在工具機產業競爭劇烈的今日，為了提高市場競爭力與產品的差異性，勢必走向多元化之發展，如複合化、專案化、高速化、輕量化等，以提高產品附加價值，因此多功能智慧型工具機將是未來之趨勢。
本論文之目的為整合CAM加工功能於工具機人機介面系統，發展具兩軸半(2.5D)加工功能模組之智慧型工具機人機介面系統。兩軸半加工之核心模組是以微軟作業系統為平台，其主要原理是利用新兩兩相交法進行輪廓偏置並以充填顏色之觀念來判斷需移除之過切迴圈區域，得到真正的加工區域，再進行刀具路徑之規劃，而規劃刀具路徑之方法則是搭配順序樹之表示法，依其階層關係，快速串連環繞切削路徑之獨立加工迴圈，以得到完整加工路徑。同時本研究並利用一般熟悉之G機能碼，自行定義一複合式袋形加工循環，以便使用者編寫循環加工之程式。
在人機介面系統開發方面，先利用UML圖形化語言對系統功能及需求進行分析規劃，再設計出符合使用者功能需求之人機介面後，最後再將CAM加工模組核心技術整合至人機介面系統內，完成智慧型NC工具機人機介面系統之設計與CAM加工模組之實作。
本文所發展之智慧型NC工具機人機介面系統，使用者可直接讀入一個含浮島之任意輪廓的DXF圖檔或是以本文定義的G機能碼快速編寫輪廓圖形之程式，並參考系統及時的圖文提示說明，正確且快速地進行外形與挖槽(Pocket)之加工參數設計，即可馬上顯示刀具路徑模擬結果，並產生NC程式，以便進行加工。而本系統之發展經實際測試，證實其正確性與實用性。

Currently in the drastic competitive era for the Machine tool industry, the demand towards multi-function development such as function integration, specialization, high speed, and lightweight has been inevitable trend. That is to say, multifunctional intelligent machine tool is the trend in the future to enhance the product value.
The objective of research is to integrate the CAM (Computer Aided Manufacture) function with the human machine interface (HMI) of the machine tool via the development of an intelligent machine HMI that has 2-1/2 axis (2.5D) capability. The Microsoft Windows-Based were adopted as the development platform. The pocket machining function in this research was developed through the contour offset algorithm based on the proposed new adjacent pair-intersection method. The color-filling notion was used to decide if there were removable over-cutting loop firstly; tool path planning was then followed. The representation of sequence tree was applied in tool path planning and independent machining loop was merged by using its hierarchical relations so as to generate the comprehensive tool path. An integrated pocketing loop was defined in this research based on the common G code to ease the programming for the used to create machining cycle.
The Unified Modeling Language (UML) was utilized in the development of the HMI system for the system function analysis and planning so as to create the HMI that can satisfy the user’s need. The CAM kernel module was then integrated finally into the HMI to accomplish the intelligent NC machine tool HMI system design and implementation of Cam module.
With the developed intelligent NC machine tool HMI system, a user can input directly a general profile containing islands (in DXF format) or the proposed G code-based pocketing program parametrically, and the machining tool path can be immediately displayed and simulated for real machining. The developed methodology has been tested and implemented successfully for reliable application.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目 錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機與目的 2
1-3研究方法與步驟 4
1-4研究限制 5
第二章 文獻探討 6
2-1 控制器人機介面 6
2-2 智慧型NC工具機 8
2-3 控制器上的CAD/CAM系統 9
2-4 偏置輪廓之產生 10
2-5 過切迴圈干涉檢查 13
第三章 控制器人機介面設計規劃 16
3-1 各廠牌CNC控制器面板功能比較 17
3-1-1 三菱3軸CNC控制器 18
3-1-2 亞力士3軸CNC控制器 19
3-1-3 新特5軸CNC控制器 23
3-1-4 海德漢5軸CNC控制器 25
3-1-5 小結 29
3-2 人機介面設計規劃 30
3-3 系統分析 33
第四章 含浮島之任意輪廓刀具路徑規劃 37
4-1 二軸半加工功能模組說明 38
4-2 加工圖檔匯入方式 40
4-2-1 DXF格式解譯 40
4-2-2 NC格式解譯 42
4-3 輪廓線段串連與排序 44
4-4 輪廓線段偏置 46
4-4-1 線段偏置運算方法 47
4-4-2 線段交點座標之計算 52
4-4-3 偏置線段交點型式之判斷 58
4-4-4 輪廓偏置實例驗証 62
4-5 迴圈干涉移除 63
4-5-1 迴圈干涉移除驗証 68
4-6 刀具路徑規劃 69
4-6-1 單向與往復式切削路徑規劃 72
4-6-2 環繞切削路徑規劃 72
4-6-3 切削路徑實例驗証 76
第五章 複合式袋形加工循環 77
5-1 何謂巨集指令 77
5-1-1 巨集指令定義 78
5-1-2 變數定義 79
5-2 環繞袋形加工循環 80
第六章 控制器整合CAM之系統實作與實例 83
6-1 硬體設備 83
6-2 系統人機介面實作 85
6-3 系統內部PLC程式之實作 97
6-4 整合袋形加工模組之實例 99
第七章 結果與討論 102
第八章 結論與未來展望 104
參考文獻 108
附錄一 部分PLC運動程式原始碼 112
作者簡介 113

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