臺灣博碩士論文加值系統

主軸是工具機的關鍵組件，所以要求的精度很高，然而主軸也需要穩固精確的安裝，故組裝的精度也要一併要求，才能達成預期的精度目標，進而降低組裝成本，本研究即針對CNC車床主軸的主軸頭系統，探討其組件設計模式，並對此組裝進行公差分析與調配。文中除進行組裝公差分析之外，並建立一針對該主軸系統之公差成本模型，透過公差與成本的敏感度分析及貢獻度分析進行進一步的公差調配，使其符合精度要求的同時，又能降低加工成本。
此外本研究發展出一套以時間及公差係數為基底的製程公差成本函數，透過估價數據建置不同加工方式對應之公差係數，然後透過各項製程的加工路徑，計算單一尺寸所需的加工時間，並將所使用的機具設備、刀具配件、夾治具、人事成本、行政等成本，整合計算所需的製程單位成本，再依據對應的公差係數，據以計算加工此尺寸所需的加工費用，供設計者在設計零組件時評估公差加工費用的成本計算方法。
本研究主要的貢獻在於建置以時間及公差係數為基底的製程公差成本函數用以計算公差加工成本，同時運用公差敏感度分析搭配成本貢獻度分析進行公差調配，使整體主軸頭系統符合精度要求，並降低加工成本。

Spindle is the key component of a machine tool thus requires high precision. In addition to the precision of the spindle, firm and accurate assembly also play important roles in its final precision. This study is aimed toinvestigating tolerance analysis and adjustment in the assembly of the spindle head system for a CNC lathe. A cost-tolerance model dedicated for this spindle is constructed. Sensitivity and contribution analysis of each tolerancing specification and corresponding fabrication cost, in addition to tolerance analysis, are employed for adjusting tolerancing of the spindle in order to ensure it satisfies precision requirement with lower fabrication cost.
For estimating fabrication cost, cost-tolerancing models for different fabrication processes are developed based on cost estimation data from engineering practice. Machining cost can be estimated using the developed cost model through calculating machining time and cost coefficientcorresponding to the machining process. Machining time is calculated from material removal as well as process parameters while fabrication cost is estimated according to processequipment, tool accessories, fixture, labor as well as administration and other costs. Based on this model, a computer spread sheet is also developed for the designer to estimate the fabrication cost in tolerancing design.
The main contribution of this study is to build cost-tolerancing model using machining time and the cost coefficient for estimating fabrication cost. This model, together with sensitivity analysis and contribution analysis, provide an approach for tolerancing design of a spindle that satisfies precision requirement with lower fabrication cost.

致謝 i
摘要 ii
ABSTRACT iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
符號表 ix
第一章緒論 1
1.1研究動機與目標 1
1.2文獻回顧 1
1.2.1公差網路與尺寸鏈 1
1.2.2公差敏感度分析 3
1.2.3公差成本模式 3
1.2.4公差配置 6
1.3研究方法與流程 6
1.4本文大綱 7
第二章主軸頭系統公差分析 8
2.1建立產品架構 8
2.2產品公差網路 11
2.3關鍵路徑分析 12
2.4公差分析結果 14
第三章製程公差成本函數 17
3.1公差成本模型 17
3.2切削時間 18
3.2.1車削加工 18
3.2.2銑削加工 19
3.2.3平磨加工 21
3.2.4外圓磨加工 23
3.2.5內圓磨加工 24
3.3單位成本 25
3.4公差係數 26
3.5加工成本 28
第四章主軸頭系統公差調配 31
4.1公差敏感度分析 31
4.2成本貢獻度分析 33
4.3公差調配 34
第五章結論與未來展望 38
5.1研究結論 38
5.2未來展望 39
參考文獻 40
【附錄A】CNC車床主軸頭系統與主軸組合圖 42
【附錄B】關鍵路徑之零件圖 43
【附錄C】加工成本與貢獻度之計算 45

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