【腿部製作篇】04：大腿─髖可動球關節製作 車床加工篇

在前回的【腿部製作篇】03中，繼承了開場兩篇詳盡的介紹，大頭老師示範了構型的分解，活用膠板鏡射、多重蒙皮與輔助支架的技巧聯合，在GK複製的支援下完成了多層次面變更、融合弧線與硬面的小腿殼造型。

如何解決手工難以完成渾圓的造型、快速加工出球狀的表面？ 回顧【上身製作篇】系列的寶玉製作篇章，大頭老師使用車床/電鑽簡易車床透過高速旋轉膠塊切削/打磨的解法令人印象深刻。延續該技術的基礎，在「大腿─髖可動球關節」的系列篇章中，老師將從規劃起始，徹底介紹突破市售球型關節大小限制、解放造型應用的手工髖關節與車床/電鑽簡易車床操作手法。

粗分件規劃、簡易車床構成、膠塊車床加工、補土旋轉刨刮法、水晶補土翻製、複製品再加工

在機械人造形用球型關節依照安裝位置所賦予的功能性結構特化─雙軸棒或單軸棒配PC咬合件─前，球形本身依照加工最適的手法，基本可分為下剖面圖中以顏色標記的三件體：

黃色是加工生成的球形蓋、綠色是黃色的複製品；藍色部分則為環狀殼。

和【上身製作篇】中寶玉製作的手法有所差異的，考慮將一體的膠/補土塊直接切削成球形後再鋸分的方式會造成嚴重無法透過少量手工再修整的造型損失，故進入車床加工前必須先建置機構、令兩件能自由的拆組嵌合。

同前節起始的分件概念，粗機制將針對黃色的球形蓋與藍色的環狀殼進行分段介紹。

仔細觀察前面展示的分件與粗件圖，藍色的環狀殼中分切線恰好是球形當前最容易訂定半徑的點。

取量目標想使用區域的CG粗模或實體空間，選擇最接近數據的膠管、在管上直套兩節更大管徑且兩段等寬的薄殼，即可撐出足夠抵消切削損失的環狀殼雛形。 確認薄殼寬度足夠後，以鉛筆勾出管切斷的位置、使用迷你電鋸分切；在配合等殼寬的襯墊輔助物的幫忙下，運用打磨棒/銼刀剉平切口的凹凸。

之後再次把環殼用的外壁套入，確認彼此完全切齊後，點上染色的瞬間膠做出不會受切削或打磨消除的中剖線。 如果膠管因製作目標剛好落在市售品直徑段差比較大的級距內容易留下空隙而無法嵌合，老師會建議各位使用次回的補土旋轉刨刮法來製作。詳細的方式請見次回。

為了不使用瞬間膠而保留球形蓋和環狀殼兩件的獨立性，在製作切削用的球形蓋粗材時，必須從提供兩件咬合機制的「嵌合段」開始做起。

如上二圖，該嵌合段將取環狀殼管內徑長以圓規在厚膠板上畫圓，在預留打磨損失量的狀況下加以裁切。之後用手鑽垂直通穿圓心，配合固定輔具夾組在迷你電鋸的刀刃位或電鑽的鑽頭夾具處，旋轉磨去預留的緩衝造型製成圓板。 考慮後續的製作便利性，老師建議直到下一節的零件完成前，都不要對本圓板做任何的額外處置。

接著是籌備球形蓋的切削素材。 如上圖示意，取環狀殼的內襯管配上一根管徑較小、可互套的膠管組成雙層結構，然後一次量取「球半徑長減環殼半寬」的長度裁斷。經同環狀殼管柱裁切後的切口處理後，使用瞬間膠將兩層永久固定，形成下二圖的樣貌。

至此，小節首的黃色區域已經初步完成。假組堆砌的型態則應如下圖展示：

如果想製作的球形較小不易找到可互套的膠管，則可考慮重複製作嵌合段的圓形膠板充填膠管內部直至填滿。值得注意的是：如同前述內容，所有圓形膠板應維持單片零件的樣貌保存，到最後再予以黏著固定。

綜觀當前完成的粗結構，無論是巴力使用的雙環球形蓋或管配多片圓形膠板砌出的切削材，其假組既無法承受高速旋轉、也沒辦法和車床的夾具連結固定。 為了解決上述的問題，大頭老師將額外於兩件的內部增設如上圖以紅色標示的T字形部件─可被車床/電動鑽頭夾具固定推壓夾組的軸棒，一氣將進度推向切削的目標。

和普通造型製作中使用膠板垂直黏貼膠棒的手法有些許不同，欲製作這支在組裝狀態下可與車床夾具一同提供分件壓力扣合的夾組用軸棒，必須從增加每一假組面的靜摩擦力下手。 在巴力的髖關節製作中，首先取可被車床夾具固定的膠棒與恰好可套住膠棒的膠管，以膠管的外徑數據於另一片膠板上畫出圓板、裁切後同前述嵌合段處理後自圓心貫通開孔，直至可容納膠棒的大小後借助膠管、作上圖校正同步的立柱固定處理。 第二步中，取膠板依雙套的球形蓋內徑切磨出圓板。在置於球形蓋底─位於下細分解圖嵌合段 (白色箭頭標示) 上方的青綠色部分─的狀態下固定。 第三步則將整膠棒─膠管互套的集成通穿新固定的底圓板，對膠管 (而非頂端追加的小蓋) 立柱固定。完成後抽出膠棒，修剪膠管留下環口。該環在下圖以深藍色表示。 最後，修整嵌入段的中央口徑至膠棒直徑，將整片膠板對齊球形蓋外襯的膠管邊線，整合固定。 新增的咬合段落除T形部件頂端與球形蓋內部的平面接觸點、嵌入在球形蓋內的膠管亦能提供T形棒立柱的摩擦力補強。

