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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王民勝
研究生(外文):M.S.Wang
論文名稱:複合式微細放電加工機之精度控制
論文名稱(外文):Precision Control for Hybrid Micro Electric Discharge Machine
指導教授:林仲廉林仲廉引用關係王阿成
指導教授(外文):Jonqlan LinA-Cheng Wang
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:機械工程研究所
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:96
中文關鍵詞:微細放電加工穩壓供電系統位移精度控制
外文關鍵詞:micro electric - discharge machining (EDM)constant voltage power supply systemprecise position control
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隨著現代機械產業對於產品之微小化日益需求,如半導體之IC晶片、雷射讀取頭、光學鏡片及微齒輪等精密元件,因此微細加工成為製造加工業之技術主流之一,尤其係將電能應用於微細加工上,因此稱為微細放電加工(micro electrical discharge machining),其原理係利用電極導入電壓,並使電極與工件浸於加工液中,當兩極間達到極微小之間隙產生放電效應,進而加工於工件表面上,如此反覆執行加工。過去在本校實驗室之小型放電加工機台於各子系統之電源供應方面均仰賴簡易式之電源供應器方能驅動及作業,本研究自行研發利用同一電源能夠同時驅動各系統之橋式全波穩壓供電系統,不僅能滿足各系統電源需求,並能降低經濟上之耗費。在位移觀測方面先前僅能取得馬達之步階參數,而無法取得軸位實際移動之距離,因此本研究為克服此缺點,於放電加工平台Z軸加裝光學量測機構,並配合資料擷取介面及結合自行研發之邏輯運算圖控程式,使之獲取軸位進給與退回實際位移量,亦能取得放電加工時之位移模糊區域之完整精度,進而形成一閉迴路之微細放電加工系統。
Although micro electrical discharge machining (EDM) technology can manufacture precision micro-hole easily, it also has some defect, for example: the low process efficiency, the high electrode wear rate (EWR), the high material remove rate (MRR), concentrated on the proformance improvement of the micro electric discharge machine.The complete system is installed in the Senor and Control Laboratory at the Department of Mechanical Engineering at Ching Yun University. The frist investigation of the bridge type full wave constant voltage power supply system is well developed in this research. Moreover, in order to overcome shorting of the inaccurate axial displacement for such machine, the liner optical ruler is installed in the system. The controller was implemented using Labview for precise positioning. Experimental results of the proposed improvements show that it is technically and economically feasible to develop a low-cost, reliable automatic, less time consuming controller for micro EDM machine.
摘 要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目 錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章 緒 論 1
1.1研究背景 1
1.3研究方法 7
第二章 研究理論與方法 10
2.1放電加工原理 10
2.2放電加工過程及現象 10
2.3 放電加工之能量轉換形式 14
2.4 放電加工之特性 15
2.4.1 RC放電迴路效應 20
2.4.2 實際RC充放電迴路過程 22
2.4.3 放電迴路各項變數設定 24
第三章 實驗設備與方法 27
3.1位移防震絕緣平台 29
3.2軸位各部元件及驅動系統 30
3.2.1 步進馬達之運轉特性 33
3.2.2 步進馬達之激磁旋轉方式 36
3.2.3 步進馬達之控制設定 37
3.3橋式穩壓整流供電系統 42
3.3.1 全波整流電路介紹及原理 43
3.3.2 橋式全波穩壓系統 49
3.3.3穩壓系統之元件規格配算法則 51
3.3.4 高抗雜訊濾波穩壓裝置 52
3.3.5 橋式全波穩壓系統與其它電源供應器之比較 53
3.4 RC放電迴路保護裝置 58
3.5 繞射式光學軸位量測機構 59
3.5.1光學位移量測機構之規格說明 60
3.5.2 光學位移量測機構之元件構造 62
3.5.3 光學量測機構之接腳及特性 63
3.5.4 光學量測機構之工作原理 63
3.6 放電加工訊號檢測控制系統 65
