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CAM 浮點漂移觸發貼底接觸力峰

分層（Z 階梯）切削可能產生看似仿真臭蟲、實則反映真實物理敏感性的力峰：刀具底面與前一層底面之間的次微米接觸會造成很大的力差，而 CAM 產生的 NC 程式常在層與層之間、於承載重複路徑的軸向上漂移相近的量。CAM 浮點漂移與次微米貼底敏感性之間的這種耦合，在一般工作流程中鮮少被察覺；HiNC 透過智慧刀把驗證與力仿真比對，將它顯露並診斷出來。

另見 NC 優化原理 與 轉角進給率。

現象

在 Z 階梯均勻切削中，偶爾有一兩個特定層出現尖銳的力峰。在下方範例中，鋁材上 D16 mm 銑刀的 X 方向力峰達到 ~865 N，而相鄰層維持在 ~477 N 的穩定水準。使用者常把這誤解為仿真異常，因為 NC 優化器在力峰處會大幅放慢進給率。

分層切削示意圖 Z 階梯分層切削示意。每條水平軌跡是一層；層與層間次千分之一 mm 的面內漂移（此例為 Y）會改變每層進入與離開前一層底面的位置。

尖峰層的每轉力 接觸到前一層殘脊的尖峰層 —— X 峰值達 ~865 N。

正常層的每轉力 位於「相同」XY 的相鄰正常層 —— X 維持在 ~477 N 附近。

機制

智慧刀把量測顯示，刀具底面對與前一層底面的次微米接觸十分敏感：

  • 小於 1 μm 的間隙就已產生可量測的力差。
  • 在最小有效切屑厚度以下 —— 此例為 7.5 μm，一般而言隨工件材料與刀刃幾何而變 —— 雖不形成切屑，但刀具下方接觸帶的摩擦仍會負載主軸。
  • 在仿真中，把刀具底面模型為上抬 0.15 μm 對比不上抬，會得到明顯不同的主軸扭矩波形 —— 而只有上抬的版本才符合真實智慧刀把的扭矩形狀。

因此，由貼底接觸驅動的仿真力峰反映的是真實敏感性，而非數值假象。

NC 側觸發：層對層漂移

CAM 產生的 NC 程式在通過「相同」位置、跨越連續 Z 層時，常漂移約 ~0.001 mm。在下方範例中漂移落在 Y；在其他程式中可能落在 X 或重複路徑上的任一面內軸。

N1000 G01 Y10.001   (layers 1..4)
N1100 G01 Y10.002   (layer 5)
N…    G01 Y10.005   (last layer)

每一層相對於前一層底面落在略為不同的位置。某些層接觸到上一層殘留的脊，其他層則錯過。接觸到的那些層即出現力峰。

為何仿真力峰是真實的

仿真力模型在間隙低於最小有效切屑厚度時，簡化了刀具上半部的嚙合方式，因此仿真出的力峰可能略大於真實力峰。對延性材料（鋁是代表案例），摩擦主導切削力，故高估幅度很小。

實際機台另有獨立的安全餘裕：控制器在轉角減速（見 轉角進給率），而刀具旋轉提供刀刃層級的「機率性閃避力峰」效應（見下方〈機率性閃避力峰〉一節）。

在上述範例中，刀具在尖峰峰值處仍保持在安全極限內（~865 N 對比 ~477 N 基準）。更硬的材料在相同 NC 下較易發生刀刃斷裂，但修正方式相同。

機率性閃避力峰

對多刃刀具而言，接觸層是否真的產生力峰，取決於接觸瞬間的刀刃相位。一個刀刃週期內的力取樣通常分為：

  • ~6 個取樣落在高力窗（如上方尖峰層圖中 ~500 N 以上）
  • ~3 個取樣低到足以「錯過」力峰

亦即約 2/3 落在高力窗、約 1/3 錯過。這就是為何幾何名目上相同的相鄰層會給出不同結果，也說明此問題是良率問題而非確定性失效 —— 以及為何在修正了部分（而非全部）漂移 NC 行之後力峰仍會出現。

緩解：修 NC

應清理 NC 程式，而非調整仿真：

  • 找出漂移的位置（通常是分層挖槽中的數十行），並把漂移的座標跨層對齊到一致值。
  • 這會恢復乾淨的底面對底面關係，並移除虛假的力峰。

繞著力峰調整仿真，會掩蓋一個控制器與刀具在實務上都會感受到的訊號。

當 NC 無法修改時

對成熟的客戶產品，NC 往往是凍結的標準，貼底接觸的力峰必須在仿真側接受。有兩個優化器側的槓桿可在不修改 NC 的情況下吸收力峰：

  • MinFeedPerTooth_mm (API) —— 優化器所選每齒進給的下限。將其設為原進給的某個縮放比例，使優化器無法在單轉尖峰處再放慢：
MachiningStepBuilt += (preStep, curStep) =>
{
    curStep.UpdateNcOptOption(opt =>
    {
        opt.MinFeedPerTooth_mm = FeedPerTooth_mm * scale;
    });
};

請優先採用上述做法，而非調整切削係數來壓制力峰。切削係數描述的是材料行為；把它們調離物理值會掩蓋真實訊號，影響所有下游計算（力、力矩、磨耗、熱）。

Note

目前的 API 不會把單轉尖峰從優化基礎中濾除。若客戶政策要求排除這類尖峰，請在 MachiningStepBuilt (API) 回呼處套用上述槓桿，以便在不干擾全域選項的情況下覆寫各步設定。

延伸閱讀