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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳國華
研究生(外文):Kuo-Hwa Wu
論文名稱:數控式滑台鋸床之研製
論文名稱(外文):Implementation of Numerical Controlled Sliding Table Sawing Machine
指導教授:王朝興王朝興引用關係張惠博張惠博引用關係
指導教授(外文):Chau-Shing WangHuey-Por Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:推台型鋸床微處理器
外文關鍵詞:Sliding Table SawingMicrochip
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摘要

台灣木工機械在2003年後因為中國大陸的經濟開放,技術門檻較低的DIY木工機械在中國低價競爭挑戰下,外銷產值及數量由2004年的三百一十七萬九千餘台開始逐年下降至2006年的二百零五萬二千餘台,但是台灣進口的木工機械在2005年至2006年則由九千九百四十八台增加至一萬八千八百零一台。根據經濟部2006年之統計台灣出口之木工機械平均單價為新台幣九千九百九十二元,而進口木工機械平均單價卻達新台幣十七萬七千二百二十四元,探究其主要原因在於台灣木工機械未能將產品轉型為高附加價值的數控設備。[1]
本論文選擇木工機械中用量較大的滑台鋸床為主要的探討目標,針對手動式滑台鋸床改良為數控式時幾項關鍵機械組件及以SM5964C4微處理器進行數位定位系統設計的數控器進行研製,其中包括利用有刷直流馬達推動減速齒輪組及導螺桿進行鋸片轉角與高度位置之驅動機構,利用編碼器或近接開關信號開閉次數之迴授檢測各運動軸的位置尺寸,有刷直流馬達則以脈波調變進行速度控制,透過機械之比例放大機構及有刷直流馬達脈寬調變的速度控制,達成±0.01mm範圍內的軸定位精度規格與完成低價數值控制器之研製。
藉由低成本的NC控制器的核心技術研發, 提升木工機械產品之附加價值及產品精度,進而拉昇木工機械產品之整體價值,延續台灣木工機械產業的生命力及國際競爭力,並增加台灣木工機械的出口產值。

關鍵字:推台型鋸床、微處理器
ABSTRACT

Due to the opening-up of China’s economy, Taiwan’s woodworking machinery industry has encountered a severe challenge by China’s low price strategy since 2003. The export volume of Taiwan’s low-technical-threshold DIY woodworking machinery have dropped gradually from 3,179,000 sets in 2004 to 2,052,000 sets in 2006. In the meantime, the import volume have increased from 9,948 sets in 2005 to 18,801sets in 2006. According to the statistics of Taiwan’s Ministry of Economic Affairs, the averaged unit price for the exporting woodworking machinery is NT$ 9,992 in contrast to NT$ 17,724 for the importing ones. Making a thorough inquiry into the problem, we concluded that the results were arose from the deficiency in upgrading the woodworking machinery to higher add-on value NC equipments.
In this thesis, we chose the most common woodworking machine, sliding table saw, as our main topic. In the study, we reformed a original manual-operation sliding table saw to automatic controlled one by introducing several new key components in mechanism and developed a new controller which adopted the SM5964C4 as its processor to achieve the numerical positioning control. Following is a brief introduction to the system. A running mechanism consists of the retard gear and ball screw driven by brush DC motors to adjust the saw rotation angle and height position. The position and limits of all the axes are determined by the encoder and the feedback of the detection of proximity sensors. Meanwhile, we utilize the PWM ( Pulse Width Modulation ) method for the speed control of brush DC motors. By coordinating the proportional enlarge output mechanism and PWM speed control system, we accomplish the design of a low-cost NC controller which met the specification of ±0.01mm in positioning accuracy.
With the development of the kernel of low cost NC controller, we can upgrade the add-on value and improve the accuracy of the woodworking machinery. Furthermore, we can promote the whole value of woodworking machinery and elongate the vitality and global competitiveness of Taiwan’s woodworking machinery industry through the raise of the exporting value.

