對於強韌材料(如鍛造金屬、鈦合金與不鏽鋼材)的車削，由於傳統的刀具斷屑器與高壓切削液也時常發生無法斷屑的現象，並造成刀具與機台纏屑的問題。本研究開發一個「低頻雙軸振動輔助斷屑裝置」並應用在車削自動斷屑加工，低頻振動斷屑原理主要是利用運動控制原理來調變工件與刀具的切削深度的變化，進而達到將傳統車削的連續性切屑切斷成片狀，因為是採用運動控制斷屑，因而可以更可靠的達到自動化車削斷屑的目的。由於車床在進行工件輪廓加工時，需要同時控制刀具在X方向與Z方向的同步振動，本裝置主要藉由兩顆壓電致動器的開關和一個倍率放大撓性鉸鏈機構帶動刀把進行X方向或Z方向或斜向的往復運動，可避免端面車削和外徑車削重新架設的麻煩。斷屑裝置零件數量少且倍率放大撓性鉸鏈機構為整體設計，可避免如傳統機構接觸面有背隙和磨耗的問題，進而提升運動精度。
前言
車削延性材料常造成連續切削纏繞於工件而破壞表面精度，需額外人力移除方能繼續加工。車削的斷屑方式主要有 (1)刀具幾何[1] (2)高壓切削液噴射[2]兩種，然而刀具磨耗快速且切削液回收不易。近二十年有學者提出利用低頻振動切削技術以改變刀具與工件間的相對運動來達到斷屑的效果，並降低切削熱，而提升刀具壽命[3]、工件表面精度[4]、生產效率[5]。
商業化產品以振動切削輔助裝置居多[6][7][8]，亦有利用NC code 控制進給軸振動的商業化機台[9]，但存在機台振動加大與進給機構壽命降低的隱憂，目前仍以振動輔助切削裝置安裝在固有機台較為廣泛。但是傳統的單軸振動輔助切削裝置在車削加工中卻無法和商業化機台同樣能在錐度、圓弧等雙軸同動加工中有斷屑效果。故本文擬開發「低頻雙軸向振動輔助斷屑裝置」以提升車床在雙軸同動上的斷屑應用。
斷屑機制
調變方向
1. 速度的調變(Velocity Modulation)
當2πfmA大於切削速度V時，刀具和切屑接觸面能分離而降低摩擦並提升潤滑效果，但實際加工中要2πfmA>V卻相當困難，理由一，由於動態系統的拘束，即使超聲頻中以高切削速度(V>0.5m/s)還是很難達到；理由二，此法並無法產生離散切屑。故若要在高切削速度(V>>0.5m/s)分離刀具和切屑緊密的接觸面，仍以進給方向的調變為佳，如圖1所示。
2.刀具進給的調變(Tool-Feed Modulation)
由於刀具在進給方向往復運動，故車削所產生的連續切屑皆能有效斷屑，無需依靠任何斷屑裝置。且加工時，由於刀具週期性的提刀，能使加工切屑順利排出，切削液亦能有效作用。不像速度的調變有切削速度的限制，只要振幅量大於進給量的一半即能產生離散切屑，且調變頻率(Hz)和工件(或刀具)轉速(rps)的比值要符合斷屑機制(將在下節討論)，即能有效斷屑，如圖2所示。
模型建立
假設車削過程中，施加調變(fm、A)於刀具，使刀尖能在進給方向沿著工件表面進行周期性振動，每次加工路徑所包圍的面積即為離散切屑。後續將探討切屑厚度hn(t)為零的臨界振幅A和進給量ho的關係，以求得斷屑機制。...更多內容，請見《機械新刊》雜誌
