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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:謝瑞權
研究生(外文):Luan-Chyuan Shieh
論文名稱:離心變形對高速主軸性能之影響
論文名稱(外文):The Effects of Centrifugal Deformation on the High-Speed Spindle
指導教授:林栢村林栢村引用關係
指導教授(外文):Bor-Tsuen Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:機械與自動化工程所
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:93
中文關鍵詞:扭矩彎曲剛性拉刀力主軸離心變形電路板鑽孔機
外文關鍵詞:spindleput-in forcecentrifugal deformationPCB drilling machine
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高速主軸係利用盤形彈簧提供適當的拉刀力,經過拉刀拉桿施加於刀把,使刀具能固持於主軸心軸,並確保在切削時主軸有足夠之剛性及扭矩。
本文研究之目的是探討電路板鑽孔機高速主軸,在高達12萬轉的轉速下,旋轉件之離心變形及其對拉刀力、扭矩及彎曲剛性之影響。
首先,確認ANSYS分析結果的準確性,針對轉動件之離心變形或應力,利用ANSYS分析結果與實測值,近似理論值及經驗值等進行比較驗證。接著針對電路板鑽孔機高速主軸,利用ANSYS進行相關性能之分析,包括分析刀具,刀把與心軸組合之彎曲剛性及扭矩,並決定拉刀力。隨後,分析心軸、心軸與刀把、刀把、拉刀拉桿及盤型彈簧之軸向變形。最後,以調整彈簧預壓力,確保主軸在高速運轉時的拉刀力、扭矩及彎曲剛性。
In a high-speed spindle, the Belleville spring is seted to apply put-in force on the toolholder through a drawbar. The toolholder can tightly hold the tool on the rotor of the spindle. Therefore, the spindle provides adequate torque and bending stiffness during machining.
This study is aim at the bending stiffness, drivable torque and put-in force of the spindle on the PCB drilling machine, when its rotational speed about 120,000 rpm.
First, the accuracy of ANSYS is examined by comparing its result with experiment test result, analytical results and experience formula of centrifugal deformation or stress of spindle parts. Then, the bending stiffness and drivable torque of high-speed spindle on the PCB drilling machine are calculated and the put-in force of that spindle is decided. After that, the axial deformation of toolholder, drawbar, Belleville spring, rotor and taper between toolholder and rotor are computed.
Finally, the pre-load of Belleville spring is adjusted to keep the bending stiffness, drivable torque and put-in force of spindle adequate at 120,000 rpm.
中文摘要 ………………………………………………………………………… i
英文摘要 ………………………………………………………………………… ii
誌謝 ………………………………………………………………………… iii
目錄 ………………………………………………………………………… iv
圖目錄 ………………………………………………………………………… vii
表目錄 ………………………………………………………………………… x
符號說明 …………………………………………………………………… xi
一、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 研究方法 ……………………………………………………………… 4
二、主軸離心變形驗證 ………………………………………………………… 5
2.1 主軸離心變形量測規劃 ……………………………………………… 5
2.2 主軸量測設備規劃 …………………………………………………… 8
2.3 量測結果 ………………………………………………………………11
2.4 分析結果驗證 …………………………………………………………15
三、ANSYS分析驗證 .…………………………………………………………18
3.1 主軸錐孔離心變形量驗證 ……………………………………………18
3.1.1 理論分析 ……………………………………………………………19
3.1.1.1 薄圓盤理論分析 …………………………………………………20
3.1.1.2 等厚旋轉圓筒理論分析 …………………………………………22
3.1.2 理論分析結果 ………………………………………………………28
3.1.3 模擬分析結果 ………………………………………………………30
3.1.4 結果驗證 ……………………………………………………………31
3.2 盤型彈簧驗證 …………………………………………………………34
3.2.1 盤型彈簧經驗公式 …………………………………………………34
3.2.2 盤型彈簧經驗公式驗算 ………………………………………………35
3.2.3 盤型彈簧模擬分析結果 ……………………………………………36
四、主軸特性 ……………………………………………………………………37
4.1 各式刀把之介紹 ………………………………………………………37
4.1.1 7/24 斜度刀把 .……………………………………………………37
4.1.2 1/10 斜度中空短刀把 ………………………………………………42
4.2 彎曲剛性 ………………………………………………………………45
4.2.1 未切刀槽刀把夾持面彎曲剛性 ……………………………………48
4.2.2 切刀槽刀把夾持面彎曲剛性 ………………………………………50
4.3 刀把介面之扭矩 ………………………………………………………52
五、軸向變形分析 ………………………………………………………………55
5.1 拉刀拉桿功能與作動 …………………………………………………55
5.2 心軸、刀把間之徑向變形造成軸向相對位移 ………………………56
5.3 刀把軸向變形 …………………………………………………………60
5.4 刀把強度負荷 …………………………………………………………62
5.5 拉刀拉桿軸向變形 ……………………………………………………63
5.6 拉刀拉桿強度負荷 ……………………………………………………65
5.7 心軸軸向變形 …………………………………………………………66
5.8 心軸強度負荷 …………………………………………………………67
5.9 盤形彈簧軸向離心變形分析 …………………………………………68
5.10 盤形彈簧強度負荷 .…………………………………………………71
六、主軸拉刀力修正分析 ………………………………………………………72
6.1 盤形彈簧組裝 ………………………………………………………….72
6.2 旋轉後拉刀力減弱狀況及拉刀力修正 ……………………………….76
七、結論與未來發展方向 ………………………………………………………78
7.1 結論 ……………………………………………………………………78
7.2 未來發展方向 …………………………………………………………79
參考文獻 …………………………………………………………………………80
附錄一、電路板鑽控機規格 ……………………………………………………84
附錄二、氣浮主軸零件尺寸圖 …………………………………………………86
(一)、主軸組合圖 …………………………………………………………86
(二)、刀具夾頭尺寸圖 ……………………………………………………87
(三)、心軸定位夾頭尺寸圖 ………………………………………………88
(四)、拉刀推桿尺寸圖 ……………………………………………………89
附錄三、盤形彈簧出力特性試驗表 ……………………………………………90
附錄四、LABVIEW 軟體程式圖 …………………………………………………91
附錄五、LABVIEW 軟體設計控制面板 …………………………………………92
附錄六、MATLAB 程式 .…………………………………………………………93
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