臺灣博碩士論文加值系統

在追求材料移除率而提升切削深度時，常會發生顫振，顫振不僅會破壞工件的表面精度與幾何精度，甚至會破壞刀具、主軸、軸承等重要零組件，所以必須加以預防或抑止。針對這問題，本研究設計一減振器提升刀具的動態特性。
本研究首先藉由文獻探討切削振動之成因，並比較各種減振器的優缺點作為設計依據。接著利用運動方程式推導，得知設計時要注意的參數。再建立模型進行有限元素分析，分析減振器對刀具動態性能的改善。最後製作實體進行切削實驗。
實驗結果顯示，本研究所設計之減振器能提升普通刀具的極限切深50%~160%不等，並在顫振發生時有效緩減或抵消顫振造成的表面波紋，提昇表面精度。

Chatter often occurs when the depth of cut is increased. Chatter not only damages the accuracy of the workpiece surface and geometric, but also destroys the tool, spindle, bearings and other key components. It must be prevented or avoided. For these problems, this study designs an additional absorber to increase the dynamic characteristics of turning tool.
First, this study investigates the causes of chatter and compares the advantages of various absorbers from documents. Then from the equation of motion, the important parameters are known. The finite element method is used to analysis the additional absorber. Finally, some experiments are made to compare the surface quality when machining with and without the absorber.
Experimental results show that the additional absorber can increase the limits depth of cut ranging from 50% to 160%, and improve surface accuracy.

誌謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本文架構 5
第二章 顫振原因與減振器介紹 6
2.1切削振動分類 6
2.1.1自由振動 6
2.1.2強迫振動 7
2.1.3自激振動 8
2.2 穩定性分析 10
2.3 減振器介紹 12
2.3.1 主動式減振器 13
2.3.2半主動式減振器 13
2.3.3 被動式減振器 15
2.3.3.1 複合式結構 15
2.3.3.2 衝擊減振器 15
2.3.3.3彈簧動態減振器 16
2.3.3.4 摩擦減振器 17
2.3.3.5 微粒減振器 18
2.3.3.6 渦電流減振器 19
第三章 減振器設計與分析 20
3.1運動方程式推導 20
3.2 各參數對減振器的影響 21
3.3 有限元素分析 25
第四章 實驗規畫與實驗結果 36
4.1 實驗設備 36
4.1.1 實驗機台 36
4.1.2表面粗度儀 37
4.1.3刀具 38
4.1.4 量測模組 39
4.2實驗規畫 39
4.2.1加工參數 40
4.2.2表面粗糙度量測方法 41
4.3 實驗結果與討論 44
4.3.1 極限切深比較 44
4.3.2 表面品質比較 44
4.3.3 振動訊號量測與比較 46
第五章 結論與未來展望 49
5.1 結論 49
5.2 未來展望 49
參考文獻 51

