臺灣博碩士論文加值系統

本研究為智能化工具機之ㄧ的溫升熱補償技術，此技術在日德等先進工具機大廠的機台上已經普遍應用，而國內工具機廠真正將此技術商品化的依舊稀少，大部分尚在實驗階段。

　　車床的加工特性為機頭的工件主軸夾持工件，藉著圓柱型工件的旋轉產生動力，以固定的刀具車削加工。由於變動的速度及切削負載發生的頻率較高，當面對連續長時間的加工而產生熱變形，會影響刀具與工件之間相對位置的準確度，此等微小的變化會損失工件的加工精度。故本研究於車床上量測溫度及工件主軸的熱變形情況，將實驗所得到的數據作統計分析，以多元迴歸分析的方法，分析熱源與變形的關係，依此建立車床三個正交軸方向的熱變形模型。並藉由數據的分析與再利用，於模型中不斷地加入自變數的多次項、交乘項及落後項等檢定模型，最後再依據模型預測能力的優劣，選擇最佳的熱變形模型。本研究成功地建立熱變形模型之預測誤差的標準差約在5 μm內。

This study is one of the intelligent machine tools technology–Thermal Errors Compensation Technology. This technology has been used widely in advanced machine tools manufacturers such as Japan, Germany etc. However, there’re only few domestic factories that commercialize this technology, most of them are still at the experimental stage.

　　The lathe turns cylindrical workpiece with fixed tools. Through the rotating workpiece, and manufactures with fixed cutting tools. Due to the high changing speed and the frequency of the cutting load, long working hours results in heat deforming and affects the accuracy of the relative position between the tool and the workpiece. These small changes can damage the machining precision. Therefore, this study measures the temperature in the lathe, and the thermal errors of the workpiece spindle. Then we gathered the experimental statistics and analysis, by the multiple regression to analyze the relationship between the heat source and deformation, and made the three axis thermal errors model. Also, through analyzing the data, we keep adding items from polynomial, interaction and cyclical series in the model. Finally, based on the merits of the predictive ability of the model, we choose the best thermal errors model. This study successfully made thermal errors model standard deviation of the forecast error within 5 μm.

表　次 IV
圖　次 V
第壹章 緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 研究目的 2
第三節 研究的重要性 5
第貳章 文獻探討 7
第一節 以迴歸分析建模 7
第二節 以類神經網路建模 9
第三節 其他方式建模 10
第參章 研究方法 13
第一節 研究架構 13
第二節 實驗方法 14
第三節 多元迴歸分析 19
第四節 自變數的選擇 23
第五節 研究步驟 25
第肆章 實證分析 27
第一節 資料處理 27
第二節 自變數選擇的檢定 44
第三節 迴歸模型的檢定 49
第四節 模型預測能力之分析 57
第五節 模擬結果與討論 62
第伍章 結論 77
第一節 結果與討論 77
第二節 檢討與展望 78
參考文獻 80

表　次

表3- 1　溫度點的編號與位置概述 14
表3- 2　多元迴歸分析之資料型態 20
表3- 3　溫升熱補償的實驗條件 26
表4- 1　假設一的迴歸分析結果 44
表4- 2　假設二之迴歸分析結果 46
表4- 3　假設三之迴歸分析結果 47
表4- 4　假設條件之迴歸分析結果 48
表4- 5　多項式迴歸之分析結果 50
表4- 6　交互影響之分析結果 51
表4- 7　組合模式之分析結果 52
表4- 8　假設條件之迴歸分析結果 54
表4- 9　時間序列之分析結果 55
表4- 10　迴歸模型 的檢定結果 60
表4- 11　迴歸模型 的檢定結果 61
表4- 12　迴歸模型 的檢定結果 61
表4- 13　迴歸模型的檢定結果 62
表4- 14　 模型的預測誤差 72
表4- 15　 模型的預測誤差 72
表4- 16　 模型的預測誤差 73
表4- 17　修正後之 模型的預測誤差 76


