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研究生: 江忠穎
Chung-Ying Chiang
論文名稱: 自製拋光球對STAVAX模具鋼應用於六軸機械手臂之表面精加工研究
Research on the Surface Finish of STAVAX Mould Steel Using Homemade Polishing Ball on a 6-Axis Robot
指導教授: 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 郭重顯
Chung-Hsien Kuo
吳昌謀
Chang-Mou Wu
郭俊良
Chun-Liang Kuo
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: 144
中文關鍵詞: 球拋光自製拋光球表面粗糙度STAVAX六軸機械手臂
外文關鍵詞: Ball polishing, 6-axis robot, Homemade polished ball, Surface roughness, STAVAX
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  • 本論文主要研究自製橡膠拋光球對STAVAX模具鋼於六軸機械手臂進行表面精加工之研究。其球擠光加工參數乃參考先期研究,並使用CNC 切削中心機對試件作精銑與球擠光加工,最後將同期研究所得之較佳球拋光參數應用於六軸機械手臂。
    本研究使用之最佳球擠光參數為:進給率300 mm/min、間距30 μm、擠光力為80 N,平面試件之表面粗糙度可改善至Ra 0.04 μm。本研究使用之較佳球拋光參數為:FKM橡膠拋光球、進給率30 mm/min、間距10 μm、壓深90 μm、主軸轉速7500 rpm、潤滑液比例1:20,經由實驗結果得知,使用CNC 切削中心機拋光的平面試件,其表面粗糙度可由Ra 0.04 μm改善至Ra 0.017 μm。
    本研究以六軸機械手臂將較佳球拋光參數應用於平面、弧面與鞍型面試件,拋光後的平面試件表面粗糙度由Ra 0.04 μm降至Ra 0.027 μm;弧面試件表面粗糙度由Ra 0.047 μm降至Ra 0.033 μm;鞍型面試件表面粗糙度由Ra 0.07 μm降至Ra 0.04 μm。


      The purpose of this research is to develop the surface finishing processes on the 6-axis robot for STAVAX material. The optimal processing parameters of ball burnishing and ball polishing which were obtained in the previous study are adopted in this study. The ball polishing parameters were obtained in the same period study are adopted in this study as well.
      The optimal ball burnishing parameters were as follows:the feed rate of 300 mm/min, the stepover of 30 μm, the burnishing force of 80 N. The surface roughness could be improved to Ra 0.04 μm. The polishing parameters were as follows:FKM rubber, the feed rate of 30 mm/min, the stepover of 10 μm, the depth of penetration of 90 μm, the spindle speed of 7500 rpm, the ratio of lubricant of 1:20. The surface roughness of 2D flat workpiece could be improved from Ra 0.04μm to Ra 0.017μm on a CNC machining center.
    Applying these parameters to different shape of workpiece by using 6-axis robot, the surface roughness of 2D flat workpiece could be improved from Ra 0.04 μm to Ra 0.027 μm. The surface roughness of 2.5D cylindrical workpiece could be improved from Ra 0.047 μm to Ra 0.033 μm. The surface roughness of 3D saddle workpiece could be improved from Ra 0.07 μm to Ra 0.04 μm.

    目錄 摘要 I Abstract II 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 1.2.1 球擠光加工 2 1.2.2 球拋光加工 2 1.2.3 機械手臂拋光加工 3 1.3 研究方法及論文架構 6 第二章 相關理論介紹 7 2.1球擠光加工原理 7 2.1.1球擠光加工之重要參數 8 2.1.2擠光力 8 2.1.3擠光球材質 8 2.1.4 進給率 9 2.1.5 間距 9 2.2 球拋光加工原理 10 2.2.1 磨料 11 2.2.2進給率 11 2.2.3壓深 11 2.2.4轉速 11 2.2.5間距 12 2.3 表面粗糙度 12 2.3.1 表面粗糙度定義[39] 13 2.3.2 表面粗糙度參數表示法[41] 13 2.4機械手臂運動學相關理論 16 2.4.1齊次轉換矩陣(Homogeneous Transformation Matrix) 16 2.4.2順向運動學(Direct kinematics) 19 2.4.3逆向運動學(Inverse kinematics) 20 第三章 實驗相關設備校正與量測 24 3.1機械手臂拋光用之力感測器校正 24 3.2機械手臂拋光治具之力感測器保護裝置測試 26 3.3 機械手臂相關精度校驗[20, 21] 27 3.3.1機械手臂校正之相關參數設定 29 3.3.2機械手臂校正之鏡組架設 31 3.3.3三軸雷射量測結果 31 3.3.4三軸誤差曲線擬合 38 3.3.5三軸校正公式 40 3.3.6三軸校正結果 41 3.3.7三軸校正總結 47 第四章 實驗方法與程序 48 4.1 實驗方法 48 4.2 試件材料[47] 51 4.3試件規劃 52 4.3.1 2D平面試件 52 4.3.2 2.5D弧面試件 53 4.3.3 3D鞍型面試件 54 4.4 實驗設備 55 4.4.1 三軸加工中心機 55 4.4.2 五軸加工中心機 55 4.4.3 六軸機械手臂[34] 56 4.4.4 力感測器(Force torque sensor) 57 4.4.5 球拋光工具 58 4.4.6 電動研磨機 60 4.4.7拋光球模具 61 4.4.8自製內含氧化鋁粉之橡膠拋光球 62 4.4.9分度頭與快速定位夾具 69 4.4.10表面粗糙度量測儀[46] 71 4.4.11場發射雙束型聚焦離子束顯微鏡 72 4.4.12自動熱壓成型機 72 4.4.13工具顯微鏡 73 4.5程式架構 74 4.6實驗流程 78 第五章 實驗結果與分析 79 5.1 精銑與球擠光加工實驗 79 5.2 球拋光加工實驗 80 5.2.1較佳拋光參數組合應用於CNC切削中心機 80 5.2.2較佳拋光參數組合應用於六軸機械手臂 81 5.3 實驗試件表面情形 85 5.4 拋光球磨耗分析 89 第六章 結論與未來展望 91 6.1 結論 91 6.2 未來展望 92 參考文獻 93 附件一 機械手腕部允許負載線圖 98 附件二 NBR拋光球配方表 99 附件三 拋光球SEM圖與EDS成分分析表 102 附件四 不同外型試件之精銑後與擠光後表面粗糙度 118 附件五 不同外型試件之拋光後表面粗糙度 124

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