[1] Y. Altintas, M.Weck, 2004, “ Chatter Stability of Metal Cutting and Grinding ” , Ann CIRP 53:619–642.
[2] 曹淵閔，2006，”動態吸振器在工程上的應用探討”， 國立臺灣科技大學機械工程系碩士學位論文
[3] 王佳盈，2000，”衝擊阻尼之動態分析”，國立中正大學機械工程研究所碩士論文
[4] Achala V. Dassanayake, C. Steve Suh , 2006 , “ On nonlinear cutting response and tool chatter in turning operation ” , Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 13 (2008) 979–1001
[5] Emre Ozlu , Erhan Budak , 2007 , “ Analytical Modeling of Chatter Stability in Turning and Boring Operations—Part I: Model Development ” , Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, v 129, n 4, p 726-732.
[6] 賴光明，2008，”工具機主軸特性對切削穩定性影響之研究”，國立中興大學機械工程研究所碩士論文
[7] 洪瑞斌，陳泳潤，2012，”新型龍門主軸結構對刀具切削穩定性之影響”， 第二屆創新發明應用研討會論文集
[8] 吳衛國，王貴成，沈春根，馬利杰，2007，”精密車床主軸動態特性對系統穩定性的影響”，江蘇大學學報(自然科學版)第28卷第4期
[9] K. Li, A.P. Darby , 2006 , “ An experimental investigation into the use of a buffered impact damper ” , Journal of Sound and Vibration 291 (2006) 844–860.
[10] Y.S. Tarng, J.Y. Kao, E.C. Lee , 2000 , “ Chatter suppression in turning operations with a tuned vibration absorber ” , Journal of Materials Processing Technology 105 (2000) 55-60.
[11] Min Wang , TaoZan , YiqingYang , RenyuanFei , 2010 , “ Design and implementation of nonlinear TMD for chatter suppression: An application in turning processes ” , International Journal of Machine Tools & Manufacture 50 (2010) 474–479.
[12] Etsuo Marui, Satoshi Ema, Masatoshi Hashimoto, Yasunori Wakasawa , 1998 , “ Plate insertion as a means to improve the damping capacity of a cutting tool system ” , International Journal of Machine Tools & Manufacture 38 (1998) 1209–1220.
[13] 黃建立，戴祐宇，2010，”一個新的車削顫振抑制系統設計”，中華民國振動與噪音工程學會第18屆學術研討會
[14] 莊集黃，2005，”減振搪刀桿之可行性研究”，國立中興大學機械工程研究所碩士論文
[15] 曹以明，2005，”受工件撓度影響之再生顫振穩定性分析”，國立成功大學機械工程學系博士論文
[16] 湯智宏，2009，”車削細長形工件的主動式顫振抑制控制器設計”，逢甲大學自動控制工程學系碩士班碩士論文
[17] 黃建立，陳孝武，陳正和，吳允華，吳仲偉，2008，”車削細長型工件的主動式顫振抑制控制器”，第十六屆中華民國振動與噪音工程學術研討會
[18] Min Wang , Renyuan Fei , 1999 , “ Improvement of machining stability using a tunable-stiffness boring bar containing an electrorheological fluid ” , Smart Mater. Struct. 8 (1999) 511–514.
[19] 孔天榮，梅德慶，陳子辰，2009，”基於變結構剛度抑制精密孔搪削加工的顫振”，光學精密工程第17卷第12期
[20] Chih-Cherng Chen , Ko-Ta Chiang , 2011 , “ Analyzing the design of vibration reduction with the rubber-layered laminates in the precision turning with a diamond cutting tool ” , Int J Adv Manuf Technol (2011) 57:101–116.
[21] Satoshi Ema , Etsuo Marui , 2000 , “ Suppression of chatter vibration of boring tools using impact dampers ” , International Journal of Machine Tools & Manufacture 40 (2000) 1141–1156.
[22] Kuanmin Mao , Michael Yu Wang , Zhiwei Xu , Tianning Chen , 2004 , “ Simulation and Characterization of Particle Damping in Transient Vibrations ” , Journal of Vibration and Acoustics, Transactions of the ASME, v 126, n 2, p 202-211.
[23] Jae-Sung Baea, Moon K. Kwak, Daniel J. Inman , 2005 , “ Vibration suppression of a cantilever beam using eddy current damper ” , Journal of Sound and Vibration 284 (2005) 805–824.
[24] 陳崇彥，2001，” 車床能力本位訓練教材表面粗糙度量測”，中華民國職業訓練研究發展中心
[25] 鑫禾興業有限公司台灣網頁之技術標準資料 表面粗糙度之表示法 http://www.goldenhope.com.tw/upload/表面粗糙度之表示法-1.pdf
[26] Emre Ozlu , Erhan Budak , 2007 , “ Analytical Modeling of Chatter Stability in Turning and Boring Operations—Part II: Experimental Verification ” , Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME, v 129, n 4, p 733-739.
[27] 楊毅青，劉強，王民，2010，”面向車削颤振抑制的多重阻尼器優化设计”，振動工程學報第23卷第4期 468-474頁
[28] 呂智偉，2008，”可調式減振搪刀桿之性能研究”，國立中興大學機械工程研究所碩士學位論文
[29] 吳佳璋，2006，”振動學”，新文京開發出版股份有限公司
[30] 陳精一，2005，”ANSYS振動學實務分析”，高立圖書有限公司
[31] MILTON C.SHAW原著，林維新，紀松水編譯，1990，”切削理論”，全華科技圖書股份有限公司
[32] 郭宏賓，江俊顯，陳添鎮，施浚龍，2008，” 深入淺出零件設計SolidWorks 2008”，全華科技圖書股份有限公司
[33] 凌桂龍，丁金濱，溫正，2012，”ANSYS Workbench 13.0從入門到精通”，清華大學出版社