臺灣博碩士論文加值系統

提升加工機的生產力為目前製造業和研究單位最主要的相關課題，因為不當的操作容易產生嚴重的顫振，這不僅會導致工件表面產生嚴重的刮痕，降低機床主軸及刀具的壽命，以及會帶來擾人的切削噪音。因此，本論文提出智慧型切削控制應用技術，能夠即時監測顫振現象的發生並且進行有效的抑制顫振。
傳統的顫振檢測工具大多以測力計偵測切削力的變化或者使用加速度計來監測主軸或工件的振動量等，這兩種都屬於侵入式的檢測方法。而本研究使用麥克風擷取切削時產生的聲音訊號屬於非侵入式檢測方法，將音訊傳送至電腦，利用MATLAB進行快速傅立葉轉換，其結果作為調整主軸轉速之回授訊號。這種方法最主要的因素是不需要針對加工機床的結構進行複雜的修改，就能達到顫振抑制的效果。
為了能夠更有效的證明本研究所提出的智慧型切削控制應用技術，能夠改變加工工件的表面精度，因此實驗結果將使用表面粗糙度儀進行量測，能夠區別穩定切削與顫振切削的表面粗糙度。
由實驗結果顯示，本研究所提出的智慧型切削控制應用技術，能夠即時的分析並判斷其顫振訊號以調整主軸轉速達到抑制顫振的效果，且由表面粗糙度的量測結果證明了本研究能夠改善工件的表面精度及減少切削時所造成的擾人噪音。

The development of robust condition monitoring system for machine tool chatter is an important task because the chatter has a significant effect on the tool life and pro-cessing surface quality. This paper presents the architecture of data acquisition system for detecting tool chatter in turning processes in order to develop an on-line condition monitoring system.
In this work, a microphone is installed near the spindle and is used to monitor the machine tool processing state in real time, thereby improving the processing quality. Using frequency domain processing and the deterministic frequency domain chatter analysis, a microphone is shown to provide a proper and consistent signal for reliable chatter detection and control. The experimental results show that the proposed system successfully measures the chatter vibration frequency during unstable milling and feed-back control is applied to suppress chatter vibrations.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 顫振監測相關文獻 2
1.2.2 顫振控制相關文獻 5
1.3 研究目的 12
1.4 本文架構 13
第二章 研究相關原理 14
2.1 切削原理 14
2.1.1 切削運動 15
2.1.2 銑削運動 15
2.2 切削穩定特性 16
2.3 顫振原理 19
2.3.1 強迫振動 19
2.3.2 自激振動 20
2.4 時域訊號分析 20
2.5 頻域訊號分析 21
2.6 表面粗糙度 26
第三章 抑制顫振回授系統 28
3.1 控制與自動控制 28
3.1.1 控制介紹 28
3.1.2 回授控制之基礎 29
3.2 回授控制系統設計 30
3.2.1 MATLAB訊號分析 30
3.2.2 單晶片 32
3.3 電路設計 34
3.4 顫振準則 36
3.4.1 時域分析 36
3.4.2 頻域分析 38
3.4.3 表面粗糙度檢測 45
第四章 顫振抑制之驗證與結果 46
4.1 實驗硬體設備 46
4.1.1 CNC加工機 46
4.1.2 輪廓測試儀 48
4.1.3 麥克風 49
4.1.4 銑刀 50
4.1.5 電腦設備 51
4.2 實驗規劃 52
4.2.1 麥克風安裝位置 53
4.2.2 電路版控制主軸轉速 56
4.2.3 電腦分析判斷 58
4.3 抑制顫振之證實 59
4.3.1 實驗一 59
4.3.2 實驗二 62
4.3.3 實驗三 65
4.4 實驗結果 68
第五章 結論與未來展望 69
5.1 結論 69
5.2 未來展望 69
參考文獻 71

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