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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊黃偉
研究生(外文):Huang-Wei Yang
論文名稱:組合曲面之精密磨削加工-微定位撓性夾具系統之應用分析
論文名稱(外文):Precision Grinding for Blend Surfaces-Application and Analysis of Micro-Positioning Fixture System
指導教授:吳忠恕吳忠恕引用關係
指導教授(外文):Hong-shu Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:機械與輪機工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:撓性夾具微定位
外文關鍵詞:Flexible fixtureMicro-positioning
相關次數:
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摘要
本論文為了達到精密加工之需求,除了價格昂貴之超精密的加工機外,現有加工機最小精密度通常只能達到10μm,已經無法達到現今製造的需求。為了節省購買超精密度機器所需之經費,本研究將利用特殊設計之一體成型之撓性夾具,並利用壓電致動器力量大、位移小、反應快的特性驅動該撓性夾具,以達到精密定位的能力。如此一來,可以利用工具機本身之定位系統做為加工時的粗調,而所設計之撓性夾具定位系統做為微調,以達到高形狀精度之加工。本研究之撓性結構經實驗驗證後精密度可以達到1μm之定位,且為了配合工具機最小進給,此夾具行程可以達到10μm以上之定位能力。
Abstract
The purpose of this thesis except for some highly expensive super precision machine tools, today’s most machine tools can only achieve precision within 10μm, which can not satisfy the increasing need for higher manufacturing precision. In this study, we use a specially designed flexible workpiece fixture equipped with piezoelectric actuators, so that higher precision positioning ability can be achieved. In application, we use less precision positioning system of normal machine tools for large scale adjustment and use the flexible fixture for small scale adjustment, so that highly form precision can be achieved. The positioning precision of the flexible fixture can reach within 1μm, and the range can reach 10μm or higher.
目錄
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 4
1.4 論文架構 4
第二章 相關理論 6
2.1 曲線之建構 6
2.1.1 Hermite曲線 7
2.1.2 Bezier曲線 7
2.1.3 B-spline曲線 9
2.2形狀誤差的計算 10
2.3 有限元素法 13
2.4 壓電式致動器 14
第三章 可微定位之撓性夾具系統構思、設計與分析 16
3.1 精密定位系統之構思 19
3.1.1 驅動器 19
3.1.2 進給元件與移動體 19
3.1.3位置感測器 20
3.2 精密定位系統之設計 21
3.2.1 割痕式撓性結構 22
3.2.2 撓性結構的運動 23
3.2.3 定位夾具系統設計 24
3.4 精密定位系統之分析 26
第四章 實驗設備與流程 32
4.1實驗設備及工件 32
4.1.1 實驗設備 33
4.1.2 實驗工件 37
4.2 實驗流程 38
4.2.1 撓性夾具系統之線性變化實驗 39
4.2.2 撓性夾具系統之加工位移控制模擬 39
第五章 實驗結果與討論 41
5.1撓性夾具系統之線性變化實驗結果 41
5.2 撓性夾具系統之加工位移控制之模擬 45
第六章 結論與未來展望 49
6.1 結論 49
6.2 未來與展望 50
參考文獻 51


圖目錄
圖2-1 Hermite曲線的示意圖 7
圖2-2 控制點建構的Bezier曲線 9
圖2-3 B-spline曲線有區域控制的能力 10
圖2-4線段趨近曲線圖 11
圖2-5 直線趨近曲線幾何表示圖 12
圖2-6 有限元素法流程圖 14
圖2-7 有無閉迴路壓電致動器伸縮位移量示意圖 15
圖3-1工具機對於微小曲線之加工誤差 16
圖3-2 工具機之加工曲線 17
圖3-3 定位夾具之微位移切削示意圖 18
圖3-4組成定位系統的元件 19
圖3-5 平板式與割痕式撓性結構 21
圖3-6割痕式撓性結構圖 22
圖3-7 直接驅動撓性結構發生之偏移 23
圖3-8平行四連桿結構用於刀具切深 24
圖3-9(a) 本研究之撓性夾具(X-Y)弱化方向示意圖 25
圖3-9(b) 本研究之撓性夾具示意圖 25
圖3-10 撓性夾具之三角錐實體網格化 27
圖3-11 螺絲孔為分析之固定端圖 28
圖3-12 給予X方向1~10N之力圖 28
圖3-13 給予Y方向1~10N之力圖 29
圖3-14 X方向驅動之應力集中區圖 29
圖3-15 Y方向驅動之應力集中圖 30
圖3-16模擬推動撓性夾具X方向的力與其他方向位移之關係圖 30
圖3-17模擬推動撓性夾具Y方向的力與其他方向位移之關係圖 31
圖4-1 工件及撓性夾具示意圖 32
圖4-2為實驗設備配置圖 33
圖4-3雷射位移計 34
圖4-4 KISTLER 9256A1型三軸切削動力計 34
圖4-5 DaqBook/120Tm資料截擷取盒和擷取卡 35
圖4-6 KISTLER 5019A型訊號分配放大器 35
圖4-7 PST 1000/10/40 VS18 36
圖4-8壓電致動器控制器 36
圖4-9 快速成型機製作出之撓性夾具系統 37
圖4-10鋁合金6061實體圖 37
圖4-11 雷射位移計和電容式位移計量測圖 39
圖5-1 X方向撓性夾具系統之電壓與位移之關係 41
圖5-2 Y方向撓性夾具系統之電壓與位移之關係 42
圖5-3 以1μm為單位進給所完成加工形狀 47


表目錄

表3-1 ABS 材料性質 26
表4-1 雷射位移計之規格表 34
表 4-2 動力計之規格表 35
表4-3壓電致動器的規格表 36
表4-4 規劃圓弧路徑表 40
表5- 1 X方向撓性夾具系統電壓300V~800V與位移之實驗結果 42
表5-2 Y方向撓性夾具系統電壓300V~500V與位移之實驗結果 43
表5-3 當撓性夾具X方向回覆時利用RBF控制之電壓值 44
表5-4 當撓性夾具y方向回覆時利用RBF控制之電壓值 44
表5-5 產生圓弧之電壓與位移關係圖 47
參考文獻
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