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研究生: 鍾宏明
Hong-Ming Jhong
論文名稱: 於CNC工具機進行自製拋光球之定力控制拋光加工研究
Research on the Constant Force Control of Ball Polishing on a CNC Machining Center Using the Lab-made Polishing Ball
指導教授: 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 郭重顯
Chung-Hsien Kuo
郭俊良
Chun-Liang Kuo
吳昌謀
Chang-Mou Wu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 131
中文關鍵詞: 田口法模糊控制五軸加工機鞍型面氟化橡膠
外文關鍵詞: fuzzy control, five-axis machine tool, Taguchi’s experimental method, saddle, fluoroelastomer
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  • 本論文研究目的為開發新型自製拋光橡膠球,以改善傳統羊毛氈拋光之拋光液槽所產生之加工限制,並克服因拋光加工產生自製拋光橡膠球之磨耗,造成拋光力降低,拋光深度無法均一之問題,以Visual Studio 2017撰寫具有拋光力感測及拋光力模糊控制功能之程式,使球拋光加工過程中產生拋光力補正值,使其拋光力於試件表面力量維持穩定,以改善STAVAX不鏽模具鋼之表面粗糙度並延長拋光加工時間。
    本研究先以田口法實驗計畫法對STAVAX不鏽模具鋼求得較佳拋光參數,經實驗結果得知較佳拋光加工參數為使用氟化橡膠(Fluoroelastomer,FKM),搭配轉速7500 rev/min、進給30 mm/min、步距10 μm、壓深90 μm,可使試件之擠光表面粗糙度從Ra 0.04 μm改善至Ra 0.023 μm,定力控制拋光可得Ra 0.013 μm,將較佳拋光參數應用於鞍型曲面於UX-300五軸加工中心機進行沿試件表面法向量拋光加工,由實驗結果可知,非定力控制拋光可使擠光表面粗糙度從Ra 0.07 μm改善至Ra 0.033 μm,定力控制拋光可得Ra 0.03 μm。


    The purpose of this research is to develop a new type of lab-made polishing rubber ball to improve the processing limitations of the traditional polishing, and to overcome the wear of the lab-made polished rubber ball caused by the long time polishing process. A set of software programmed with Visual Studio C# has been written for polishing force sensing and polishing force fuzzy control, so that the polishing force correction value was generated during the ball polishing process. The correction value was used to offset the tool length, so that the polishing force would be quasi-constant acting on the surface of the test piece. With the constant force control technique, the surface roughness of the stainless mold steel STAVAX has been approved and the polishing processing time of the polishing ball has been extended.
    The optimal polishing parameters have been determined by the Taguchi’s experimental method. The determined optimal polishing parameters were as follows the type of rubber of Fluoroelastomer (FKM), the spindle speed of 7500 rev/min, the feed rate of 30 mm/min, the stepover of 10 μm, the depth of penetration of 90 μm. The surface roughness of the polished test specimens on 2D flat test piece could be improved from Ra 0.04 μm to Ra 0.023 μm without force control, and to Ra 0.013 μm with force control. The surface roughness of the polished test specimens on the test specimen with saddle surface could be improved from Ra 0.07 μm to Ra 0.033 μm without force control, and to Ra 0.03 μm with force control polished along the surface normal direction by using the five axis machine.

    摘要I AbstractII 誌謝III 目錄IV 圖索引VIII 表索引XII 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 研究方法與論文架構6 第二章 相關理論介紹7 2.1 球拋光加工之原理7 2.1.1 磨料9 2.1.2 轉速9 2.1.3 進給9 2.1.4 步距9 2.1.5 壓深10 2.2 表面粗糙度之介紹10 2.2.1 表面粗糙度之定義及表示法10 2.3 模糊控制12 2.3.1模糊控制之介紹12 2.3.2 模糊控制器的基本結構13 第三章 田口試驗法18 3.1 田口實驗規劃法簡介18 3.2 參數設計18 3.3 因子的分類19 3.3.1 信號因子(Signal Factor)19 3.3.2 可控因子(Control Factor)19 3.3.3 雜音因子(Noise Factor)19 3.3.4 品質損失函數19 3.4 信號雜訊比(Signal to Noise Ratio)21 3.5 變異數分析21 3.6 直交表(Orthogonal Array)22 3.7 最適條件下的最佳估計值與確認實驗24 第四章 實驗方法與程序25 4.1 實驗方法25 4.2 實驗試件設計30 4.2.1 實驗試件之簡介及特性30 4.2.2 平面加工設計32 4.2.3 鞍型曲面試件之設計32 4.3 實驗設備34 4.3.1 三軸加工中心機34 4.3.2 五軸加工中心機35 4.3.3 荷重計(Load Cell)35 4.3.4 動力計37 4.3.5 內建荷重計之球擠光工具38 4.3.6 內建荷重計之球拋光工具40 4.3.7 電動研磨機43 4.3.8 橡膠拋光球熱壓模具44 4.3.9 自製內含氧化鋁粉之橡膠拋光球46 4.3.10 Z軸設定器ZDE-5049 4.3.11 表面粗糙度量測儀50 4.3.12 影像式高精度量測儀51 4.3.13 資料擷取設備53 4.4 擠、拋光加工參數54 4.6 具有拋光中即時定力控制系統之研發55 4.6.1 資訊系統55 4.6.2 荷重計校驗56 4.5 實驗步驟59 第五章 實驗結果與分析61 5.1 球擠光加工實驗61 5.2 拋光加工田口實驗64 5.2.1 訊噪比 (S/N ratio)70 5.2.2 ANOVA變異數分析77 5.2.3 表面粗糙度預測值81 5.3 拋光加工參數對表面粗糙度影響之探討83 5.3.1 拋光球內之氧化鋁粉粒徑83 5.3.2 轉速84 5.3.3 進給率84 5.3.4 壓深84 5.3.5 步距84 5.4 定力拋光之模糊控制器設計與規劃84 5.4.1 定義輸入變數與輸出變數85 5.4.2 模糊化86 5.4.3 建立控制規則庫86 5.4.4 解模糊化87 5.5 較佳拋光參數應用88 5.5.1實驗試件之設計及實驗規劃與加工88 5.5.2實驗試件之量測結果92 5.5.3 定力控制拋光加工變化96 5.5.4 拋光加工後橡膠拋光球體積變化97 第六章 結論與未來展望100 6.1 結論100 6.2 未來展望101 附錄(一) 動力計9129AA規格表105 附錄(二) NBR橡膠配方表107 附錄(三) FKM橡膠配方表109 附錄(四) NBR橡膠之SEM圖與EDS成分分析表110 附錄(五) FKM橡膠之SEM圖與EDS成分分析表112 附錄(六) F分佈表(F0.05,v1,v2)114 附錄(七) 表面粗糙度量測報告115 附錄(八) 試件表面顯微組織觀察119

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