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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡一郎
研究生(外文):Yi-Lang Tsai
論文名稱:應用迴歸分析法於CNC工具機熱溫升量測與補償
論文名稱(外文):A Study of CNC Machine-tool Temperature Variation Measurement and Compensation Using Regression Analysis Method
指導教授:陳紹賢陳紹賢引用關係
指導教授(外文):Shao-Hsien Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立勤益科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:熱補償熱溫升迴歸分析工具機
外文關鍵詞:Thermal CompensationTemperature VariationRegression AnalysisMachine Tool
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影響工具機加工精度主要誤差來源在於切削期間因主軸熱溫升使結構熱變形所產生的熱誤差,因此本研究針對主軸溫升熱變形進行量測與實機補償。本論文研究使用「TK機械股份有限公司」之高速龍門加工機,搭配控制器為日本FANUC公司的18i-MB型控制器,採用日紳內藏式主軸,最高轉速為20000rpm。以智能化模組建立一套熱溫升與熱位移量測系統,共有8個溫度感測器與3個位移感測器,同時考慮主軸頭部及立柱上多點之溫度變化,配合環境溫度等不同條件下進行實驗,量測溫度與位移之數據。將此數據以Excel進行整理,利用「Minitab R15」統計分析軟體,進行線性迴歸分析建立補償模型,將此模型編譯成MEM檔後載入控制器,透過Macro Executor補償監控畫面進行補償驗證。由實驗結果得知,補償後主軸Z方向熱誤差變形由106μm降低至40μm。
The main error sources affect the machining accuracy of machine tool spindle thermal temperature variation of structural thermal deformation generated by the thermal error. So we focused on machine tool spindle thermal error compensation of the measurement and the real machine. In this study, using high speed double column machining center manufacturing by TK machinery Co., Ltd, and collocate the FANUC series 18i-MB controller. Choose built-in spindle of NEO, the maximum speed is 20000rpm. Take the intelligent machining module to establish of measurement system of thermal displacement and temperature variation, total of 8 IC-type temperature sensors and 3 Eddy-Current displacement sensors consider with axial spindle head and column on multi-point temperature changes, to coordinate environment temperature under different experiment condition, measurement the temperature and displacement data. Organize this data and put in Excel, last, using Minitab statistical analysis software for linear regression analysis to establish of the compensation model, using this model compiler MEM file and loading in to the controller, through the MACRO EXECUTOR monitor screen to validation model. Experiment result show that the compensation spindle Z direction thermal error deformation reduced from 106μm to 40μm.
摘要 ..................................................... I
Abstract ................................................ II
誌 謝 ................................................... IV
目 錄 .................................................... V
圖目錄 .................................................. IX
表目錄 ................................................. XII
第一章 緒論 ............................................... 1
1.1 前言 ................................................. 1
1.2 動機與目的 ............................................ 2
1.3 文獻回顧 .............................................. 3
1.3.1 CNC銑床熱誤差補償之探討 .............................. 3
1.3.2 CNC車床熱誤差補償之探討 .............................. 7
1.3.3 國內溫升熱補償文獻之比較 .............................. 8
1.3.4 文獻總結 ........................................... 11
1.4 論文架構 ............................................. 12
第二章 工具機溫升熱變形之探討 .............................. 13
2.1 熱誤差之概念 ......................................... 13
2.2溫升熱變形之原因 ....................................... 15
2.2.1 主軸運轉的熱變形誤差 ................................ 16
2.2.2 進給軸導螺桿的熱變形誤差 ............................. 18
2.2.3 切削熱所導致的熱變形誤差 ............................. 20
2.2.4 環境溫度變化所導致的熱變形誤差 ....................... 20
2.3溫升熱變形之改善方法 ................................... 21
2.4 熱傳遞之方式 ......................................... 23
2.5 熱變形之型態 ......................................... 25
2.6 轉速對溫升之影響 ...................................... 26
第三章 實驗設計方法 ....................................... 28
3.1 迴歸分析 ............................................. 28
3.1.1 簡單線性迴歸方程 .................................... 28
3.1.2 多重線性迴歸方程 .................................... 30
3.1.3 多項式迴歸方程 ..................................... 31
3.1.4 相關係數 ........................................... 31
3.2 實驗分析 ............................................. 32
3.2.1 篩選實驗 ........................................... 32
3.2.2 篩選實驗分析 ....................................... 36
3.2.3 優化實驗 ........................................... 37
第四章 實驗規劃與設備 ..................................... 40
4.1 實驗規劃 ............................................ 40
4.1.1 熱溫升量測流程 ..................................... 40
4.1.2 溫度感測器與位移感測器 .............................. 40
4.1.4 溫度與位移量測系統 ..................................44
4.2 實驗設備 ............................................ 49
4.2.1 韌體儀器模組 ....................................... 49
4.2.2 高速工具機 ......................................... 50
4.2.3 Minitab R15軟體 ................................... 51
第五章 結果與討論 ........................................ 54
5.1 溫度與位移量測結果 ................................... 54
5.1.1 溫度量測結果分析 ................................... 54
5.1.2 位移量測結果分析 ................................... 58
5.2 迴歸分析 ............................................ 61
5.2.1 主軸上軸承溫度點之迴歸分析 .......................... 61
5.2.1.1 主軸上軸承之Z軸迴歸分析 ........................... 61
5.2.1.2 主軸上軸承之X軸迴歸分析 ........................... 63
5.2.1.3 主軸上軸承之Y軸迴歸分析 ........................... 66
5.2.2 主軸馬達溫度點之迴歸分析 ............................ 69
5.2.2.1 主軸馬達之Z軸迴歸分析 ............................ 69
5.2.2.2 主軸馬達之X軸迴歸分析 ............................ 71
5.2.2.3 主軸馬達之Y軸迴歸分析 ............................ 74
5.3 補償模型之建立 ...................................... 77
5.3.1 補償模型之參數 .................................... 77
5.3.2補償模型之編譯 ..................................... 79
5. 4 補償系統之規劃 ..................................... 80
5.4.1 補償系統 .......................................... 80
5.4.2 Macro Executor工具 ............................... 81
5.4.2.1 Macro Executor之簡介 ........................... 81
5.4.2.2 系統需求 ....................................... 82
5.4.2.3 程式編譯連結 ................................... 82
5.5 補償驗證之結果 ...................................... 85
5.5.1 預補償實驗 ........................................ 85
5.5.2 實驗結果 .......................................... 86
第六章 結論與未來展望 .................................... 88
6.1 結論 ............................................... 88
6.2 未來展望 ............................................ 90
參考文獻 ................................................ 91
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