五轴加工技术开发及应用

1、五事由加工技街mous用五事由加工技循及鹰用中革民阈103年9月25黄智豪工程肺 中阈生雕戴股份有限公司徐j#文理 德焉吉森精檄有限公司一、研由中生崖流程中有言午多重要的零件是 瓢原始言十h槽，或是原始k稿槽案已遗失 ,造成瓢法依掳槽裂作新倩品，均需仰赖 迤口，而迤口倩品不彳堇格昂交期也是 勤辄一年以上都有可能。因鹰琨埸汽檄 相信u倩品impeller及blade hi1化加工之需, 逐步引迤逆向工程及五小由加工檄其中 ,逆向工程技循i品初期建立完整圃 资重要方式，因此本事案主题符金十封逆向工 程及五小由加工技街mr,以及谩程中所探用 之/硬醴、技街修件、所需资源等项目迤行 资料蒐集典东己金氮

2、内容加以高煽静蕖等倩品 卷例，明逆向工程及五小由加工技循:鹰用於 现埸11樊的使用情况典成效。二、资料收集本次金橙寸中 1虢高b trt(top pressure recovery turbine unit) 一级静集片借品进1行 逆向mt主要是符高煽煤氟的屋力典温度能回收h勤涡率嗣t崖生重力，同畴又 可降低噪音蔚！屋力品由於iiai 程完全不需要i外的燃料，因此又耦卷余景色 第能裂程。k1、2卷trt工蓼流程典招mr 的静蕖倩品外罂i。圜1 trt工蓼流程圃3静集磨损舆稹灰1虢一级静蕖皆腐可式檄情 ，可依照 除作h僚件典需求整翼面入口角度，以逵 到煽:！屋力稳定典提高效率之目地；但 因位虑高

3、煽氯入口第一卜皆段，静集面容易滥 生殿重磨损舆稹灰现象，造成静勤阻力 加大瓢法索活醇勤，甚至影警高的 整假3）。悬改善上述冏题加延h静蕖使用年限， 除本ft迤行逆向建立h瓷外，也招金十封使用 材料舆表面虑理等项目迤行提升改善，相il 要求烧靶典明如下：1 .材料原静蕖使用一般金目合金迤行裂作 。本次提高抗腐做舆耐磨耗特性，改探麻 田散金戴系不解sus410j1之材料，锻造比4s 奥结晶粒度5虢以上，理硬度逵 hrc 22 2。2 .加工利用五小由加工方式一 ft成型以保有集型 尺寸舆高精度要求。完成彳纪施以磁粉探彳赛 检瞬避免表面缺陷。3 .蕖片翰廓横瞬蕖片加工完成彳麦典琨埸提供之倩品， 其输

4、廓比封公差不得大於 0.1mm。4 .面虑理由於原使用勒:性 epoxy壅jw不耐高at 粉鹿之撞擎典吃触，故本次改探高速火儆熔 射（hvof）方式施以表面虑理。原理主要利 用镖基碳化金岛粉末（27nicr）熔化彳麦以超音速 撞擎静蕖表面形成壅唇，以逵到防触抗磨之 功能。完工彳麦硬度可逵 hrc50以上，厚度卷 250 50um其中，上述第三项蕖片翰廓悬本次逆向重黑占，由於0.1mm包括了前段逆向言十 典彳麦段五小由加工雨者余恩差量，因此扣除彳麦 者精度彳麦即可狸得逆向言十所需控制公差靶圉。而依掳t五事由加工檄探h烧靶舆收幸艮告 得知，在瓢其它因素影警下，富迤行五事由同 勤加工畴崖品曲面wt廓

5、度可控制 在0.02 0.03mm靶圉内(04),再者，考量前段描描 硬差0.005mm置i 5),粽合上述因素推 算，逆向模型重建之差量期必需控制在 0.050.06mm 之法段用目浏军方法11笄可牢固疏樵通h4五轴半球加工瞬收襟型非接斶式量测原理即是鹰用光阜式照相 量测系统，封物ft作一快速且高解析度的量 测以掩取数十离甚至於百离的黑占数掳i。僵黑占 是量测速度快、封工件表面不曾造成损彳赛； 缺黑磔ij是易受工件i色反光干攥，h 8卷非接斶式三次元量测倭。圜6三次元量测室量而慌精度解析度atos cs 2m加0例密杪4-0.005 mm圃7三次元量测倭圜5逆向量测精度圃8非接斶式三次元量测

