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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:賴銘勤
研究生(外文):Ming-Chyn Lai
論文名稱:五軸同動CNC工具磨床之電腦輔助銑刀磨製系統
論文名稱(外文):A Computer Aided Milling-Cutter Manufacturing System For Five-Axis CNC Tool Grinder
指導教授:鄭璧瑩
指導教授(外文):Pi-Ying Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:切削刀具銑刀工具磨床螺旋溝槽電腦輔助製造數值控制
外文關鍵詞:Cutting ToolMilling CutterTool GrinderHelical GrooveComputer Aided ManufactureNumerical Control
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在機械製造加工過程中,切削刀具(Cutting Tool)是不可或缺且為最重要的工具之一,刀具的性能和品質的優劣對於切削加工的精度、效率和產品品質皆有直接且嚴重的影響。在加工工件之複雜曲面造型,銑削作業佔了大部分,因而我們對於銑刀(Milling Cutter)本身的要求就不得不謹而慎之。過去,用以研磨刀具之傳統工具磨床,限於機能不足需配予研磨附件,是以採分段研磨方式,因而喪失了部分銑刀精度、且導致銑削作業時之排屑不順。更者,一般製造者對於銑刀之螺旋溝槽(Helical Groove)研磨的技術,乃是從無數次試誤法中取得之寶貴經驗,缺乏一致且共通之研磨依據,使得研磨作業遲遲無法標準化。近年來由於多軸CNC(Computer Numerical Control)工具磨床的開發,銑刀研磨方式可採一次研磨完成,有助於銑刀精度的提升與銑削作業時之排屑流暢。然而在實際上,國內之刀具研磨作業仍存在一些製程系統整合上的問題,較明顯的就是缺乏一套有效之電腦輔助製造系統(Computer Aided Manufacture System),輔以刀具設計與研磨程序之規劃,以達到整體作業之彈性化和自動化。
本研究試著從建立銑刀螺旋刃口曲線模型著手,進一步開發電腦輔助銑刀磨製軟體,以模擬加工後之銑刀螺旋溝槽截形,並規劃銑刀磨製的流程,最後將銑刀加工路徑規劃結果轉出為NC加工程式碼,供五軸CNC工具磨床控制器讀取進行加工,並採用VERICUT程式與雷射位移計為銑刀螺旋溝槽做驗證與檢測,進而整合發展出一套五軸CNC工具磨床之電腦輔助銑刀磨製系統。本研究同時也在實驗室建立一套NCTU_CIDM_TOOL 2002五軸CNC銑刀磨床做為程式系統的驗證與示範教學研究之用。

Cutting tools play a very important role in the field of mechanical manufacturing. The performance and quality of tools have direct and serious influences on the precision and efficiency of cutting machining and the quality of products. Milling operations are predominantly used for milling complex surface shapes. So we must be careful with the demand of milling cutters themselves. In the past, the traditional tool grinder was being used to grind tools limited to a few functions and needed other grinding attachments, to take the grinding separately. By doing so, it loses some precision of the milling cutters and resulting in eliminating chips unevenly in milling operations. Moreover, for common manufacturers, the technique of helical groove machining of the milling cutters is still approached from an empirical trial and error method. Owing to lack of identical and common basis of milling, this makes the milling operations standardized lately. Recently, the development of the multi-axes CNC tool grinder makes it possible to finish just one process. By this way, it is helpful to get better precision of the milling cutters and eliminate chips smoothly. However, there are still some integral problems of manufacturing system existing in the domestic tool grinding operations. What is obvious is the lack of an effective CAM system, which is necessary to design milling cutters and plan the grinding process, so as to attend the goal of flexibility and automation of the all operations.
This research is trying to build the mathematical geometry model of milling cutters firstly, and then to develop the simulation software of grinding milling cutters. The functions of the software include the cross-profile evaluation mode of milling cutters after grinding. The user-friendly processes planning mode is also provided. The proposed system provides post process to generate NC code for specified five-axes CNC tool grinder. It enables us to submit NC code to the tool grinder to process machining via RS232 port or other specified I/O port. V ERICUT Simulation Software and laser displacement detector is adopted to measure the tool profile of the grinded products. If needed, compensation of some typical parameter is available. Beside of the development of integrated software system, the five-axes tool grinding machine system, NCTU_CIDM_TOOL 2002, is also constructed for evaluation and demonstration of the study.