圖　次

圖1- 1　車床的裸機架構示意 3
圖1- 2　車削加工的示意 4
圖1- 3　工件主軸與機頭的熱變形示意 4
圖2- 1　文獻中有關最佳自變數選擇的方法 12
圖2- 2　文獻中建立溫升熱變形模型的方法 12
圖3- 1　本研究的架構圖 13
圖3- 2　溫度點在機台上的位置示意 15
圖3- 3　熱變形量測工具的示意 16
圖3- 4　熱變形量測工具的實際安裝情況 16
圖3- 5　資料擷取的架構圖 17
圖3- 6　一維的熱變形情況 18
圖3- 7　自變數的選擇方式 23
圖3- 8　本研究的研究步驟 25
圖4- 1　單次定轉速1200 rpm的溫度差變化示意圖 28
圖4- 2　單次定轉速1200 rpm的變形量示意圖 28
圖4- 3　5次定轉速1200 rpm的溫度差變化示意圖 29
圖4- 4　5次定轉速1200 rpm的變形量示意圖 29
圖4- 5　5次定轉速1200 rpm的各溫度點與變形量的關係之散佈圖 31
圖4- 6　單次定轉速2000 rpm的溫度差變化示意圖 32
圖4- 7　單次定轉速2000 rpm的變形量示意圖 32
圖4- 8　5次定轉速2000 rpm的溫度差變化示意圖 33
圖4- 9　5次定轉速2000 rpm的變形量示意圖 33
圖4- 10　5次定轉速2000 rpm的各溫度點與變形量的關係之散佈圖 35
圖4- 11　單次定轉速3000 rpm的溫度差變化示意圖 36
圖4- 12　單次定轉速3000 rpm的變形量示意圖 36
圖4- 13　5次定轉速3000 rpm的溫度差變化示意圖 37
圖4- 14　5次定轉速3000 rpm的變形量示意圖 37
圖4- 15　5次定轉速3000 rpm的各溫度點與變形量的關係之散佈圖 39
圖4- 16　單次變轉速1200～3000 rpm的溫度差變化示意圖 40
圖4- 17　單次變轉速1200～3000 rpm的變形量示意圖 40
圖4- 18　8次變轉速1200～3000 rpm的溫度差變化示意圖 41
圖4- 19　8次變轉速1200～3000 rpm的變形量示意圖 41
圖4- 20　8次變轉速1200～3000 rpm的各溫度點與變形量的關係之散佈圖 43
圖4- 21　實驗A，5次定速1200rpm的實際值與預測值圖示 63
圖4- 22　實驗B，5次定速2000rpm的實際值與預測值圖示 64
圖4- 23　實驗C，5次定速3000rpm的實際值與預測值圖示 64
圖4- 24　實驗D，8次變速1200～3000rpm的實際值與預測值圖示 65
圖4- 25　實驗A，單次定速1200rpm的實際值與預測值圖示 65
圖4- 26　實驗B，單次定速2000rpm的實際值與預測值圖示 66
圖4- 27　實驗C，單次定速3000rpm的實際值與預測值圖示 66
圖4- 28　實驗D，單次變速1200～3000rpm的實際值與預測值圖示 67
圖4- 29　圖4-21～圖4-28中各曲線的標示與定義 67
圖4- 30　實驗A，5次定速1200rpm的實際值與預測誤差之圖示 68
圖4- 31　實驗B，5次定速2000rpm的實際值與預測誤差之圖示 68
圖4- 32　實驗C，5次定速3000rpm的實際值與預測誤差之圖示 69
圖4- 33　實驗D，8次變速1200～3000rpm的實際值與預測誤差之圖示 69
圖4- 34　實驗A，單次定速1200rpm的實際值與預測誤差之圖示 70
圖4- 35　實驗B，單次定速2000rpm的實際值與預測誤差之圖示 70
圖4- 36　實驗C，單次定速3000rpm的實際值與預測誤差之圖示 71
圖4- 37　實驗D，單次變速1200～3000rpm的實際值與預測誤差之圖示 71
圖4- 38　圖4-30～圖4-37中各曲線的標示與定義 72
圖4- 39　 熱變形模型於各實驗下的實際值與預測誤差 75

（1）中文部分

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（2）英文部分

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