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研究生:李懿珅
研究生(外文):Yi-Shen Li
論文名稱:龍門型加工機之機構設計與研究
論文名稱(外文):The Study of Mechanical Structure for Double Column Machining Center
指導教授:許坤明許坤明引用關係
指導教授(外文):Kuen-Ming Shu
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:機械與電腦輔助工程系碩士班
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:81
中文關鍵詞:龍門型加工機頻譜分析熱問題田口方法有限元素分析
外文關鍵詞:gantry-type machine toolpath derivationspectrum analysisTaguchi methodthermal problemsfinite element analysis
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龍門型工具機在目前大型金屬加工產業與半導體加工產業中為大宗,市面上加工機也相對較大,所以鮮少將龍門型加工機運用於食品加工業當中,食品加工業在台灣也相當的多。以蛋糕為例,在台灣的廠商,目前使用在切蛋糕的機台大多以超音波、帶鋸式或是自己拿塑膠刀切蛋糕者為大宗,但大多切割出來的蛋糕外型也較為單調,在自己動手切或是利用帶鋸式切出來的蛋糕表面則相對有崩裂的情形發生,若利用超音波則切面較為完整,但形狀也較少變化。
本論文主要研究研究龍門型加工機的三軸向加工法配合旋轉軸的方式應用於食品加工業中,並縮小其加工機大小,首先針對線性軸與旋轉軸的路徑作計算推導,依照推導的方式設計其傳動機構與計算並配合時規皮帶輪之選用與安裝。當機台設計與安裝之後,機台作動時會產生振動的問題,對此將三軸作多次單軸向的往復運動,並使用頻譜分析儀與加速度規的組合,進行單軸向的振動頻率測試,測量機台的振動是否影響機台的作動,又因機台做動時產生的振動是否會造成馬達的熱問題,故針對馬達表面進行溫度的熱變化測量,進階討論其馬達溫度對龍門型加工機的影響。
在機台上使用田口方法與有限元素法的方式來設計機台傳動機構,並且從頻譜分析儀上所呈現的振動頻率觀察其振動型態,並利用紅外線感溫器對馬達進行熱偵測,以達到機台優化結果。


Gantry-type machine tools dominate the current large-scale metal and semiconductor processing industries. Because of their relatively large size, commercially available gantry-type machine tools are seldom used in the food processing industry, which is prevalent in Taiwan. For example, the majority of Taiwanese companies currently use ultrasonic machines, band saws, or plastic knives to cut cakes, resulting in monotonous cake appearances. Moreover, cakes are susceptible to surface collapses as a result of manual or band saw cutting; by contrast, ultrasonic cutting may produce smooth cuts, but lack diversity regarding shape.
This study investigates the application of the gantry-type machine tool three-axis processing method and the rotation axis technique in the food processing industry, Furthermore, the size of machine tools was reduced. First, the paths of the linear and rotation axes were calculated and derived, based on which the transmission mechanism was designed, followed by calculations to facilitate the selection and installation of timing pulleys. Considering the vibrations generated from the actuation of machine tools after the design and installation, each of the three axes was set in repeated uniaxial motion, and a spectrum analyzer was used in combination with an accelerometer to perform uniaxial vibration frequency tests, measuring whether the machine tool vibration affected the actuation of the machine. Moreover, to determine whether the machine actuation-derived vibrations caused thermal problems in the motor, the thermal fluctuation on the surface of the motor was measured, and these measurements were used to explore the effect of motor temperature on gantry-type machine tools.
The Taguchi method and finite element analysis were employed on the machine tools to design the machine transmission mechanism. The vibration frequencies displayed on the spectrum analyzer were used to observe the vibration patterns, and infrared thermal sensors were employed for detecting motor heat, to achieve optimized results.


中文摘要.................. i
Abstract................ iii
致謝..................... v
目錄..................... vi
表目錄.................... viii
圖目錄.................... ixx
符號說明.................. xii
第一章 緒論............... 1
1.1 前言................. 1
1.2 研究動機與目的......... 1
1.3 研究方法.............. 2
1.4 文獻回顧.............. 3
1.5 論文架構.............. 4
第二章 理論基礎............ 6
2.1 工具機概論............ 6
2.2 有限元素分析法......... 7
2.2.1 模型建構............ 9
2.2.2 網格化.............. 9
2.3田口方法............... 9
2.3.1 田口方法概論......... 10
2.3.2 田口方法實驗設計..... 10
2.3.3 田口方法使用流程..... 11
2.3.4 實驗因子定義及選擇.... 12
2.3.5 直交表的選用 ......... 12
2.3.6 訊號/雜訊比介紹(S/N比) 12
2.3.7 變異數分析(ANOVA)... 12
2.4快速傅立葉轉換.......... 17
2.5熱效應 ................ 18
第三章 龍門型加工機機構設計.. 20
3.1各軸向機構設計流程....... 20
3.1.1滑軌設計及選用流程..... 20
3.1.2導螺桿設計及選用流程... 21
3.1.3馬達設計及選用流程..... 30
3.1.4 時規皮帶輪原理及選用.. 23
3.2 各軸向設計計算......... 24
3.2.1 Y軸系統設計......... 24
3.2.2 X軸系統設計......... 32
3.2.3 Z軸系統設計......... 33
3.2.4時規皮帶輪的選用...... 35
3.3工作台的設計與分析....... 37
3.3.1材料性質設定.......... 37
3.3.2有限元素分析之模擬與分析 38
3.3.3田口方法參數設計....... 39
第四章 線性軸與旋轉軸關係變化. 47
4.1基本的座標轉換之轉換矩陣.. 47
4.2轉換矩陣觀念............ 50
4.3線性軸與旋轉軸作動關係.... 52
4.4線性聯立方程式驗證....... 53
4.5加工機實際驗證.......... 57
第五章 軸向機構振動探討...... 59
5.1 實驗設備介紹........... 59
5.2 實驗測量流程........... 62
5.3 實際測量結果........... 63
5.4軸向振動關係與改善....... 65
第六章 馬達熱效應探討....... 66
6.1 實驗設備介紹........... 75
6.2 實驗測量流程........... 68
6.3 實際測量結果........... 70
6.4 馬達熱效應與改善....... 74
第七章 結論............... 75
參考文獻.................. 76
英文論文大鋼............... 78
簡歷..................... 81



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