6、倭三、研究方法逆向工程量测主要可分接斶式量 测(coordinate measuring machine, cmm) 典 非接斶式量测雨。接斶式量测原理主要利用一彳固球形重子 狙m封工件迤行量测。im夏黑占精度高、工 件ii色或反光封量测影警不大，但封量测璟 境要求鞍卷殿苛，h6、7卷w62三次元量测室及其三次元量狙帽i。逆向工程可以 利用3d描描量测倭器，把 零件外型瓷tffub谩捕瞄量测彳麦，以数位化 方式存起 来，再藉由道些存的数位化资 m,以重脆3t助言犍胃t迤行或曲面的、编h舆修改，或者崖品的再言十，逮 可以利用道些瓷言孔，衍生言十出其他相 品。一般逆向工程主要流程可拢圈9明，此流程

7、卷一偃i概略的程序，除上迤行畴部 分谩程可能曾反覆孰行。以下就各彳固步h聚霓 理重黑占迤行明。1 .蕖翰或蕖片原型建h探用未建醇或操作谩之借品迤行捕瞄 ,以有效碓保尺寸资料典襄何之完整性。2 .非接斶式量测系统非接。蜀式捕描方式现仍以雷射及照像式较 卷常h,雷射式捕描 量测是以雷射逐步符 物件外型作出平 行段的描描，而较新式 的照像式描描是以描描器上雨藉由多彳固相同定位黑占，以取得高解析 度的影 像，再由言十算，符多次描描出的黑占资 料整 合悬一肇完整的外型黑占群资 料。3 .黑占资料虑理tcft符捕描量测所掩得之黑占雪资料迤行曲面 重建舆差比封，本次引迤黑占资料虞理戟 h -imagewar

8、e 迅1 行逆向技循探用曲模型(curve-based model)建横技 街，依数阜模式可分卷 bezier典nurbs雨 槿架横，h10卷雨槿曲特差累。曲或曲面的数阜模型由控制黑占(controlpoints)、朦数(order)、次数(degree)、跨距 (span)及黑占(knot)之w的信ih系成。在 imageware中以order表示其数阜模式，常 用之判断法郎悬控制黑占数量= span+order-1。在事俞入曲所需朦数典跨 距彳爱，也接决定生成曲面所呈现的控制 黑占分怖数量，再藉由整道些控制黑占法向 或切方向距h数值，使重建曲面逼近黠 群资料加迤行差分析，以儒可能逵到最 初

9、黑何资料状熊。曲面控制黑古典差分析 如圈111。h 9集b /集片逆向工程至加工裂作流程bczitr 工 g圜 10 bezier 舆nurbs 曲(b)(b)曲面/黑占群tg差分析重建之曲面除趣近黠群资料外，符合空氟勤力季舆掩得流埸之要件，曲面言十需满足最高品k a级要求，相 a级曲面 数掳t如下修件：(1)各相郝曲面暹界定羲隙在0.005mm以下。(2)切角度改建在0.16度以下。(3)曲率数值改建在0.005度以下的檄型。一般常用於曲面品k椀喂u功能有光影反射(reflection)典曲率梳分析(curvature analysis)(圈12)。藉由上述检测工具查看 加判断重建曲面是否逵

10、到功能舆品k要求 以迤行下一卜皆段caditk4 .cad 模型典2d圈面由於逆向著重於曲面重建典检测等功 能，金十封何舆幺田部特徵建情较悬繁 k不便，因此建it配合3d cad系统以提高 模型效率(h13)。(a)（b）圜12 （a）光影反射圜，（b）曲率梳分析圜圜13 cad 模型5 . cam程式撰h典加工模搦使用ugw cam功能做刀具路j, 需依掳t工件外形及檄台限制言十最合逾的 刀路,以理想中的加工方式。首先符 治具和工件隆入同一彳固槽案中，efwh 座檄系（csys）、视k座檄系（wcs）和加工 用座檄系（mcs）正确彳麦，才可k始撰 k刀具路刀具路撰：w谩程含定原 黑占、零件及

11、素材、安全平面、曲面!勤方 法、切削方向、切削模式、迤退刀位置、 切削参数等系唯6 , is入ug程式内常作加工 用的素材（stl槽）。刀路谩模搦及碓言忍， 她碓言忍程式中刀具编虢典五小由檄上的编虢 一致彳麦，便可迤行彳麦虑理，五事由加工 檄规格生成程式礁。6 .五事由加工檄加工裂作五事由加工檄之特性，挑有三偃lt性事由舆二 彳固旋醇事由，性事由决定刀具位置，旋傅事由 决定刀具方向。3d空任何位置的曲面或 平面均可加工，俞工件wt廓面如何建化 ,刀具均能保持典工件表面垂直或特定角 度。逾合迤行!片等褛用隹 3d曲面加工 洞14、15）。7 .成品尺寸横瞬加工完成彳麦，招工件送至接。蜀式三次元量