目錄
【中文摘要】 1
【Abstract】 2
第一章 緒論 10
1.1 文獻回顧 12
1.2 研究動機 13
1.3 研究流程規劃圖 15
第二章 銑刀數學幾何模型 16
2.1 螺旋角的定義 17
2.2 銑刀螺旋刃口曲線幾何模型 18
2.2.1 迴轉刀具之等螺旋角螺旋刃口曲線求解的模型 18
2.2.2 整合迴轉面迴轉銑刀 20
2.3 銑刀截形說明 22
2.4 砂輪進給速度 23
2.5 螺旋溝槽製造模型 24
2.5.1 溝槽製造模型正向問題求解 25
第三章 實驗硬體設備 28
3.1 NCTUME_CIDM_TOOL 2002五軸CNC工具磨床系統架構 29
3.2 馬達控制介面 30
3.2.1 馬達部分 30
3.2.2 馬達驅動器部分 32
3.2.3 六軸運動控制介面卡 (EPCIO-6000) 34
3.3 雷射位移計 37
第四章 電腦輔助銑刀磨製系統軟體的研發 39
4.1 參數設定 41
4.1.1 砂輪參數設定 41
4.1.2 加工機參數設定 42
4.1.2.1 加工機行程範圍、參考點定義 42
4.1.2.2 加工機校刀 44
4.1.3 銑刀參數設定 46
4.2 銑刀螺旋溝槽截形模擬 47
4.2.1 刃背(Land)寬度 49
4.2.2 銑刀截面與螺旋溝槽截形 50
4.2.3 交接面上砂輪徑向進給速度的連續性 51
4.3 銑刀磨製流程規劃 51
4.3.1 物件導向(All in One) 52
4.3.2 道次導向(Assembly) 53
4.4 NC加工程式碼轉出 54
4.4.1 連續加工路徑(Continuous Points)規劃 55
4.4.2 點對點(Point To Point)加工路徑規劃 55
4.4.3 砂輪之於加工路徑規劃的考量 55
第五章 實驗方法與結果驗證 57
5.1 參數定性分析 58
5.2 電腦輔助銑刀磨製程式範例 65
5.3 VERICUT切削模擬軟體模擬加工結果 72
5.4 實驗加工結果與檢測 73
第六章 結論與未來展望 75
6.1 結論 75
6.2 未來展望 75
【參考文獻】 77
圖表目錄
表1.1、工具磨床軸數與其能研磨刀具之種類 11
圖1、研究流程規劃圖 15
圖2.1、銑刀數學幾何模型建立流程圖 16
圖2.2、迴轉刀具示意圖 17
圖2.3、整合迴轉面迴轉銑刀示意圖 20
表2.1、整合迴轉面迴轉銑刀之六種不同態樣 21
圖2.4、銑刀截形輪廓 23
圖2.5、迴轉銑刀與砂輪座標系示意圖 24
圖2.6、砂輪截形曲線示意圖 27
圖3.1、NCTUME_CIDM_TOOL 2002架構圖 28
圖3.2、五軸CNC工具磨床各軸定義 29
圖3.3、AC伺服馬達驅動器規格說明 33
圖3.4、AC伺服馬達驅動器外觀 (Panasonic MIMAS Series) 33
圖3.5、EPCIO-6000硬體面板配置圖 34
圖3.6、EPCIO-6000 接頭說明 35
圖3.7、EPCIO-6000機能方塊圖 36
圖3.8、雷射位移計量測原理 37
圖3.9、雷射位移計與量測範圍與解析度 38
圖4.1、電腦輔助銑刀磨製系統之程式發展架構圖 40
圖4.2、砂輪參數設定畫面 41
圖4.3、實驗加工機台X、Y、Z、A、C軸定義示意圖 42
圖4.4、實驗加工機行程範圍、參考點定義畫面 43
表4.1、實驗加工機台各軸行程範圍 44
表4.2、銑刀磨製流程之物件導向規劃表 52
表4.3、銑刀磨製流程之道次導向規劃表 53
圖4.11、實驗加工機台磨製銑刀之作動流程圖 54
圖5.1、砂輪斜角對銑刀螺旋溝槽截形的影響 59
圖5.2、砂輪厚度對銑刀螺旋溝槽截形的影響 60
圖5.3、砂輪外徑對銑刀螺旋溝槽截形的影響 61
圖5.4、廣義等螺旋角度對銑刀螺旋溝槽截形的影響 62
圖5.5、徑向切削角偏距對銑刀螺旋溝槽截形的影響 63
表5.1、銑刀螺旋溝槽截形模擬之相關參數分析 64
圖5.6、砂輪參數設定畫面 65
圖5.7、加工機參數設定畫面 66
圖5.8、銑刀螺旋溝槽截形模擬結果圖 72
圖5.9、銑刀螺旋溝槽截形加工結果圖 73
圖5.10、端銑刀之螺旋溝槽(電木) 74
圖5.11、四刃端銑刀之螺旋溝槽(飛機木) 74

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