自動化設備的零件設計加工考量

自動化設備的特色之一就是量不會太多，有時就只會作一台，
同一種設備做超過幾十台就已經是非常驚人的數量，
'所以在零件設計上，在材料選用跟幾何形狀設計上，
一定要考量到製造上的可行性跟成本效益。

如果單一零件製作數量在10個以下，
最好是先選用既有的市購零件，在價格跟品質上可能會更理想，
市購自動化零件可以參考 Misumi 或 伍全 等自動化設備、模具、夾治具零件供應商，
另外也有一些五金件供應商如 Takigen 等等可以參考選用。

至於不得不進行的自製零件設計，
必需要考慮到材料取得的難易度與加工方法的特性限制。

通常材料來源的形狀以板材 、棒材、塊材或型材為主，
加工方式包括鋸、車、銑、鑽 、磨、折等冷作加工。

最常用的CNC銑床儘量只需用到2.5軸，最多到3軸的工具機，
以減少加工機攤提成本與CNC程式編寫的時間成本。

除非要加工非常硬的材質，避免使用線切割加工。

放電加工因為需要先作放電頭，加工速度慢也要避免。

塑膠射出 、粉末冶金等需要先作高單價模具，模具攤提費用算下來成本很高，不划算。

3D 列印雖然是一個省材料又可以製作複雜外型的好方法，
不過目前還有速度過慢、材料選用種類限制，
跟材料堆疊強度不足的問題，
也不太適合通常需要高剛性的機械零件應用。

以下舉幾個例子說明零件設計對加工方法的影響：

PCB固定承托的治具：
通常PCB上會有基準定位孔，也會有基準邊，可以作為固定承托治具的參考基準，設計靠邊與導引銷配合即可；
比較麻煩的是PCB板上突出的電子元件，在治具上必須挖孔避開，
這時若想貼近電子元件外型設計槽的形狀 (矩形 )，
在使用CNC加工上就會很困難，
必須使用很小的刀頭，加工效率差；
若思考目的在避開電子元件，其實只要鑽一個大於電子元件的孔就可以，
甚至貫穿都無所謂；
有些不明所以的設計，不但要求形狀，還要求槽底的表面精度 、粗糙度，
那就必須用放電加工作出反邊的放電頭來進行加工，
相較鑽孔，放電加工很明顯成本高出許多以及更長製作時間，
只是為了避開元件實在很不划算。

有固定銷的支撐塊：
曾經看過有工程師用一塊塊材加工留下表面的數個固定用圓棒狀的結構，
在加工上等於要很沒效率的移除掉一部分材料；
應該選擇較小的塊材鑽孔後打入固定銷，
另方面可直接銑削的材料硬度通常不高，不耐磨，
加工完還要作高硬度耐磨的表面處理或熱處理；
而市購固定銷通常會作熱處理加強硬度，
所以除非有特殊考量，否則應該儘量避免整塊材料削掉大部分的設計方式。

甚至有些零件在結構強度允許的情況下，可以考慮採取“加法”的概念進行設計，
將相同或不同材質結合在一起，
結合的方式可以利用緊配或膠合固定，
可以節省材料跟加工移除材料的時間；
不要小看膠合的方式，
現在的反應型高分子膠強度其實還不錯，
尤其是膠合面積夠大時，固定的效果非常好，在航空結構上經常使用；
在自動化設備上很少用是因為零件會有拆裝的需要，
所以多以螺絲固鎖，若使用膠合後就很難拆裝，
但是對不需要拆裝、或想要不讓人拆裝的零組件來說，
膠合其實是一種固定零件的好方法；
而且固鎖的方式會讓零件傳遞力量時，應力集中在螺絲孔附近，
尤其是力量方向是在將兩個零件分開方向的時候，應力集中的現象會更嚴重；
膠合反而有助於將力量分散到整個面去承擔。

基本上自動化設備用的零件設計形狀上要力求簡潔，避免多餘的加工，
例如零件外圓角如果目的只是避免銳利傷人，
其實不需標示外圓角跟半徑，改附註文字說明去銳角毛邊即可，
零件加工廠商甚至可以使用修邊刀去掉毛邊就可以使用，
一點也不會影響零件的功能與用途。

內圓角可以留多大就要留，一方面減少加工時間 (銑削不用換刀 )，
二方面可以降低應力集中的現象，
千萬不要留個內直角，
加工時零件還要多翻面、換刀的動作，增加成本。

表面粗糙度的標示也需要注意，不要隨便標鏡面，
鏡面常需要用軟材料加研磨料進行拋光，通常尺寸精度反而不好控制，
如果要控制到很好，反而成本會非常的高。

常用的表面粗糙度(倒三角形)與表面粗糙度關係可參考如下：

以上簡單舉幾個例子說明，後續再補示意圖。