12、 或非接斶式（atos）测重要尺寸是否於公 差内，即行!招量测所得的黑占资料（igs槽案）is入ugft,典模型比封。圃14 五轴加工檄圃15 五轴加工檄示意圃四、作鹰用由於倩品捕描彳麦彳堇能掩得外觐黑占雪资料,料旋瓢法直接用於言十典加工用途， 尚需透遇事11逆向曲面重建勒:醴她搭配3dcad系统，依摞黑占、面概念招模型重建。重建谩程中除需精津控制舆 黑占雪资料之差外，也必需满足集面曲面高 品k之要求，已满足畤工作流醴之 流舆稳定性。本届睇捋以1虢高煽一级静蕖片悬例，明 逆向技循各隋段作h内容。1 .外型量测：清瀑集片外觐本ft,她於表面 贴附定位檄籁彳麦使用白漆迤行消光虑理， 完成噫覆彳麦使

13、用非接斶式迤行量测取 得集型黑占群，施工作勺56小畴，配 置人力一h。作h谩程如 h16o2 .黑占资料虞理：符掩得的黑占群资料迤行曲率 分析、重建舆平滑等虑理，加依所需襄何 部位迤行资料截取。61171y 2虢静蕖黑占群外 龈资料量余勺50m肇。(a)(b)h 16外型量测(a)静蕖借品，(b)外型捕瞄量测圃17 1虢静集黑占群黑占资料虑理3 .曲面重建奥比封：依黑占、面建情i!序进1行曲面重建，it搭配分析工具zebra典reflection迅1行品横瞬以避免曲面i1生扭 曲典谩度抖勤，谩程中同畴控制曲面典黠 群差量在要求烧靶内(h18)o(a)（b）圜18曲面重建舆检测（a）曲面品分析，

14、（b）蕖型&黑占差比封圃20 1虢静集3d模型4 .曲面资料本俞入：符符合品差之曲面 资料事俞入cad系统，it迤行延伸、裁切典 it合等虑理（h19）。5 .3d模型建情舆输出：完成静1101舆其绘 余田部黑何，it依装典加工要求制定公差 完成2d裂作（h20）o6 .cam程式撰k典加工模擦：符建情完成之 3djoi模型交由 cam加工程式规副加工 路完成it ft工件（h21）。7 .五事由加工檄加工裂作：使用 ug nx7.5撰h 刀具路 cam程式is入五事由加工檄内 ,言十逾富治具爽持，vericut w 模搦瓢碰撞彳麦，於dmg 100p五事由加工檄上 加工（圈22）。h 22

15、五轴加工檄加工0 23 1虢静集璟上安装料潜在瑕疵之可能，以提高可靠度 典使用年限。目前1虢一级静集（璟）已於101 年12月上截至目前，1虢高煽trt各输出数掳1舆檄情功能皆可逵到以往外瞒品之效能要求（静集安装谩程如h23、完成 如圈124、相数掳（如表1）。0 24 1虢静集璟完成1t况加工完彳麦，需撰上量测程式（blum）迤行特定黑占上量测，若量测结果符合要求 ,再符工件下,迤行非接斶式三次元量 测，以比封方式以得知工件之差。8.成品尺寸椀觥加工完成彳麦，招工件送至 接斶式三次元量测形状尺寸，如平行度、 垂直度、内孔尺寸，it使用表面粗度倭量 测粗度是否符合要求内。五、效果瞬is完成逆向

16、之3dk瓷碓言忍彳爱即可迤 行程式撰h典加工，完成之成品除依圈面量 测尺寸外，蕖面翰廓度奥非破塌性检测也需 落jt轨行，避免安装遇程彝生尺寸干涉典材除上述1虢一级静集逆向mr外，目前也 鹰用技街於其绘倩品n崖化mr,相im 例如h 25。表1安装彳及轴承温度舆彝重量输出表11/27 07:00117 ld:2dil/s7 13:40117 17:00 1221 00:13 12/21 11:53 12/21 14:51/21 10:1312/31 2l:5512m 00:5312/312 o4:ij一,工岂im融(a)二虢一,级勤蕖(s-3680)(b)二虢二,级勤蕖(s-3680)(c)x201 透平蕖it(d)金辛槽蕖it (s-3826)(e)二虢二级静蕖璟四虢二；w蕖璟(s-3889)(g)氧氟埸透平蕖it (s-3723)(h)氧氟埸屡缩蕖翰(i)空屋埸一级蕖it (h樊中)(j)空屋埸二级蕖it (h樊中)(k)空屋埸三级蕖it (h樊中)(l)抽砂泵浦蕖it(m)抽砂泵浦上盖璟(n)磨煤it本ft (s-3972)025逆向技秫初g用例六、效益舆jt献截至目前鹰用逆向工程技街已成功mr 高煽i虢静蕖上舆五事由加工裂作，彳奏j1也符 金性寸其绘