客戶的需求。另一項優勢是在生產上的彈性很大,較能在製程上進行調整。比如在產品開發階段,發現依圖面製造的零件在使用上還有改進空間,下次生產可以根據變更後的圖面來修改加工設定,將零件調整到最佳狀態。

精密零件加工直接將材料做成零件,不必開模也不會有開模以後修改不易的困擾,因此具有客製化、靈活度高、可少量生產等優點。

精密零件加工的應用

精密零件加工的技術廣泛應用在機械、電子、交通、醫療、航太、工具機、機器人等產業,借重其高準確度與高穩定性的特長,供應各領域在突破與創新的過程中需要的關鍵零組件,是新創業者的最佳後盾。

航太相關零件是精密零件加工應用的極致展現之一,比如飛機渦輪葉片這樣不規則流線型的零件,就是利用數控多軸工具機製造而成。

另一個重要例子是半導體與工具機產業裡的關鍵傳動元件:滾珠螺桿。透過精密零件加工所生產出的滾珠螺桿,其出色表現讓半導體與工具機產業的設備具有精準的直線傳動與定位。

其他機械零件部分,比如培林、滾輪、傳動輪、皮帶輪、軸類零件等,也都是精密零件加工常見的產品。

精密零件加工的產品雖然在日常生活中較少見,但提到機械與高科技產業,絕對少不了相關的應用。

精密零件加工的實際案例

以軸承座該零件為例,實際製造過程如下。

精密零件加工的實際案例

1.第一面內外徑車削

精密零件加工的實際案例

2.第二面內外徑車削。

精密零件加工的實際案例

3.中心加工機銑削。

4.染黑。

精密零件加工的實際案例

精密零件加工的品質管理標準

精密零件加工的品質標準以客戶提供的圖面為依據,在製造前的圖面評估與報價階段,若生產上有窒礙難行之處,會向客戶詢問,並與客戶討論出兼顧生產可行性與裝配實用性的做法,在價格與製造方法上與客戶達成共識後再行生產。

訓練現場作業人員具備正確的量測能力與品質檢驗觀念,才能落實品質管理,避免「失之毫釐,差之千里」的狀況發生。必要情況下,精密的製品一律實施全檢,確保出廠的零件都符合標準。

遇到檢驗結果有爭議時,會先釐清雙方的檢驗環境、方式、步驟、基準是否一致。若檢驗方式有出入,將改以客戶要求之特定方式檢驗與改善;若檢驗的各項條件皆相同,而檢驗結果仍有出入,則以廠內數據與客戶數據的落差為調整依據進行改善,以符合客戶要求。

常見疑問:精密零件加工的費用太高嗎

談到「費用太高」這個問題,不妨再確認一下「以什麼為比較基準」。

如果以西裝來比喻加工廠生產的零件,可以大略分為「成衣業者大量製造」與「西服店量身訂製」兩種,而精密零件加工經常屬於量身訂製這類。以常識上來看,訂製西服一定比成衣貴吧。

如果零件的精密度要求不高、數量也很龐大,自然也不需要以精密零件加工的方式來生產。也就是說,使用精密零件的產品本身大多是高單價的設備,所需要的零件往往製程複雜、精密度高、加工上較困難;再者這樣的零件在需求量上通常較少,又幾乎是為客戶量身訂做的產品,加工廠為了完成任務所耗費的人力、時間與其他各項成本都必須考量在內。以上種種因素都會影響加工費用的報價,划不划算還是要綜合評估才能比較客觀。

