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研究生: 蕭至樂
Chih-Le Hsiao
論文名稱: 切削面積最大化之電腦輔助五軸傾斜面加工
Computer-aided Tilted Plane Machining Based on Maximization of Machinable Region
指導教授: 林清安
Ching-An Lin
口試委員: 張復瑜
Chuan-Fu Hsu
謝文賓
Win-Bin Shieh
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: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 104
中文關鍵詞: 3D CAD/CAM五軸加工傾斜面加工
外文關鍵詞: 3D CAD/CAM, Five-axis machining, Tilted plane machining
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  • 使用五軸加工機進行傾斜面加工時,往往需要數個刀軸方向方能完成整個零件的切削,但頻頻變換刀軸方向不僅會增加工時,亦有可能產生接刀痕跡,導致加工品質不良,因此如何以最少旋轉次數完成零件加工成為提高產能及改善加工品質之關鍵,本論文將探討如何以“可加工面積”為準則,自動化計算五軸傾斜面加工之刀軸方向,以提高加工精度及降低加工時間。
    本論文的研究方法為在零件3D CAD模型的表面分佈眾多參考點,以球座標的兩個旋轉角為可變參數,找出所有可能的刀軸方向,然後以所有的刀軸方向為射線方向,對參考點進行遮蔽及干涉檢查,藉此得到各刀軸方向的可加工面積,並比較其數值,找出當中可加工面積為最大值之刀軸方向,做為第一個輸出的刀軸方向;接著對第一個刀軸方向上剩餘無法加工之參考點重複上述檢查,輸出第二個刀軸方向,重覆此步驟,直到所有參考點皆可加工為止,利用此方法計算出來的結果為刀軸旋轉次數及接刀痕跡皆為最少的最佳化刀軸方向;最後以求出的刀軸方向透過CAM軟體產生五軸NC加工的刀具路徑,並於電腦上進行3D切削模擬,以確認刀軸方向的正確性。


    While conducting five-axis-based tilted plane machining, various cutting tool orientations will be required. However, a frequent change of tool orientations will not only increase the processing time but also produce tool marks, resulting in poor quality of the machined part. Therefore, completing the machining process through the least number of tool-orientation changes becomes the key to productivity and quality. In order to decrease the processing time while maintaining the machining quality, this thesis proposes a method based on the principle “maximization of machinable region” to automatically generate a series of tool orientations for tilted plane machining.
    This thesis firstly distributes reference points on the surface of the part’s 3D geometric model, and then finds all possible cutting tool orientations using the two rotation angles of a spherical coordinate as variables. Each tool orientation is used as the ray direction to check the conditions of undercut and interference of all reference points. The machinable regions of all possible tool orientations can thus be obtained. The orientation with the largest machinable region is selected as the first tool orientation for machining. The same procedure is applied to reference points left from the first step of machining and the result is the second tool orientation. Repeat the process until all reference points are machined. The final results are a set of tool orientations with least tool rotations and tool marks. Based on the resulting tool orientations, a CAM software is introduced to generate cutter paths, and a 3D computer simulation of machining processes is also undertaken to confirm the feasibility of the result.

    摘要 I Abstract II 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 XIV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法 5 1.3 文獻探討 6 1.4 論文架構 13 第二章 決定五軸傾斜面加工之刀軸方向 14 2.1 遮蔽區之判斷 14 2.2 佈點原理 18 2.3 射線法簡介 20 2.4 刀具干涉區之判斷 23 2.4.1 刀柄干涉之判斷 24 2.4.2 刀把干涉之判斷 26 2.5 刀軸方向之判斷 29 2.5.1 所有可能刀軸方向之建立 31 2.5.2 刀軸方向之判斷流程 33 第三章 相關參數之探討 42 3.1 時間複雜度 42 3.1.1 Z-buffer理論時間複雜度 42 3.1.2 本方法時間複雜度 43 3.2 運算次數的分析 43 3.3 佈點距離 43 3.4 角度增量 50 第四章 實例驗證 55 4.1 軟體介紹 55 4.1.1 NX10 55 4.1.2 Visual Studio 2012 55 4.2 系統開發流程 56 4.3 前處理 56 4.3.1 分析區域 56 4.3.2 座標轉換 60 4.4 準確度 62 4.4.1 餘料 62 4.4.2 準確度計算 65 4.5 模擬切削 65 4.5.1 案例一 65 4.5.2 案例二 70 4.5.3 案例三 75 4.5.4 案例四 79 第五章 結論與未來研究方向 82 5.1 結論 82 5.2 未來研究 83 參考文獻 85

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    無法下載圖示 全文公開日期 2025/01/25 (校內網路)
    全文公開日期 2032/01/25 (校外網路)
    全文公開日期 2032/01/25 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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