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研究生: 徐銘良
Ming-Liang Hsu
論文名稱: 於CNC工具機進行自動球拋光之定力控制研究
Research on the Automated Spherical Polishing with Constant Force Control on a CNC Machining Center
指導教授: 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 鍾俊輝
Chun-Hui Chung
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: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 150
中文關鍵詞: 田口法模糊控制五軸加工機鞍型試件
外文關鍵詞: fuzzy control, five-axis machine tool, Taguchi’s experimental method, saddle
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  •   本論文研究目的為克服因拋光加工產生羊毛球之磨耗,造成拋光力降低,力量無法均一之問題,以Visual Basic 6.0撰寫具有NC碼傳輸、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自動產生拋光力補正NC碼,使其拋光力於試件表面力量維持穩定,以改善POLMAX工具鋼之表面粗糙度。
      本研究先以田口實驗計畫法對POLMAX工具鋼求得最佳擠光及拋光參數,經實驗結果得知最佳擠光加工參數為擠光力400 N、進給500 mm/min及間距20 μm,可使試件表面粗糙度改善至Ra 0.16 μm。而最佳拋光加工參數為轉速11000 rpm、進給30 mm/min、間距40 μm、壓深120 μm(4.36 N)、拋光液比例1:20,可使試件表面粗糙度改善至Ra 0.0189 μm,而使用定力控制拋光加工後可改善至 Ra 0.012 μm,求得最佳擠、拋光加工後於3D載具非球面鏡片應用,非定力控制拋光可得表面粗糙度為Ra 0.126 μm,定力控制拋光可得Ra 0.050 μm ; 最後設計一鞍型模仁於UX-300五軸加工機進行沿試件表面法向量拋光加工,試件表面粗糙度可改善至Ra 0.034 μm。


    The purpose of this research is to develop a constant force spherical polishing system to solve the wear problem of the polishing ball and improve the surface roughness of the POLMAX stainless steel. A set of software programmed with Visual Basic 6.0 has been developed to monitor and maintain the polishing force, to carry out the fuzzy control, and to generate the NC codes for the machining path of ball polishing.
    The optimal burnishing and polishing parameters were determined by the Taguchi’s experimental method. The determined optimal burnishing parameters were as follows the burnishing force of 400 N, the feed rate of 500 mm/min, the stepover of 10 μm, and the surface roughness of the burnished test specimens could be improved to Ra 0.16 μm. The determined optimal polishing parameters were as follows the spindle speed of 11000 rpm, the feed rate of 30 mm/min, the stepover of 40 μm, the depth of penetration of 120 μm, the Liquid:Water 1:20, and the surface roughness of the polished test specimens could be improved from Ra 0.16 μm to Ra 0.0189 μm without force control, Ra 0.012μm with force control, Ra 0.126 μm without force control with regard to a 3D test carrier of an aspheric surface, Ra 0.050μm with force compensation to a 3D test carrier of an aspheric surface. Finally, the surface roughness of the polished test specimen with saddle surface could be improved to Ra 0.034μm polished along the normal vector by using the five axis machine

    摘要 Abstract 目錄 圖索引 表索引 第一章 緒論 1.1 研究動機與目的 1.2 文獻回顧 1.3 研究方法與論文架構 第二章 相關理論介紹 2.1 球擠光加工原理 2.1.1 擠光力 2.1.2 進給 2.1.3 間距 2.1.4 擠光球材質 2.2 球拋光加工之原理 2.2.1 磨料 2.2.2 轉速 2.2.3 進給 2.2.4 間距 2.2.5 壓深(拋光力) 2.2.6 拋光液 2.3 表面粗糙度之介紹 2.3.1 表面粗糙度之定義及表示法 2.4 模糊控制 2.4.1模糊控制之介紹 2.4.2 模糊控制器的基本結構 第三章 田口式實驗計畫法 3.1 田口實驗規劃法簡介 3.2 參數設計 3.3 因子的分類 3.3.1 信號因子(Signal Factor) 3.3.2 可控因子(Control Factor) 3.3.3 雜音因子(Noise Factor) 3.3.4 品質損失函數 3.4 信號雜訊比(Signal to Noise Ratio) 3.5 變異數分析 3.6 直交表(Orthogonal Array)介紹 3.7 最適條件下的最佳估計值與確認實驗 3.8 誤差項百分比 第四章 實驗方法與程序 4.1 實驗方法 4.2 實驗試片與3D載具設計 4.2.1 實驗試件之簡介及特性 4.2.2 平面加工設計 4.2.3 3D載具之設計 4.3 實驗設備 4.3.1 MV-3A立式綜合切削中心機 4.3.2 切削動力計 4.3.3 表面粗糙度量測儀 4.3.4 擠、拋光刀具 4.3.5 電動研磨機 4.3.6 Z軸設定器ZDS-50與光電式尋邊器OP-20 4.3.7 白光干涉儀 4.4 擠、拋光加工參數 4.5 實驗步驟 4.6 具有力量感測功能拋光機構、系統之研發 4.6.1 資訊系統 4.6.2 荷重計系統 4.6.3 荷重計校驗 第五章 實驗結果與分析 5.1 擠光加工田口實驗 5.1.1 擠光加工實驗S/N ratio之計算 5.1.2 ANOVA變異數分析 5.1.3 預測最佳值與驗証實驗 5.1.4 全因子實驗 5.1.5 驗證實驗 5.2 擠光加工參數對表面粗糙度影響之探討 5.2.1 擠光力 5.2.2 進給 5.2.3 間距 5.3 拋光加工田口實驗 5.3.1 訊噪比 (S/N ratio) 5.3.2 ANOVA變異數分析 5.3.3 表面粗糙度預測值 5.3.4 全因子實驗 5.3.5 驗證實驗 5.4 拋光加工參數對表面粗糙度影響之探討 5.4.1 轉速 5.4.2 進給 5.4.3間距 5.4.4壓深(拋光力) 5.4.5 拋光液 5.4.6拋光參數對表面粗糙度影響探討總結 5.5 定力拋光加工實驗 5.6 於CCI量測銑切、擠光、平面定力拋光之結果 5.7 定力拋光之模糊控制器設計與規劃 5.7.1 定義輸入變數與輸出變數 5.7.2 模糊化 5.7.3 建立控制規則庫 5.7.4 解模糊化 5.8 最佳擠光及拋光參數應用於自由曲面加工 5.8.1試件之設計及實驗規劃與加工 5.8.2 非球面鏡片模具實驗量測結果 5.8.3 於自由曲面定力控制拋工加工變化 5.9 3D自由曲面拋光加工於五軸加工機 5.9.1試件之設計及實驗規劃與加工 5.9.2 鞍型試件實驗量測結果 第六章 結論與未來展望 6.1 結論 6.2 未來展望 附錄(一) 動力計9129AA規格表 附錄(二) F分佈表, F0.01,v1,v2 附錄(三) POLMAX工具鋼材質證明 附錄(四) 非球面鏡片模具量測結果

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