虛擬切削技術的發展與應用

摘要：針對虛擬切削技術的發展進行詳細說明，並輔以加工優化技術的實例來闡述高效率加工的應用方式。從1960年代電腦輔助設計和電腦輔助製造的技術開始提出後，搭配日趨成熟的有限元素分析（FEA）技術，工程師開始利用電腦來解決許多加工模擬等需大量運算的工程問題，本文會詳述目前最新的虛擬切削技術發展情形，並示範在3C電子產品如何應用虛擬切削技術達到高效率的薄壁加工效果。

Abstract: Detailed instructions are described for the development of virtual cutting technology and optimization techniques, and applications of high performance machining processes are demonstrated with implementation examples. From the appearance of computer-aided design and computer-aided manufacturing techniques on 1960s, along with finite element analysis (FEA), engineers started using computers to solve many engineering problems of machining simulations to replace exhausting tedious experimental work. This article describes the latest development scenarios of virtual cutting technology, and also demonstrates how the virtual cutting technology is applied to produce parts of 3C products with thin walls to achieve high efficiency production.

關鍵詞：虛擬切削、切削加工優化、切削模擬

Keywords：Virtual Machine, Cutting Optimization, Cutting Simulation

前言
目前業界產品加工流程皆是由電腦輔助設計（CAD）完成品設計，接著進入電腦輔助製造（CAM）階段，此階段進行刀具加工路徑和加工條件的規劃，然後產生加工程式（G Code），再將G Code提供給CNC工具機進行實際加工試切削，試切削有問題的話再返回CAM階段進行G Code的修正，直到成品的加工品質穩或滿意為止，上述整段過程業界稱之為「打樣」。在製造業中「打樣」是個重要但費時費工的過程，而虛擬切削技術是在加工程式產生後，先在電腦做加工模擬，還未實際加工前就能觀察產品的切削是否穩定，甚至預測加工件的表面品質，搭配機台的性能量測技術更可在試切削前先把加工參數做最佳化達到機台的最高效率並減少打樣造成的浪費。

虛擬切削技術在實際運用上必須整合許多技術項目才能達成，本文接下來會先說明虛擬切削技術在加工流程中的定位，然後針對其兩個核心技術:加工能力與切削力模擬技術、加工製程優化解析技術，詳細解說。

Virtual Machining System介紹
英屬哥倫比亞大學切削應用實驗室（MAL）教授Altintas教授定義虛擬切削技術在加工製程中所扮演的腳色如圖1所示，而其中優化過程又可分成如圖2所示的兩部分，第一部分的技術主要是機台加工切削能力預測，利用機台性能量測取得機台動剛性資料，由動剛性資料進一步取得切削穩態圖，得到加工最佳轉速與切深等條件並做切削力預測；第二部分是利用切削力模擬技術來對加工刀具路徑進行優化，主要是由chip load去修改進給策略，以獲得加工最佳效率。