如何選擇適合的精密零件加工廠

價格一定是重點之一,除了至少請兩家以上的廠商報價,也要仔細詢問該報價包含哪些服務內容,綜合衡量品質與價格的輕重,蒐集到的資訊盡量多一些,才能做出合宜的決策。

此外廠商承製的材質、尺寸、加工性質,以及生產設備的公差能力範圍,都是重要的參考依據。要更加了解相關資訊,可以參考〈客製化金屬零件的製程規劃〉這篇文章。

精密零件加工的幾項實用技巧

1.仔細閱讀圖面

把圖面上所有的部分都仔細看過一遍,尤其是繪圖無法表達的部分像材質、表面處理、硬度、未標示部分的公差標準、表面粗糙度等等,都是非常重要的資訊,絕對不可以漏掉。假設一開始就選錯了材料卻沒有發現,一直到都完成切削加工了才驚覺有錯,這時候再如何想方設法都於事無補。雖然是很誇張的例子,但這樣的錯誤是很有可能會發生的。

2.分階段加工

在某些情況下,將加工程序分為粗加工與精加工更能有效控制尺寸的精度,各階段選用適合的刀片進行加工,也可以提升切削效率,減少刀片頻繁耗損更換的次數。

3.夾具的影響甚鉅

夾具是工件定位的基準,夾具的設定要精準穩定,做出來的成品才有一致性。比如在車削車床的軟爪時,要確保軟爪能完整夾持工件,再搭配適合的夾持力道,才能有效固定工件。

4.正式加工前再次確認所有螺絲有無鎖緊

螺絲沒鎖緊的後果小則失去加工精準度,大則造成機台損害都有可能。正式加工前,花點時間再檢查一次刀片、刀架、夾具各部位的螺絲,可以避免很多麻煩的產生。

5.定時檢查刀片狀態

刀片的狀態會影響尺寸精度、表面粗糙度、切削的負荷,定時確認刀片處於可切削狀態。一旦發現刀片狀況不利於切削,即時進行更換,可以維持加工順暢。除了查看刀片的刀尖,也可以觀察鐵屑的顏色、形狀,聽聽切削時的聲音。鐵屑顏色如果呈靛藍色(耐磨度下降導致鐵屑溫度過高)、切削時聲音沉重不清脆、斷屑狀況不理想(鐵屑拉的很長),就要再確認一下刀片狀態,很可能該換刀片了。

精密零件加工切削刀片

6.謹慎規劃製程

加工的順序會影響加工流程的順暢度,甚至造成後續難以加工的影響。比如滲碳後材質過硬難以切削;或是熱處理造成的尺寸變化。類似這樣,各項加工彼此扞格的狀況要事先避免。

精密零件加工的新挑戰

精密零件加工產業中有許多實戰經驗豐富的師匠,他們的專業知識是產業的重要資產。然而產業缺乏新血注入,面臨人才斷層的處境,老師傅的經驗無法有所傳承,再加上國內相關的教科書多以理論導向書寫,較少針對實用的知識進行整理,人才的養成更加困難。

科技不斷在進步,未來的精密零件加工產業將朝著智慧工廠、AI運算與機器人應用這些目標前進。但是第一線的工作現場和上述的願景存在著很大的差距,也還有很多環節有待磨合。

如何系統性整理產業前輩的經驗,降低學習專業知識的門檻,吸引年輕的工作者加入行列;又或者是如何利用這些知識來訓練AI模型,整合機器人的應用,發揮有效實地運作的功能,都是當前很大的挑戰。

精密零件加工產業需要哪些人才

首先要不怕弄髒自己的手。在工作中會接觸到油汙、切屑、切削水,一天下來指甲縫裡有髒汙、身上有油耗味都是難免的,很多工作環境沒有冷氣,上下料免不了身體的勞動,這些都能接受才能待得下去。

再來要細心和不怕麻煩,精密零件的圖面上標有公差的部位都要一一仔細檢查,每次製程的重點檢查部分都不能漏掉,從原料到零件的過程非常繁瑣,但是整個流程順利跑完後會很有成就感。

有現場經驗、懂切削刀具的知識、會寫編寫CNC程式,這樣的人才會非常受歡迎。

最後要把每天都當成第一天上班那樣謹慎,工作現場有很多狀況可能發生,熟練的老手往往會漸漸產生輕率的心態,導致發生新手級的失誤,必須每天戰戰兢兢才能避免錯誤,也要有承擔壓力的心理準備。