3.6.1 複合式環境程式介面控制與編輯 66
3.6.2 放電加工能量之波形變化 74
3.7 極限開關軸位校正裝置 76
3.7.1 光遮斷型極限開關之原理及應用 76
3.8 加工液排屑循環系統 80
圖3. 59加工液排屑循環系統實體圖第四章 實驗結果 81
第四章 實驗結果 82
4.1 實驗材料 82
4.1.1電極材料之選擇 82
4.1.2 工件材料之選擇 84
4.1.3 加工液之選擇 84
4.2 實驗分析與成果 84
4.2.1 依各種放電能量對電極消耗之影響 85
4.2.2依各種放電能量對工件表面擴孔之影響 86
4.2.3 不同放電極性對加工過程之影響 89
4.3 實際放電加工之軸位移動之擷取與控制 90
第五章 結論 92
第六章 未來展望 93
參考文獻 94



圖目錄
圖1. 1不同功率之電子束加工圖 2
圖1. 2雷射加工示意圖 3
圖1. 3電化學加工示意圖 4
圖1. 4超音波加工示意圖 5
圖1. 5運動控制卡(PCI-7344)運作流程 8
圖1. 6資料擷取卡(PCI-6229)運作流程 8
圖2. 1放電加工示意圖 11
圖2. 2放電加工效應及步驟 13
圖2. 3放電能量轉換流程圖 14
圖2. 4 加工表面粗糙度與脈波寬度及加工電流關係圖 17
圖2. 5 電極消耗比與加工速率及加工電流關係圖 18
圖2. 6 加工速度與加工表面粗糙度之關係特性圖 20
圖2. 7 RC放電迴路電路圖 21
圖2. 8 RC放電迴路實體照片 21
圖2. 9 RC放電迴路示意圖 22
圖2. 10電容充放電波形變化圖 23
圖2. 11 電阻與加工速度特性曲線圖 24
圖2. 12電容與加工速度特性曲線圖 25
圖2. 13直流電壓與加工速度特性曲線圖 25
圖2. 14放電能量大所造成之放電痕 26
圖2. 15放電能量小所造成之放電痕 26
圖3. 1放電加工平台實體圖 27
圖3. 2 放電加工流程圖 28
圖3. 3位移訊號傳輸流程圖 29
圖3. 4步進馬達控制流程圖 31
圖3. 5馬達驅動器(TR22B)示意圖 31
圖3. 6馬達驅動器(TR22B)實體圖 32
圖3. 7馬達驅動器(TR22B) 連接控制介面示意圖 32
圖3. 8馬達驅動器(TR22B)訊號輸出端 33
圖3. 9步進馬達特性曲線圖 34
圖3. 10馬達正轉激磁作動脈波圖 36
圖3. 11馬達逆轉激磁作動脈波圖 37
圖3. 12馬達系統重置設定區域 38
圖3. 13控制迴路歸屬設定區域 39
圖3. 14運動結構配置區域 40
圖3. 15運動機構同步控制及觀測區域 41
圖3. 16供電系統分歧圖 42
圖3. 17傳統全波整流電路 43
圖3. 18未經整流後之正常弦波 44
圖3. 19 D1導通、D2截止之電流走向 44
圖3. 20 D1導通、D2截止之整流波形 44
圖3. 21 D2導通、D1截止之電流走向 45
圖3. 22 D2導通、D1截止之整流波形 45
圖3. 23 全波整流後之波形 46
圖3. 24 橋式全波整流電路示意圖 47
圖3. 25 D1、D3導通;D2、D4截止之電流走向 47
圖3. 26 D2、D4導通;D1、D3截止之電流走向 48
圖3. 27 實際整流後電容端示波圖 48
圖3. 28 橋式全波穩壓電路系統示意圖 49
圖3. 29橋式全波穩壓電路系統實體圖 49
圖3. 30使用5V穩壓器之波形 50
圖3. 31穩壓器之散熱片 51
圖3. 32交換式電源供應器之雜訊 52
圖3. 33 濾波電路整合後之雜訊 53
圖3. 34 傳統指針式電源供應器實體圖 54
圖3. 35 數位式電源供應器實體圖 54
圖3. 36 雙電源式電源供應器實體圖 55
圖3. 37 交換式電源供應器實體圖 55
圖3. 38 整流變壓器實體圖 56
圖3. 39 RC放電迴路保護裝置示意圖 58
圖3. 40放電加工平台結合光學位移量測機構實體圖 59
圖3. 41光學位移量測機構實體圖 62
圖3. 42光柵直尺與光遮罩板作動示意圖 63
圖3. 43光學尺內部機構示意圖 64
圖3. 44光學量測機構產生之相位差訊號 65
圖3. 45 環境控制軟體結合運動控制與資料擷取介面示意圖 66
圖3. 46複合式放電加工環境程式圖控區 67
圖3. 47 複合式放電加工環境程式編輯區 68
圖3. 48光學相位訊號結合計數器示意圖 71
圖3. 49適應性間隙電壓雙重比對之程式控制區 73
圖3. 50適應性間隙電壓雙重比對之程式編輯區 73
圖3. 51放電電壓與電流變化圖 75
圖3. 52光電晶體反向觸發特性曲線圖 77
圖3. 53光遮斷型極限開關示意圖 77
圖3. 54光遮斷型極限開關實體圖 78
圖3. 55實際裝設光遮斷極限開關於放電加工機之鳥瞰示意圖 78
圖3. 56極限開關軸位校正系統程式編輯區 79
圖3. 57極限開關軸位校正系統程式控制區 79
圖3. 58加工液排屑循環系統示意圖 81
圖3. 59加工液排屑循環系統實體圖 81
圖4. 1各種電極熔點溫度相較圖 83
圖4. 2各種電極剛性硬度相較圖 83
圖4. 3 70V/7mA放電能量對電極消耗之SEM圖(倍率:100X) 85
圖4. 4 70V/46mA放電能量對電極消耗之SEM圖(倍率:100X) 86
圖4. 5 70V/7mA放電能量入口之SEM圖(倍率:150X) 87
圖4. 6 70V/7mA放電能量出口之SEM圖(倍率:150X) 87
圖4. 7 70V/7mA放電能量入口之SEM圖(倍率:150X) 88
圖4. 8 70V/7mA放電能量出口之SEM圖(倍率:150X) 88
圖4. 9位移精度模糊地帶標示圖 91
圖4. 10參數設定不良之加工特性圖 91
圖4. 11參數設定良好之加工特性圖 91


表目錄
表3. 1 橋式全波穩壓系統(輸出DC24V)元件名稱與價格 57
表3. 2橋式全波穩壓系統(輸出DC5V)元件名稱與價格 57
表3. 3電源供應器種類及價格比較 57
表3. 4光學位移量測機構規格表 60
表4. 1各種不同參數對電極消耗之影響 85
表4. 2正極性加工對各加工特性之影響 89
表4. 3負極性加工對各加工特性之影響 89
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