2019/3/31

非設備常用其他材料分享:工具鋼

自動化設備上設計很少會去用工具鋼,
主要原因是工具鋼比一般碳鋼貴,沒有需要多花這個錢!

工具鋼相對一般鋼材的特色在於經過適當熱處理後的"硬度高"!

一般的應用上,設備機構設計上用到的元件主要功能是支撐與固定作用,硬度其實並非主要的考慮因素;
比較會考慮到硬度是像滑動、滾動這類的應用,這類應用會使用軸承鋼,例如 SUJ2 或 SUS420 作熱處理;
或者是鎖線性滑軌的軌道座,通常也是使用中高碳鋼鍍硬鉻處理,有量就用鑄鐵。

所以會使用到工具鋼,一般都是模具(沖、切、刀等)居多,
或表面會有經常性接觸、滑動的夾治具、探針等;
模具、夾治具刮表面平滑無刮擦傷就可以防止產品被模、夾治具的刮痕刮擦傷,
利用高硬度的工具鋼可以降低模、夾治具表面被產品、異物刮擦傷的機會,
提高與產品接觸的使用次數(壽命)。

工具鋼常見的有 SK、SKS、SKD等 。

如果是要用在工具機上的高速鋼又是另外一種考量(高溫下的硬度維持能力),通常是 SKH、HSS等鋼材。

不同鋼材在不同處理溫度下可以獲得的硬度可以參考以下:

圖片來源:雙合鑫股份有限公司網頁

一般人平常容易接觸到的美工刀片,
通常使用比較便宜的高碳鋼(會生銹),依上表硬度可以作到 HRC 58 ,
若使用不銹鋼 SUS420J(比較不會生銹),硬度就只剩 HRC 56,
若使用高速工具鋼(SKH),硬度就可以到 HRC65,硬度已經到莫氏硬度 6 *1,
但是刀尖尾端部份因為需要磨尖銳,磨的過程會升溫,如果沒控制好溫度,沒有再經過熱處理,硬度有時會降到剩 HRC 4x,
所以不要小看美工刀,一份錢一份貨,好材質、好的製造品質控管的美工刀片硬度相對控制得比較好,使用壽命自然會比較長。

參考資料:
*1. 硬度對照表,工業設計



2019/3/9

加快 Inventor 操作上的一些小技巧 模型操作與快捷鍵

很久很久以前,
其實也沒有多久,大概 20 出頭年前…

在早期 DOS 作業系統的時代,
滑鼠還在用滾輪方式驅動,甚至很少人見過滑鼠,
要使用 AutoCAD,為了提升效率,
很難免都會使用過、看過或聽過"數位板",
高解析度對應螢幕範圍,
可規劃常用指令在數位板特定區域供快速點選,
這兩大特色對經常使用 AutoCAD進行繪圖作業的使用者來說真的是必備的重要工具。

曾幾何時當個人電腦進入"視窗化" 時代以後,
到現在數位板幾乎可以說是銷聲匿跡,
只有 Wacom 出的“繪圖板”在美工領域持續扮演輔助繪圖者的角色。

廢話一堆...

進入視窗時代後,所有指令被(隨意)排列在操作畫面的功能表中,
隨著軟體發展日益進步,在使用者反映操作不便、導入UI 設計專人負責後,
指令的安排也越來越有效率,
依據操作步驟程序、相類似的屬性,
總之指令在視窗上的位置排列可以說是越來越"合理",
到Microsoft Office 2007版之後,
很多軟體的操作介面安排概念越來越像;
像以前我在上課教 Inventor 應力分析 時,
都會跟學員強調:
應力分析的操作程序與步驟就如同功能表的排列,
由左至右循序作完就對了!


