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在精密研磨加工中，工件表面品質是評估製程穩定與設備精度的重要指標。其中，短波紋是一種常見但不易察覺的表面缺陷，雖然並不是明顯的刮痕，卻可能影響零件配合、光學反射特性或後續鍍膜品質。
短波紋的出現多源於加工中出現的微小震動或旋轉不均，涉及皮帶傳動、主軸密封、油壓系統、齒輪與馬達等多項因素。
為有效提升研磨穩定性與成品品質，本篇將針對各種可能原因進行系統性說明，作為設備檢修與製程管理的參考依據。
目錄
研磨中出現的短波紋是什麼?
研磨短波紋是指在工件表面出現的 間距非常小、波長很短 的規則性或不規則性紋路。這些紋路通常很細微，通常在幾十微米至幾毫米之間，可能需要仔細觀察才能發現，但它們會影響工件的表面粗糙度和精度。
研磨短波紋的主要特徵
- 波長短： 相較於長波紋 (long wave marks)，短波紋的波峰和波谷之間的距離非常小。
- 間距規則或不規則： 紋路的排列可能具有一定的規律性，也可能呈現不規則的分布。
- 細微： 通常尺寸很小，可能需要使用放大鏡或表面粗糙度測量儀器才能清晰辨識。
- 影響表面品質： 即使肉眼不易察覺，短波紋也會增加表面粗糙度 (Ra, Rz 等數值)，影響後續的加工或使用。
短波紋的原因與解決方法
原因一:來自皮帶的震動
當皮帶厚度不均時，在皮帶傳動的過程中，主動輪與被動輪之間的中心距會隨皮帶厚度的變化產生微小波動。這種波動會使主軸在旋轉過程中出現輕微的速度起伏或軸向擺動，形成週期性的機械震動。
由於研磨是高精度加工，這類細微的震動會直接反映到工件表面，造成短波紋。
來自皮帶震動的解決方式
- 檢查皮帶是否厚薄一致，若不一致應更換品質較佳的皮帶。
- 調整皮帶張力至適當範圍，避免過鬆或過緊。
- 若使用V形皮帶，應：
- 檢查皮帶斷面是否與槽輪相符；
- 必要時選用較小斷面的V形皮帶，以減少與輪槽的干涉。
- 確認槽輪排列是否同軸且平行，也須確認槽角度是否適當，避免偏斜。
- 定期檢查皮帶與輪槽磨損狀況，必要時更換。
原因二:來自其他機械的震動
即使磨床本身機構良好，若周遭設備運轉時產生震動傳導到磨床，仍可能導致工件與砂輪產生微震動，產生間歇接觸，引發短波紋產生。
(微震動→產生間歇接觸→引發短波紋)
在旋徑大的磨床中，工件和砂輪高懸於支持面上時，若無特殊地基，很容易受外來震動影響。
如何判斷是否來自機械本體的震動
停止磨床運轉後，可採以下方式檢查是否存在來自機械本體或環境的震動源：
- 在機體某一固定部位安裝指示器，觀察其指針是否有異常晃動。
- 在砂輪心軸的外殼上放置一杯水，觀察水面是否出現持續波動。若未運轉時即出現異常振動現象，則可判斷震動為機台外部環境所致。
針對細粒度、軟結合度砂輪研磨輥筒的建議條件調整
在使用細粒度（fine grit）、軟結合度（soft bond）的砂輪進行輥筒研磨時，若出現短波紋或加工不穩定，可考慮以下對策：
- 將砂輪的轉速降低至原設定的60%至70%。
- 降低砂輪速度可減少加工中的切削力變化與熱變形，進而提升研磨穩定性並抑制短波紋產生。
原因三:油壓系統的震動
在磨床運作中，若油壓泵或放洩閥（Relief Valve)出現錯誤作用，可能導致油壓系統壓力不穩，進而產生週期性或間歇性震動，這些震動會傳導至主軸或工作台，導致工件表面形成短波紋。
如何判斷油壓故障
- 如果需要將放洩閥調整至極低壓力才能使系統穩定運行時，表示該油壓單元可能已故障或磨損嚴重。
- 若油壓系統各單元的異常現象已相當明顯，應針對故障元件逐一檢查與更換，以「對症下藥」。
其他可能相關因素
除了油壓單元本身，也應注意以下部分是否存在異常：
- 聯軸器（Coupling）的排列與對心狀況：若偏心或鬆動，也可能產生震動。
- 冷卻泵的作動情況：冷卻泵異常可能引起流體壓力波動，進一步影響系統穩定性。
原因四:來自馬達的震動
全面檢查所有馬達的震動狀況
