論文摘要
本研究在於發展一套車床圖形輔助系統與PC-Based CNC車床控制器結合，在CNC控制器人機介面上，增加智慧型圖形引導操作介面、CAM電腦輔助機械製造加工規劃、切削模擬、切削知識庫等，把製造過程中需要的圖形樣版與設定條件，事先規劃在控制器內，增進CNC機器操作方便性與降低使用人員之進入門檻，減少對於CNC熟練技術工人的依賴性，增加工具機的差異化與智能化，提昇工具機銷售單價與毛利。
目前市面上之CNC控制器，以標準型為大宗，由使用者在機器上，直接撰寫NC程式指令碼，有些圖形輪廓尺寸，會需要計算或查詢相關參考資料，因而必須要離開機器到辦公室處理，這樣有許多不方便與影響效率；另外，有些企業在辦公室中，先利用CAD/CAM軟體製作NC程式指令碼，然後將NC碼傳輸到機器上使用，然而NC程式的製作與使用，分屬兩個不同的單位人員，又會形成製造工藝溝通與程式修正時的困難。
在圖形引導操作領域中，知名的控制器廠商MAZAK對話型，FANUC FAPT TURN 對話型，近期的Manual Guide i，曾經在業界引領風騷，台灣則一直尚無完整與實用的系統可堪比擬，近年來，全球化的激烈競爭，工具機產品的差異化策略，CNC控制器的智慧化是其中一個重點項目。
本研究以開發更直覺更簡單的智慧型圖形輔助系統為目的，第一章、序論，針對研究背景、研究動機、研究目的、研究範圍與限制，詳細說明；第二章、對於我國工具機在PC-Based CNC控制器之發展概況發展現況、技術成就、發展目標及策略做文獻探討；第三章、在系統架構規劃與工具與設計環境，人機介面HMI規劃與設計，程式編輯狀態模組設計；第四章、圖形輔助計算介面設計；第五章、開發技術；第六章、應用實例，以CNC車床乙級技能檢定試題075-780203為例；第七章、結論與建議。
本研究的完成，能協助生產製造單位，在工廠車間中，迅速的將工件圖之NC程式碼規劃設計完成，提升機器產能稼動率，增加企業營收與競爭力，造福全民與社會。

This research studies the development of a graphic-aided turning system combined a PC-Based CNC turning controller. On the CNC controller, an intelligent graphic user guided interface, a CAM computer-aided manufacturing planning system, cutting simulation and a cutting knowledge database are added.
This system improve the convenience of CNC machine operation, lower the barriers for users to master; decrease the need for skilled CNC operators, increase the differentiation and intelligence of machine tools, and raise the value and gross margin of machine.
Standard CNC controllers are the majority in the CNC machine tool market. They are generally operated by users who edit the NC codes directly on the controllers. While programming the NC codes in the factory, the users may have to leave for some part profile dimensions needed or related data. They are forced to go back and forth between the office and shop floor, resulting a lot of waste of time .
Moreover, some manufacturers are using CAD/CAM software to edit NC codes in the offices, and then transmit the NC codes to the controllers for execution. The staff on the shop floor and the staff programming the NC codes belong to different units, creating difficulties in communication and programming modification.
In the field of graphic-guided interfaces, there are some well-known manufacturers of controllers, such as MAZAK and FANUC, which are the leading providers of controllers. However, there is currently no system in Taiwan. In recent years, due to fierce global competitions, the differentiation strategy for machine tool products will be the direction in the future, and the intelligence of CNC controllers is a key point.
This research develops the graphics-guided operations interface. Firstly let skillful factory workers and machinery processing experts find out the most commonly used graphs, secondly set the required graphics in the machining process templates and set conditions in advance on the controller, thirdly the CNC operators only need to fill in the simple work piece graphic data, and then the software can generate NC codes to manufacture products, so the technical staff can get rids of a scene of hustle and bustle.
The result of this study is a more intuitive and simple-to-operate intelligent graphics-guided system. It can assist the workers on the factory production lines in editing NC codes, improve utilization rate of the machine, increase revenue and productivity of the enterprise, and bring benefits to the society.