在平常的零組件與圖面設計作業中移動滑鼠去點選指令作平移、縮放、旋轉等動作是很沒效率的,
有些高手會選用可以快速切換解析度的滑鼠,縮短移動的距離,或特殊型式的專用工具,以減少手腕的負荷並節省時間;
各家 CAx 軟體在軟體中搭配鍵盤提供快速鍵功能,
有預設功能對應到鍵盤按鍵,讓設計師可以省去移動滑鼠點選指令的動作與耗費的時間。

在視窗作業系統中最為人所熟悉與使用的快速鍵就是複製Ctrl-c、剪下Ctrl-x跟貼上Ctrl-v三個,幾乎是所有視窗化軟體都會支援的快速鍵功能。

CAx軟體中也支援複製、剪下、貼上三個指令,
其他還有很多可以預設或可自訂的快速鍵。


CAx軟體最經常使用的功能就是檢視圖面所需要的縮放、平移,
到3D時代再加上模型旋轉。

像 Inventor 要平移模型,
最快的操作方式就是按滑鼠中鍵,
第二快的方式是左手按 "F2",再按滑鼠左鍵,就可以拖動模型在視窗中的移動,
最慢的方式就是去點選功能表"檢視"、"導覽"功能表中的"平移",


如果工程師還有人這樣操作,真的是佩服...

縮放就是滑鼠中鍵上下推,或者是 "F3" + 滑鼠左鍵。

旋轉就是按下 "Shift" + 滑鼠中鍵,或者是 "F4" + 滑鼠左鍵,
雖然"Shift" + 滑鼠中鍵進行旋轉很方便,
但是有幾個功能還是必須使用"F4"+滑鼠左鍵:
1. 設定旋轉中心
2. 水平或垂直方向的"環轉"

有一些從其他 CAD 轉過來的使用者,會比較直覺的使用滑鼠中鍵來進行"平移"、"縮放"跟旋轉,
對於 "F2"、"F3"、"F4"這幾個功能鍵搭配滑鼠左鍵的用法很陌生,有點可惜;
如果有去上過基礎課程,這應該是在第一個小時就會教到的功能。
所以如果有對 "F4" 陌生朋友的可以試試看效果。


另外對操作性有幫助作的是"快捷鍵"設定,
譬如經常會使用"測量"指令,那就可以按下 "M",
Inventor 就會自動啟動"測量"指令;
同樣的道理像 "擠出" 是 "E"等等,
更多的設定可以從功能表的 "工具" - "自訂"叫出相關的"快速鍵"設定對話視窗如下:

上圖為草圖環境下,系統預設的快速鍵

快速鍵也可以自行設定常用、好記的字母或母組合,
工程師可以自己先列出經常會使用到的10個功能,記住或設定快速鍵,
再慢慢擴充其他功能,如此一來就可以減少滑鼠移動點選指令所需要的時間。

參考:
Inventor快捷鍵


2019/3/1

市購件的處理

客製化或專用設備在設計過程中會儘量考慮選用市購元件,
主要原因是設備製作數量有限,
尤其是第一台開發樣機,
選用市購件是在兼顧成本、時程與品質上相對理想、節省時間的選擇。

但是若設備製作數量很大,
自己作零組件相對就會產生經濟規模效益,
此時就可以考慮自製,或者向供應商要求大量採購的折扣,
甚至給一個專用的型號。

在第一家公司工作時,
因為輸送機製作數量大,
就會將部份零組件模組化,
可以自製的就自製,
可以統一規格的市購件與零件就儘量統一規格,
目的就是要設法達成元件製造或請購數量的經濟規模;
當元件數量達到經濟規模,相對成本與品質就更容易掌控。


若零件、市購件可以被重用、共用,
雖然不是用在同一種設備上,
但是大量重用還是會有達到經濟規模的效果,
所以對設備公司來說,
標準化、模組化設計一直是努力用來降成本的主要方案之一,
甚至為了達到這個目標可以犧牲一點設計作業效率。

所以從設計作業規劃的角度來看,
重用作業要設法在設計作業上降低影響,
讓市購件與標準模組 3D 模型可以方便的重用,
設計人員在選用時才會優先考慮市購件,
如此一來對元件重複利用就會有幫助。

說了一堆廢話,市購品處理的好,方便使用,重用率就高!