- 使用震動計或手感初步判斷，針對異常震動進行進一步檢測。
如果發現某一個馬達有震動現象，可以依以下步驟進行檢查：
- 是否有確實鎖固於底座：馬達若未牢固固定，運轉時會產生共振與偏擺。
- 滑輪是否平衡：不平衡的滑輪會導致偏心運轉，引起連帶震動。可使用動平衡機進行檢查與調整。
- 馬達軸是否偏擺或對心不良： 檢查軸是否彎曲或與連接軸如:聯軸器對心偏移。必要時進行軸心校正。
原因五:來自鏈條和鏈輪的震動
在研磨設備中，若工作驅動機構採用鏈條與鏈輪作為傳動方式，需特別注意以下幾點，以避免因傳動不穩造成工件表面出現短波紋（short periodic waviness）：
- 鏈輪多角形效應（Polygonal Effect）
- 鏈輪實際運動並非完美圓形，而是呈現多角形運動軌跡，稱為「多角形效應」，這會導致鏈條輸出運動的瞬時速度產生週期性波動。
- 驅動鏈輪尺寸越大（齒數越多），此波動效應越小，有助於提升旋轉平穩度。
- 若使用齒數過少的驅動鏈輪，或鏈條角度變化過大，容易使工件旋轉產生微小週期性變化，進而在研磨中導致短波紋產生。
- 鏈條張力的調整
- 維持鏈條的適正張力有助於穩定傳動，減少因鏈條鬆弛或跳動而導致的加工不均。
- 張力過鬆會導致跳齒與衝擊，張力過緊則會增加負載並引起震動。
零件磨損檢查與更換
- 若震動來自鏈條或鏈輪的嚴重磨耗（如拉長、齒形變形、偏擺等），應立即更換新品，以恢復傳動穩定性。
- 定期進行潤滑與張力檢查，可延長壽命並減少不穩定因素。
原因六:主軸台的密封太緊
在研磨設備中，若主軸台使用氈（毛氈）或其他密封材料作為防塵或防油結構，應注意密封壓力是否過大。
密封材過緊的影響:
- 當密封過緊時，會對心軸（主軸）產生阻力，形成類似「制動」的作用。
- 此阻力會干擾主軸的正常旋轉，即使在皮帶張力正確或偏鬆的情況下，也可能出現異常運動。
※在皮帶鬆弛時，用手可輕易轉動面板，這才是正常狀態。
密封材過緊的表現狀態
若密封過緊，即使皮帶鬆弛，仍會造成主軸旋轉間歇性受阻：
- 皮帶過緊時：主軸運動呈跳躍狀（jerky motion）。
- 皮帶鬆弛時：主軸可能轉速降低甚至停止。
- 該現象會隨每轉一圈重複數次，產生不規則或週期性的轉動干擾。
如何解決密封材過緊的問題
- 檢查主軸密封壓力，確保密封材接觸適當、不產生過大摩擦力。
- 若使用氈類密封，應考慮其壓縮量與潤滑狀況。
- 測試時可鬆開皮帶，手動旋轉主軸，確認轉動是否順暢無異常阻力。
- 必要時可更換低摩擦係數密封材料，或調整安裝方式減少壓迫。
原因七:不完全的齒輪作用
在使用齒輪傳動驅動工件旋轉的磨床中，若齒輪運作不完全或不穩定，會直接影響工件旋轉的接觸均勻度，導致出現短波紋。
常見的異常現象
- 齒輪咬合不完全或動作不連續，會導致工件旋轉速度出現微小但持續的變動。
- 這類變動會使砂輪在某些點接觸時間變長，而其他點則快速略過，造成表面加工量不一致。
新舊齒輪的對應方式
新齒輪初期不當配合：
- 若問題出現在新更換的齒輪，可能是因表面微觀干涉或加工痕跡造成咬合不良。
- 可用混有少量軟磨料的潤滑油進行手工抹磨，促進齒面配合。
※注意：抹磨過程需小心控制，避免磨料過粗或過度施力，以免造成齒形失真或破壞齒輪精度。
齒輪已磨耗或損傷：
- 當齒輪出現明顯磨耗、點蝕、缺齒或偏心時，會加劇傳動不穩定。
- 此時應更換齒輪，避免進一步影響加工品質。
結論
短波紋是研磨加工中常見的表面缺陷，其形成通常與機械震動或傳動系統不穩定有關。從皮帶厚度不均、馬達或鏈條震動、主軸密封過緊，到齒輪傳動不良等，皆可能造成工件旋轉的週期性變化，使砂輪在工件表面產生不均接觸，進而形成短波紋。因此，預防與改善短波紋，需從整體傳動系統與震動來源著手，逐一排查與校正，確保傳動平穩、結構剛性足夠，並採用適當的砂輪條件與加工參數。透過系統性檢查與維護，可有效提升工件表面品質，避免重工與不良率提升。
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