Keywords: Sliding Table Sawing 、Microchip
摘要 i
英文摘要 iii
謝誌 v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xii

第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 論文架構 3
第二章 機械機構設計理論基礎分析 6
2.1 數控式滑台鋸床原理與架構 6
2.2 鋸片角度分割作動工作原理與理論精度推演 9
2.3 鋸片高度分割作動工作原理與理論精度推演 12
2.4 開槽鋸片高度分割作動工作原理與理論精度推演 14
2.5 定位導板分割作動工作原理與理論精度推演 16
2.6 左手動電子顯示定位導板作動工作原理 20
第三章 電控設計理論基礎分析 25
3.1 直流馬達驅動系統電路設計 25
3.2 抬頭式操作面板與主系統RS-422 傳輸介面系統設計 28
3.3 交流馬達電磁接觸器與電磁煞車控制電路設計 28
3.4 MCU微處理器與迴授解碼控制電路設計 31
3.5 24VDC有刷馬達控制電路設計 34
3.6 微動開關與近接開關信號輸入點控制電路設計 36
3.7 直流電源輸入電路設計 39
3.8 控制板的佈件與佈線(Component & PCB layer) 40
3.9 作面板按鍵及LED七段顯示器信號輸入輸出控制電路設計 42
第四章 定位精度驗證與結果 45
4.1 鋸片角度分割動作精度驗證 45
4.2 鋸片高度分割動作精度驗證 49
4.3 開槽鋸片高低分割動作精度驗證 52
4.4 定位導板分割作動精度驗證 54
4.5 實體樣機成果圖 58
第五章 結論與未來研究方向 61
參考文獻 63

圖目錄
圖1-1 DIY 傳統手動式推台鋸[2] 3
圖2-1整機外觀及各需求軸動作方向圖 7
圖2-2鋸片於機械之配置圖 7
圖2-4鋸片角度驅動用電動缸機構配置圖 10
圖2-5鋸片角度編碼器於機械之配置圖 10
圖2-6鋸片高度編碼器於機械之配置圖 13
圖2-7開槽鋸片高度驅動機構之配置圖 15
圖2-8定位導板驅動機構配置圖 18
圖2-9左手動電子顯示定位導板之配置圖 20
圖2-10磁性尺的機構配置圖 21
圖2-11磁性尺構造圖 23
圖2-12磁性尺的輸出波形圖 23
圖2-13角度磁性尺的機構配置圖 24
圖3-1馬達控製流程圖 26
圖3-2位置與速度運動曲線圖 26
圖3-3脈寬調變PWM控制電路設計圖 27
圖3-4 RS-422傳輸電路設計圖 28
圖3-5交流馬達繼電器控制電路設計圖 30
圖3-6迴授解碼控制電路設計圖 32
3-7 主控制板MCU單晶片控制電路設計圖 33
3-8 24VDC馬達控制電路設計圖 35
圖3-9微動開關輸入點控制電路設計 37
圖3-10近接開關信號輸入點控制電路設計 38
3-11 直流直流電源輸入電路設計 39
圖3-12主控制板佈件 40
圖3-13 主控制板正面佈線 41
圖3-14主控制板背面佈線 41
圖3-15操作面板佈件(Component & PCB layer) 42
圖3-16操作面板佈線 42
圖3-17按鍵線路設計圖 43
圖3-18操作面板LED七段顯示器信輸號出控制電路設計 44
圖4-1 分度尺 47
圖4-2 鋸片歸零 47
圖4-3 傾角量測 48
圖4-4 誤差區間統計圖 48
圖4-5 高度規 49
圖4-6 高度歸零 50
圖4-7 高度規量測 50
圖4-8 誤差區間統計圖 52
圖4-9 誤差區間統計圖 54
圖4-10 針盤指示量表 55
4-11 針盤指示量表量測誤差 56
圖4-12 針盤指示量表量測誤差 56
圖4-13 誤差區間統計圖 58
圖4-14 抬頭式操作面板圖[2] 58
圖4-15 基本型數控推台鋸床實體圖[2] 59
圖4-16抬頭式數控推台鋸床實體圖[2] 59
圖4-17 數控推台鋸床輔助機構實體圖[2] 60
圖4-18 數控推台鋸床右電動定位導板機構實體圖[2] 60
圖4-19 數控推台鋸床手動角度電子顯示定位導板機構實體圖[2] 60
圖4-20 數控推台鋸床手動直線電子顯示定位導板機構實體圖[2] 60

表目錄
表2-1 磁性尺規格表 22
表4-1 傾角量測紀錄表 46
表4-2 高度量測紀錄表 51
表4-3 開槽鋸片高低量測紀錄表 53
表4-4 定位導板量測紀錄表 57
參考文獻
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