臺灣博碩士論文加值系統

主軸高速化係工具機發展之重要趨勢，而在高轉速下，主軸各組件功能所受之影響為發展高速主軸必須探討之課題。
主軸拉刀機構係利用盤型彈簧提供適當的拉刀力，將刀具固定於主軸上，並確保在切削時發揮足夠的強度。拉刀機構之盤型彈簧，在高轉速產生之離心力使盤型彈簧變形，而減弱彈簧強度，拉刀力即因而受影響，失去原設定的拉刀效果，另外，刀把定位夾頭亦因高轉速之離心力影響，刀具挾持力亦降低，致使拉刀力需提升才能確保其拉刀效果。
本研究即針對轉速可高達12萬轉之氣浮高速主軸，利用〝ANSYS〞有限元素分析軟體，探討其拉刀機構，在高轉速下拉刀力之變化量，選以不同尺寸及不同疊合方式之盤型彈簧，配合不同斜錐角度之刀把定位夾頭作分析，了解氣浮主軸拉刀機構如何才能在高轉速下，維持一定之拉刀力，及在預設拉刀力的需求情況之下，盤型彈簧尺寸及疊合方式參考值，提供設計者作為設計氣浮高速主軸拉刀機構之參考。

Spindle tends to be high speed in the development of machine tools. With high rotational speed, the function of each part of the spindle could be changed. It is an important topic to investigate the influence of the function of each part in developing the spindle with high speed.
Provided a suitable put-in force by the Belleville springs, the drawbar mechanism of spindle could fix the tools on the spindle. Due to the centrifugal force generated by the high speed rotation, the Belleville springs of the drawbar mechanism would be deformed and that would reduce the strength of the put-in force. On the other hand, the tool-holding force would also be decreased. Therefore, the Belleville springs of the drawbar mechanism have to be adjusted to keep the put-in force.
In this study, the air spindle with the rotational speed over 120000 rpm is focused, the finite element analysis software 〝ANSYS〞 is utilized to investigate the variation of put-in force of the drawbar mechanism in high speed. Coordinating with different bevel angles of tool-holding device, different sizes and stack modes of the Belleville springs are selected to analyze how to keep the fixed put-in force of the drawbar mechanism under high rotational speed. Find out the sizes and stack modes of the Belleville springs with the presetting put-in force to provide the designer as a reference for designing the drawbar mechanism of the high speed air spindle.

摘要...........................................................i
英文摘要......................................................ii
誌 謝........................................................iv
目 錄.........................................................v
圖 目 錄.....................................................vii
表 目 錄......................................................ix
符 號 說 明....................................................x
第一章緒論..................................................1
1.1前言..................................................1
1.2研究動機與目的........................................1
1.3文獻回顧..............................................3
1.4問題描述及研究方法.....................................7
第二章氣浮高速主軸拉刀機構...................................9
2.1氣浮高速主軸之應用.....................................9
2.2主軸拉刀機構之介紹....................................12
2.2.1工具機拉刀機構.......................................12
2.2.2氣浮高速主軸拉刀機構..................................14
第三章盤型彈簧變形分析......................................18
3.1盤型彈簧簡介.........................................18
3.2盤型彈簧之基本理論....................................23
3.3盤形彈簧ANSYS模擬分析模式驗證.........................25
第四章拉刀力計算...........................................34
4.1拉刀力計算模式推導....................................34
4.2實例計算.............................................41
4.3斜錐面角度及轉速對拉刀力的影響.........................46
第五章拉刀機構有限元素分析..................................53
5.1盤型彈簧的影響.......................................53
5.2刀把定位夾頭的影響....................................57
5.3拉刀力分析...........................................62
5.3.1位移分析.............................................62
5.3.2靜態拉刀力...........................................68
5.3.3動態拉刀力...........................................70
第六章結論.................................................73
參考文獻......................................................75
附錄一、PCB鑽控機規格..........................................78
附錄二、刀具夾頭尺寸圖.........................................80
附錄三、刀具夾頭立體圖.........................................81
附錄四、刀把定位夾頭尺寸圖.....................................82
附錄五、刀把定位夾頭立體圖.....................................83
附錄六、拉刀推桿尺寸圖.........................................84
附錄七、拉刀推桿立體圖.........................................85
附錄八、夾頭動態變形分析圖.....................................86