論文目錄

摘 要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 2
1.4 研究範圍與限制 2
第二章 文獻探討 3
2.1 工具機CNC控制器之發展概況 3
2.1.1 自動化產業發展現況 3
2.1.2 自動化控制產業現有技術成就 3
2.1.3 自動化控制技術目前目標及未來方向 5
2.2 PC-Based控制器技術與介紹 9
2.2.1 PC-BASED控制器的定義 9
2.2.2 PC-BASED控制器的特徵 10
2.2.3 PC-Based控制器軟硬體組件 10
2.2.4 PC-Based控制器相關模組 12
2. 3 WINDOWS平台在PC-BASED工控系統之發展及趨勢 13
2.3.1 Windows視窗作業系統的優點 13
2.3.2 PC-based工控器軟體開發的趨勢 17
2.4 工業控制網路及其在Windows平台上的發展與應用 18
2.4.1 工業控制網路的優點 18
2.4.2 工業控制網路的應用 19
2.4.3 工業控制網路的分類 20
2.4.4 SERCOS網路介紹 21
2.4.5 工業控制網路的共通標準界面 23
2.4.6 工業網路的未來發展 24
2.5 CNC數控工具機程式 25
2.5.1 CNC的程式製作流程 25
2.5.2 工具機座標系統定義與介紹 26
2.5.3 CNC程式語言概述 29
第三章 系統架構規劃與設計 31
3.1 系統開發工具與設計環境 32
3.1.1 系統開發工具 32
3.1.2 程式開發環境Borland C++ Builder 32
3.1.3 美工繪圖CroelDRAW 9 34
3.1.4 系統軟體與硬體 34
3.2 控制器人機介面HMI之規劃與設計 35
3.2.1 人機介面HMI-整體畫面規劃 35
3.2.2 人機介面HMI-外觀畫面設計 36
3.2.3 人機介面HMI-選單結構規劃 37
3.2.4 程式編輯狀態模組設計 38
3.2.5 工件座標系與補正操作設計 39
3.2.6 操作保護設定介面 40
3.2.7 自動操作AUTO模式顯示設計 41
3.2.8 參數設定顯示設計 42
3.2.9 警告顯示模組設計 42
3.2.10 資料傳輸模組設計 43
第四章 圖形輔助計算介面設計 44
4.1 圖形輔助主類別操作介面 44
4.2 外徑圖形輔助設計 45
4.2.1 外徑錐度 45
4.2.2 外徑圓弧槽 47
4.2.3 標準外螺紋 48
4.2.4 管用外螺紋 50
4.2.5 外徑倒C角，R角 52
4.3 內徑圖形輔助設計 53
4.3.1 內徑錐度 53
4.3.2 標準內螺紋 55
4.3.3 管用內螺紋 57
4.3.4 內徑倒C角、R角 59
4.4 外形輪廓專家操作介面設計 60
4.4.1 外形輪廓主功能流程設計 60
4.4.2 工件輪廓資料管理設計 61
4.4.3 外形輪廓加工循環流程設計 62
4.5 標準NC指令分類引導輸入-人機介面設計 63
4.5.1 基本NC指令 63
4.5.2 主軸機能群組 63
4.5.3 進給控制設定群組 64
4.5.4 孔加工循環群組 64
4.5.5 攻牙加工循環群組 64
4.5.6 螺紋切削群組 64
4.5.7 資料設定群組 64
4.5.8 複合加工循環群組 65
4.5.9 切削單一循環群組 65
4.5.10 刀徑補償群組 65
4.5.11 主軸M碼群組 65
4.5.12 程式控制M碼群組 65
4.5.13 副程式M碼群組 65
第五章 開發技術 66
5.1 車床專家系統輔助圖形設計技術 66
5.2 系統溝通Open System PC-based Controller 68
5.1.1 智研公司INCON系列CNC控制器 68
5.1.2 億圖HUST-4CL系列CNC控制器 69
第六章 應用實例 70
6.1 車床CNC乙級技能檢定試題 70
6.2 車削工藝製程規劃 70
6.2.1 工序一：外徑粗切 71
6.2.2 工序二：外徑精切 74
6.2.3 工序三：外徑車牙M24*2 74
第七章 結論與建議 76
7.1結論 76
7.2後續研究建議 76
參考文獻 77
附錄一：2009台北國際發明競賽金牌獎證書 79

參考文獻

[1] 陳家樂，發揮產業群聚優勢開創台灣工具機產業新利基，機械工業雜誌，2010年01月
[2] 工具機技術專輯，高速加工之發展與趨勢，第204 期，2000年03月號。
[3] 工具機技術專輯，操作型CNC車床控制器開發與應用，第204期，2000年03月號。
[4] 陳順同，立式微小CNC 綜合放電加工機之開發與微小3D 零組件之製造研究，國立雲林科技大學機械工程學系碩士論文，1997年。
[5] 卓漢明，鈦合金 (Ti-6Ai-4V) 之微細放電加工特性研究，國立中央大學機械工程學系博士論文，1999年。
[6] 劉舜逢，多功能微小衝壓成型加工機之開發與研究，國立雲林科技大學機械工程學系碩士論文，2001年。
[7] 廖運炫、陳順同、林常盛，多工型高精密微小加工機之研發與微元件製造，機械月刊第三十一期，pp.64-79，2005年。
[8] 林明宗，Windows NT環境下PC-Based即時控制架構之發展與應用，國立中正大學機械工程研究所碩士論文，2000年。
[9] 李家銘，XYZA-C並聯式工具機之PC-Based CNC系統原理研究及其軟體實現，國立成功大學製造工程研究所碩士論文，2002年。
[10] 楊淵城，車銑複合工具機之插補器及其電腦輔助製造系統研究，國立成功大學製造工程研究所碩士論文，2002年。
[11] 吳承學，我國自動化控制設備發展概況，工業技術研究院 機械所，2007年。
[12] 施登科，PC-Based 工具磨床再研磨自動化程式開發，國立虎尾科技大學機械與機電工程研究所碩士論文，2005年。
[13] 許明景，工業控制網路及其在Windows平台上的發展與應用，工業技術研究院機械所，2000年。
[14] 陳天生、黃寶建，數控工具機原理與實習，高立圖書有限公司，2009年。
[15] 智研科技， INCON CNC 系列 IClient編程說明，2010年。
[16] 黃弘欽，五軸虛擬工具機系統之技術研究，中正大學機械工程學系碩士論文，2007年。
[17] 黃宜正、謝宏麟，CAD/CAM系統與圖控人機介面作精敏運動控制之整合，彰化師大機電工程研究所碩士論文，2003年。
[18] 何昌祐、許明景，數位訊號處理器DSP-Based運動控制架構說明，電機月刊，2008年05月。
[19] 范維如、廖素貞，深入淺出話核心，機械工業雜誌，193期，2009年。
[20] 梁順國，CNC車床程式設計實務與檢定，全華圖書股份有限公司，2010年。
[21] FANUC Series 0i-MC Operator’s Manual。