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研究生:劉宇瑄
研究生(外文):Yu-Xuan Liu
論文名稱:用於線性滑軌且具雙軸向剛性之輔助滑塊研究開發
論文名稱(外文):Development of an Auxiliary Slider with Multidirectional Stiffness for Anti-friction Guideways
指導教授:黎文龍黎文龍引用關係蔡國隆蔡國隆引用關係
指導教授(外文):Wen-lung LiGo-long Tsai
口試委員:王世明許東亞
口試日期:2016-07-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:車輛工程系所
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:線性滑軌、輔助滑塊、雙剛性
外文關鍵詞:Linear slide、Slider、Dual stiffness
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工具機之性能以切削移除率與精度為參考依據,以增加整體結構的剛性值,並提高切削加工的制振效果為目標,本研究室已開發出提高線性滑軌剛性之被動式剛性輔助滑塊(滑塊Ⅰ)與提高線性滑軌阻尼效應之輔助滑塊(滑塊Ⅱ),及因應機種適應性、剛性轉折點可調性而開發的可調變式剛性輔助滑塊(滑塊Ⅲ),本研究除將輔助滑塊Ⅰ進行實機上切削試驗後,收集統整的訊號經由分析處理,發現切削過程中的振動量,工作台移動的平面X與Y向會大於主軸進給的垂直Z向振動。
本研究開始設計具雙向剛性補助之輔助滑塊(滑塊Ⅴ),沿用輔助滑塊Ⅰ之非線性剛性曲線優點,低斜率曲線低剛性之不影響原有線性滑塊移動速度;高斜率曲線剛性能在加工過程提供剛性補助,使用七種不同的設計方式驅使滑塊在負載的作用下藉由機構做動達到雙軸向之功能,經由CAE進行模擬,選出垂直向與平面向位移比約為1:1.5之滑塊進行加工製造,尺寸檢驗中發現垂直向之間隙值比設計值略大,實驗上使用MTS材料試驗機進行靜剛性之測試,得知Y軸轉折點為240牛頓,Z軸轉折點為260牛頓,修正Z軸曲線後可觀察整體位移放大之趨勢,再各別比對Y向及Z向加工後之模擬值與實驗值,探察其趨勢相符合,以驗證滑塊Ⅴ達成雙向雙剛性之設計目標。
The machinability of machine tool depends on the precision and mechanical efficiency. In order to improve the weak stiffness of the structure, we had developed a nonlinear auxiliary sliding block(sliderⅠ) and passive high stiffness auxiliary sliding block (sliderⅡ) for rolling linear guideways. Also, an adjustable auxiliary slider had been developed (sliderⅢ)with five types geometric gaps, it can be applied to machines with different loading. SliderⅠwas assembled on worktable and performed on cutting test. By signal analysis, we found that vibration amplitude on the X-axis and Y¬-axis is larger than Z-axis.
Based on the previous testing result ,a new slider with dual stiffness(sliderⅤ) is designed in seven types structure to strengthen the stability of maching. Resevreing the advantage of nonlinear concept from sliderⅠ, assembling the slider cause only less influence for the worktable motion ,but strengthen the overall stiffness under cutting .SliderⅤ is designed, and constructed into a 3D model by CAD software, and been simulated by CAE.A static stiffness test is performed by MTS machine to comfirm the dual-axis stiffness.
摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 工具機之簡介 7
1.3.1 構造 8
1.3.2 結構剛性 8
1.3.3 滑軌 9
1.4 研究動機 18
1.5 研究流程 19
第二章 研究方法與步驟 21
2.1 研究背景 21
2.1.1 第一至四代輔助滑塊 21
2.2 輔助滑塊Ⅰ之實機試驗 26
2.2.1 切削試驗 26
2.2.2 弱化剛性 28
2.2.3 弱化後之切削試驗 34
第三章 輔助滑塊Ⅴ之設計構想 39
3.1 設計流程 39
3.1.1 環境系統配置 40
3.1.2 材料選用 42
3.1.3 簡單機構 43
3.2 設計構想 46
3.2.1 雙軸向剛性曲線 52
3.2.2 外型與尺寸 54
3.3 電腦輔助設計與模擬 56
3.3.1 繪圖軟體設計 56
3.3.2 模擬 57
第四章 輔助滑塊之製作與實驗 62
4.1 滑塊之加工製造 62
4.2 量測與檢驗 63
4.2.1 公差與尺寸量測 64
4.2.2 硬度測試 68
4.3 靜剛性實驗 71
4.3.1 實驗架設 71
4.3.2 實驗量測 73
第五章 實驗結果與未來展望 77
5.1 結果與討論 77
5.2 建議 79
參考文獻 81
附錄 82
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4.黃國棟,線性滑軌智慧型自動阻尼產生裝置,中華民國發明專利第471574號,2001
5.李愛成,線性滑軌制動機構,中華民國發明專利第 201408894號,2014
6.李愛成,Auxiliary damping adjusting slider of linear sliding rail,中國專利CN20132732092U,2013
7.YCM永進機械立式洗床(FV-56A)
8.馬瑞平,加工機具不穩定現象與動剛性量測介紹,機械月刊,第二十八卷,2002
9.THK LM Guide Ultra-heavy Load Type for Machine Tools Model NR/NRS,A1- 220,2016
10.THK General Description,B02-B023,2016
11.THK LM Guide Mounting Procedure and Maintenance,B189-B192,2016
12.田騏瑋,被動式剛性輔助滑塊之設計與研製,碩士論文,台北,台北科技大學機電整合研究所,2014
13.黃偉瑄,具非線性效應之線性滑軌輔助滑塊之創新研究與開發,碩士論文,台北,台北科技大學機電整合研究所,2014
14.許峻翊,用於線性滑軌且具雙剛性之輔助滑塊開發研究,碩士論文,台北,台北科技大學機電整合研究所,2015
15.李泰億,具負載補償與雙勁度輔助滑塊開發及抑振效果研究分析,碩士論文,台北,台北科技大學機電整合研究所,2016
16.陳莞萁,104第一次廠區實驗報告,台北,台北科技大學機電整合研究所,2015
17.康鳳梅,循序學習SolidWorks2010,台北:全華圖書,2012
18.蔡國忠,ANSYS/Workbench有限元素分析及工程應用,臺北:加樺國際出版社,2008
19.劉祥鈞,工程材料試驗,台北:大聖書局,1972,第182-191頁
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