如果是使用前一節裁切數片嵌入段複製品堆疊充作切削材的做法，則選球形蓋最外側的一片圓形同樣選圓心配合膠棒─膠管的組合作立柱完成可拆的T形棒，其餘細節均無差異。 全體的零件群與假組 (嵌合段尚未黏貼) 的狀態如下系列圖：

車床 (Lathe) ，顧名思義是一種將加工物固定在一旋轉主軸上透過刀具接觸角的不同而切削加工出造型的工具機，適合加工圓柱形物件。巴力的髖關節製作所需的車床操作說複雜可以極其麻煩，欲製作完美球形的話需動用CNC車床完成、但簡單起來的話只要掌握基本原則就能在誤差容許的範圍內做出不錯的成品。

說起車床，或許是因為CNC車床給人牽涉複雜電腦控制的印象而總覺得昂貴而難以親近─事實和感覺恰好相反。如果只是單純的機械定轉、無自動控制切削臂運作的車床，網購即可在3000元新台幣左右的預算範圍內取得。 這種機種的車床通常可以看做一個馬達帶動一組固定口徑的夾具、一個對向可內推夾壓的尾座與滑軌上自由移動的刀床組成。由於不是每個人都有這種需求─就連大頭老師也沒有時常使用的必要─所以如果有認識朋友可以出借的話，出些預算借來一用也是個好的方式。

如果沒有擁有車床的朋友也不要氣餒。 因為巴力的髖關節實際動用車床的部分只有馬達與馬達連動的夾具部分，其切削的刀刃甚至可以用銼刀或打磨棒代替，自製一個簡易的版本也不困難─只要找到大型電動鑽頭或手持式電鑽配上足夠重量的金屬夾具，放在平穩的桌上將切削的對象伸出桌沿外骨碌碌的製作也是個好點子。

使用車床時，請注意下列安全事項：

由於定速的純機械式車床轉速很快，考慮巴力髖關節的零件不是全一體成形如寶玉那樣的實心結構有散架的風險、切出的造型要連續改變接觸角也相當不容易，故老師決定本次的製作使用簡易車床進行加工較為保險─但該做的防護，一樣也不能少！

實際的製作用文字和圖片敘述相當簡單：將前述的T形棒插入適當的電鑽夾具中，配合球形的表面是連續的變動面，逐步調整刀刃/銼刀和材料的接觸面角度切削成形。

完全沒有經驗的朋友面對第一次的操作，會發現高轉速帶來的高切削效益容易造成造型偏失、嚴重的話會破壞組件。為了解決這一點，請透過查詢使用的電鑽或手鋸的馬達轉速進行簡易車床設置或調整，由慢到快逐步完成。 當然，真的對手感沒有信心的話，除了考慮向上出動CNC外，使用下一回補土旋轉刨刮法的步驟製作也是個好方法。 完成後的零件分拆如下：

如果你是擅長觀察相片與概念稿的朋友，應該會在一系列的內容中注意到巴力的關關節正面與背面造型不同─背面是完全的球形、正面則和腿部裝甲接觸的平面。 同本章文首提到的球面造型差異不利減法切除的因素，故必須在進入髖關節後續加工的步驟前，先針對球形蓋造型進行區別化。本回中，大頭老師將介紹簡易的水晶補土複製法，並將特殊造型的加工內容交給次回分明。

首先先隔水加熱水晶補土，待軟化呈現鬆垮樣後取出，將零件放在桌上圓面朝上迅速的將圓形蓋的零件押入表面，當零件完全被水晶補土完全包裹 (但嵌入段的L形槽不能填入) 後放置等待冷卻。 冷卻硬化後翻轉零件令嵌入段朝上，以遮蓋膠帶貼過壓凹的圓形凹槽外圍，然後用塑膠袋包裹剩下的部分，再次用遮蓋膠帶固定完成隔離層。 至於另一面的L形槽形狀，則再次使用軟化的水晶補土沿著隔絕面推入壓合，同樣等待冷卻硬化，確認兩件可自由拆卸、內部造型沒有巨大影響造型的氣泡後，就可以拿來用瞬間膠補土灌模成形。

本步驟將重複兩次，共完成兩片零件。 後續頂蓋上球面的造型補足，同樣可以參照車床切削的方式完成，或參見下回的方式補做造型以T形軸棒插入；至於純粹縮小環口口徑，則挑選恰當的膠管或膠板來填充黏貼即可。

全部的最後，將所有的零件串上適當的棒狀結構做成適合GK翻模的樣子，再次執行兩次複製。後續的加工將全部比照GK翻模品施行，以保證失敗時仍然可以透過原型複製出需要的零件再加工。