市購品模型要容易重複利用必須至少作到以下幾點:
1. 容易檢索與尋找
2. 模型的幾何、材質、重量、組裝約束等關係正確
3. 可重用模型中必須建立好正確的屬性資料
4. 符合其他公司規定要求

容易檢索與尋找

坦白說這是很主觀的要求,
很熟悉作業系統操作的人會覺得檔案總管加上樹狀結構分類資料夾就可以,
有的人希望有 AI 輔助,像 Tony Stark 一樣,只要給 JARVIS 模糊條件,系統就會自動列出選擇,甚至可自動置入模型與完成定位。
如果真的可以作到,應該會有更多相關從業人員失業…

基本上我覺得要能方便檢索與查詢必需要作到:
1. 容易辨識的名稱,
我個人以前的習慣是將市購件檔名以 “廠牌名稱%規格%品名”組合而成,
目的是藉由看到檔名就可以知道該元件的主要資訊,
中間用 “%” 作資料分隔目的是方便後續的程式自動化處理,
將檔名拆解成三個欄位自動填入到屬性欄位 (iProperties) 中,
選擇 "%" 是因為以往看元件廠牌、規格資料時很少用到 "%" 符號;
當然也可以自行選擇其他符號如 “_” 、“&” 等等作業系統可以使用的符號來作為分隔子;
重點在於檔名一定要定出公司統一的規則可以依循。
2. 儲存方式與位置,
儲存的方式有資料庫跟一般資料夾檔案管理兩種,
坦白說,若是可以使用資料庫是比較理想的選擇,
但是一般資料庫不見得適合處理 CAD模型中的屬性與關聯性,
而且還要多學一個軟體,
另外還需要專人去建立、維護資料庫等等,
使用上是搜尋方便,但是多了一些負擔,
對規模小的設計單位其實效益不高。

相對的使用資料夾檔案管理功能就很簡單,
問題在於多人使用時,要如何共用與同步資料?
還有多人同時作業權限造成的資料覆蓋、惡意破壞等等問題需要考量,這是相對使用資料庫的缺點。

另外一種方式是評估與導入專門軟體,
像 VOTIH 就聽說有使用 Partcommunity 的系統在設計上,
使用網頁介面就可以進行市購品與標準件的檢索與重用。
Inventor套裝中的 Vault ,也是不錯的選擇可以考慮。

模型的幾何、材質、重量、組裝約束等關係正確

市購品模型從供應商端下載開啟後,幾何上通常不會有太大的問題,不過我曾經碰過有錯誤的,還好當年是從紙本型錄找資料,有順便確認安裝孔位跟孔尺寸發現錯誤,不然就麻煩了。
模型檔案中的元件可能會沒有材質資料,所以重量資訊是不對的,
如果是使用 3D 交換格式 step 214 版,
會有機會帶入材質資訊,就會有相對正確的重量資訊。

透過 3D 交換格式檔案的組合型元件載入後通常沒有組裝約束關係,必需自己加上,
程序上建議:
先將所有元件設為固定(不動),
再對有相對移動關係的元件加上必要的約束,
然後讓動件解除固定的條件,
再來可以驅動約束動動看是否如預期,
有時我還會加上上下極限,
處理完以後建議可將驅動的約束抑制掉,
在後續使用的時候可以透過設定彈性跟加上約束,
就可以利用“彈性元件”跟“位置表現法”表現同一組合卻可以表現出不同的位置。



可重用模型中已經建立好需要的屬性資料
可重用的模型除了幾何、約束等條件要對,另外一個對效益有幫助的是屬性資料重用,
資料不用重複再輸入一次,
對引用、重用模型就可以省掉重複輸入屬性資料的無效率工作。

以上三個大方向其實都不需要什麼了不起的技術,
重點都在管理上,
整合各需求,協調各單位,建立共同的模型命名、屬性、儲存位置,
開發程式將部份作業整合在共同的介面中。