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研究生:藍英鴻
研究生(外文):Lin-Hung Lan
論文名稱:鑽孔攻牙機之進給系統設計技術與分析研究
論文名稱(外文):Tapping Center Feed Drive System Design and Analysis
指導教授:曾柏昌曾柏昌引用關係
口試委員:王永鵬盧銘詮
口試日期:2013-01-11
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:機械工程學系所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:鑽孔攻牙機進給系統
外文關鍵詞:Tapping centerfeed drive system
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台灣工具機產業長久以來發展的基礎為三軸立式綜合加工機,此類型之加工機結構配置與鑽孔攻牙機相同,因此國內業者延用立式綜合加工機進給系統發展鑽孔攻牙機,其進給系統結構為固定-固定方式,相較於日本大廠brother的進給系統結構為固定-支撐方式,不論是製作成本或組裝時間均高於固定-支撐方式。
本研究分別組裝機台,一台為導螺桿固定-固定方式,一台為固定-支撐方式,並對這兩台機台做實際切削實驗。實驗結果顯示,兩種進給系統設計在實際切削的比較下,幾何精度平均相差2μm與表面粗糙度相差0.2μm,因此選擇使用固定-支撐方式的進給系統設計,將犧牲微量的幾何精度及表面粗糙度,但換來的是組裝時間比固定-固定方式節省約2小時及降低零件成本約1%。在一台造價約七十萬的鑽孔攻牙機,帶來的效益是台灣業者的另一個競爭優勢。


Taiwan machine tool industry has been development of three-axis vertical machining center as basis for a long time. This type of machine tool is composition with tapping center. Taiwan machine tool manufacturers continue to use the same vertical machining center feed drive system to develop tapping center. This type feed system structure called fixed - fixed type. Compared with the feed system structure of Japanese company named Brother which is fixed - support type, no matter is production cost or assembly time are relatively higher than fixed - support.
This study contained and assembled two different machines’ feed drive system, one is with ball screw in fixed-fixed type and another one is fixed - support type. These two machines did the same cutting tests. The experimental results shown the two feed system design geometric precision cutting experiments compared the difference in average 2μm and the difference between the surface roughness is 0.2μm, If choose fixed - support feed drive system, it will sacrifice trace geometric accuracy and surface roughness, compare with fixed - fixed type, the assembly time can save up to 2 hours and about 1% cost. Thus, a cost NTD:$700,000 of tapping center can bring the advantage of the machine tool business in Taiwan.


摘 要 I
Abstract II
目 次 III
圖目次 V
表目次 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 鑽孔功牙機與綜合加工機 3
1.3 研究動機、背景 4
1.4 文獻回顧 6
1.4.1 熱溫升補償 6
1.4.2 螺桿預拉 6
1.5 論文架構 7
第二章 鑽孔攻牙機發展與關鍵技術探討 9
2.1 國內機台發展趨勢 9
2.1.1 鑽孔攻牙機高稼動率之關鍵技術 9
2.2 定位精度 10
2.2.1 進給系統慣量匹配 11
2.2.2 進給系統剛性 12
2.3 進給系統介紹 12
2.4 滾珠導螺桿 13
2.5 線性滑軌 15
2.6 支撐軸承 18
2.7 實驗機器之進給系統設計與改良 19
2.7.1 X軸設計計算 20
2.7.1.1 慣性匹配計算 20
2.7.1.2 進給系統機械剛性計算 22
2.7.1.3 預拉力計算 25
2.7.2 Y軸設計計算 26
2.7.2.1 慣性匹配計算 26
2.7.2.2 進給系統機械剛性計算 28
2.7.3 預拉力計算 30
第三章 進給系統實驗設備與量測 32
3.1 進給軸精度與熱變位改善 32
3.2 進給軸熱變位量測 36
3.3 荷重循跡精度量測 39
3.4 銑削標準工件測試 42
第四章 進給系統實驗與分析 45
4.1 實驗機台之實驗流程與規畫 46
4.2 荷載循跡量測與分析 47
4.2.1 測試設備 47
4.2.2 量測方法 48
4.2.3 測試結果 50
4.2.4 荷載循跡測試結論 54
4.3 進給系統熱變位量測與分析 55
4.3.1 測試設備 56
4.3.2 量測方法 57
4.3.3 測試結果 60
4.3.4 熱變位量測結論 65
4.4 實切測試工件 66
4.4.1 測試設備 66
4.4.2 程式設計 66
4.4.3 切削結果 67
4.4.4 表面粗糙度量測 70
4.4.5 相關幾何尺寸與外型檢驗 71
4.4.6 實切測試結論 74
第五章 結論與未來展望 75
5.1 實驗結果與討論 75
5.2 未來展望 76
參考文獻 78



【1】鄧應揚,"工具機進給系統之熱傳分析",國立中正大學碩士論文,2000
【2】廖子恩,"滾珠螺桿溫升熱變位量測之研究",國立中正大學碩士論文,1999
【3】張正明," NC 工具機滾珠螺桿預拉機構之試製研究",大同工學院碩士論文,1995
【4】蕭旭原,”預拉對於雙螺帽滾珠導螺桿之轉動摩擦扭矩與溫升影響之探討”中興大學碩士論文,2009
【5】張國豐,”雙螺帽滾珠導螺桿組裝預拉與運轉溫升之探討”,中興大學2010
【6】朱佑泰,”工具機結構溫昇熱變形測試與分析”,大葉大學碩士論文,2001
【7】夏恒泰,”CNC 工具機加工性能最佳化系統之研究與開發”, 中原大學碩士論文,2004
【8】歐士奇,”多軸工具機智能化控制之研究”,中原大學碩士論文,2007
【9】朱智義,” 以田口實驗法在工具機軸向定位精度之研究”,逢甲大學碩士論文,2009
【10】王靖霈,” 三軸工具機誤差分析及量測”,成功大學碩士論文,2002
【11】邱肇彥,”三軸工具機銑削路徑之精加工表面研究”,台灣大學碩士論文,2011
【12】廖華莘,”銑車複合加工機之銑削模組熱變位補償系統設計”,中興大學碩士論文,2007
【13】沈建華,”立式切削中心機之熱影響精度問題改善研究”,交通大學碩士論文,2005
【14】陳政雄,”智能化工具機技術”,機械月刊第三十四卷第三期,文66-文72
【15】精密機械研究發展中心,”鑽孔攻牙機性能測試分析”,技術通報,188期
【16】精密機械研究發展中心,”工具機進給軸熱變位量測技術應用”,技術通報,170期
【17】上銀科技,”滾珠導螺桿型錄”,2011
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【19】台灣三菱電機股份有限公司,”三菱CNC-MS Configurator調機軟體操作說明”,FA事業部,2011
【20】台灣三菱電機股份有限公司,”MITSUBISHI CNC DRIVE SYSTEM DATA BOOK”,2010
【21】明江貿易股份有限公司,”RENISHAW QC10 Ballbar操作手冊”,2005
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【24】Brother International Corporation,”TC-S2DN型錄”,2010
【25】FANUC LTD,”ROBODRILL型錄”,2008
【26】ISO 230-3(1996) Acceptance Code for Machine Tools-Part 3, Determination of thermail effects
【27】ISO 230-4 (2001) Acceptance Code for Machine Tools-Part 4, Circular Tests for Numerically Controlled Machine Tools
【28】ISO 10791-7(1997)Test conditions for machine center-Part7, Accuracy of a finished test piece
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