[1].沈哲民，1997，主軸拉刀力動態量測及探討，國立中正大學機械工程研究所，
碩士論文
[2].杜陳忠，1994，“切削液流經主軸系統研究”，機械工業雜誌，頁207~212，4
月
[3].邵軒誼，1996，主軸扣緊刀把裝置之類型合成及盤形彈簧設計，國立中正大
學機械工程研究所，碩士論文
[4].林傳生，1999，Matlab之使用與應用，八版，儒林圖書有限公司，台北市
[5].林柏村，孫榮宏，謝瑞權，2000，“PCB鑽孔機刀把之離心變形分析”，第十七
屆中國機械工程研討會論文集，頁485-492，高雄市，12月
[6].虎門科技股份有限公司網址：www.cadmen.com.tw
[7].秦德森，1997，主軸拉刀保持裝置之類型合成與拉刀機構設計，國立中正大
學機械工程研究所，碩士論文
[8].恩德實業股份有限公司網址：www.anderson.com.tw
[9].陳勇達，1996，主軸拉刀力量測裝置之規劃、設計與量測，國立中正大學機
械工程研究所，碩士論文
[10].陳家榮，1985，“綜合加工機主軸頭設計重點與分析”，機械工業雜誌，頁53~
61，4月
[11].陳精一，蔡國忠，2000，電腦輔助工程分析－ANSYS使用指南，初版，全華
科技圖書股份有限公司，台北市
[12].張燦陞，1987，直徑0.5 mm以下鑽頭扭矩量測，國立台灣工業技術學院工程
技術研究所，碩士論文
[13].黃俊弘，1993，“綜合加工機的刀把”，機械工業雜誌，頁301~314，4月
[14].黃俊弘，1994，“馬達內藏式主軸發展趨勢”，機械工業雜誌，頁208~212，9
月
[15].黃俊弘，1994，“工具機主軸的專利回顧”，機械工業雜誌，頁197~206，4月
[16].黃以文，1990，創造性機構設計之專家系統，國立成功大學機械工程研究所，
博士論文
[17].曾中慶，2001，ANSYS訓練課程講義，虎門科技股份有限公司，台灣省台南
縣
[18].堤正臣，阿武芳朗，江幡廷男，1977，“7/24 Taper 結合部之剛性研究”，日
本機械學會論文集（Ｃ編），48卷431號，頁1050~1058
[19].劉晉奇，2000，ANSYS基礎課程講義，虎門科技股份有限公司，台灣省新竹
市
[20].賴育良，林啟豪，謝忠佑，1998，ANSYS電腦輔助工程分析，初版，儒林圖
書有限公司，台北市
[21].顏鴻森，許正和，1983，“新機構之類型合成法”，中國機械工程學刊，第4卷
第1期，頁11~23
[22].ANSYS Inc., ANSYS Analysis Guides
[23].Anon, 1987, “Hydraulic Quick Tool Clamping Systems”, Sheet Metal Industries,
Vol.64, No.12, December, pp.626-628
[24].Delores M.Etter, 1997, Engineering Problem Solving with Matlab, 2nd Edition,
Prentic－Hall, New Jersey
[25].E.I. Rivin, 1991, “Trends in Tooling for CNC Machine Tools：Machine System
Stiffness”, Manufacturing Review, Vol.4, No.4, Decmber, pp.257-263
[26].E.I. Rivin, 1991, “Trends in Tooling for CNC Machine Tools：Tool-Spindle
Interfaces”, Manufacturing Review, Vol.4, No.4, Decmber, pp.264-274
[27].J.H. Wang and S.B. Horng, 1994, “Investigation of the Tool Holder System with a
TaperAngle 7:24”, Int. J. Mach. Tools Manufact., Vol.34, pp.1163-1176
[28].Kenneth H.Huebner, Earl A.Thornton, Ted G.Byrom, 1995, The Finite Element
Method for Engineers, 3rd Edition, Wiley-Interscience, New York
[29].M.Weck, 1994, “New Interface Machine/Tool：Hollow shank”, Annals of the
CIRP, Vol.43, January, pp.345-349
[30].M. Rahman, M. Tsutumi, 1993, “Effect of spindle speed on clamping force in
turning”, Journal of materials Processing Technology, vol.38, No.1-2, February,
pp.407-416
[31].M.F.Spotts, 1985, Design of Machine Elements, 6th Edition, Prentic-Hall, New
Jersey
[32].Noboru YAHATA, Masaaki WATANABE, Nobuyuki ISHII, 1993, “Analysis
of Coned Disc Spring by Finite-Element Method”, 日本機械學會論文集（Ｃ
編）, 59卷, 567號, November, 頁260-265
[33].P Bűhl, 1979, “Dynamic loading of disc spring stacks”, CME, November, pp.44-48
[34].SCHNORR, 碟型彈簧片型錄
[35].Saeed Moaveni, 1999, Finite Element Analysis. Theory and Application with
ANSYS, Prentice-Hall, New Jersey
[36].T.R. Kim, S.M. Wu, K.F. Eman, 1989, “Identification of Joint Parameters for a
Taper Joint”, J. of Eng. for Ind., ASME , Vol.111, August, pp.282-287