簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 陳茂全
Mao-chuan Chen
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 constant force control of automated spherical polishing on a machining center
指導教授： 修芳仲
Fang-jung Shiou
口試委員: 陳炤彰
Chao-chang Chen
黃安橋
An-chyau Huang 　
巴白山
Pai-shan Pa
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： 2008
畢業學年度： 96
語文別： 中文
論文頁數： 159
中文關鍵詞： 模糊控制 、定力球拋光 、田口法 、表面粗糙度
外文關鍵詞： fuzzy control, surface roughness improvement, Taguchi’s experimental method, constant force spherical polishing system
相關次數： 點閱：243  下載：9 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  •  上一筆

    • 本論文為應用模糊控制在CNC切削中心機上發展定力球拋光加工製程，來克服拋光加工中拋光球磨耗之問題，以改善硬化處理後STVAX塑膠模具用鏡面不銹鋼之表面粗糙度。本研究設計製造一內建荷重計之拋光力感測機構，並將其裝置於拋光槽和加工平台間，最後將電腦、拋光系統、CNC控制器做系統整合，以進行線上定力拋光加工。使用VB 6.0撰寫具有拋光力感測及拋光力模糊控制功能之程式，且在球拋光加工過程中會自動產生拋光力補正NC碼，以達到定力拋光。
    以田口實驗計劃法對STAVAX塑膠模具用鏡面不銹鋼找出拋光最佳參數，並用此最佳參數進行定力拋光實驗，經實驗結果得知最佳定力拋光加工參數為：轉速12,000 rpm、磨料粒徑0.3 μm、進給40 mm/min、間距40 μm、拋光液1：10及拋光力0.392 N。先後利用平面擠光與平面定力拋光加工製程，可得到擠光加工後表面粗糙度為Ra 0.07 μm，經定力拋光加工後其表面粗糙度值為Ra 0.01 μm (Rmax 0.13 μm)。而在非球面鏡面模仁上的應用，非定力控制拋光加工後的試件表面粗糙度為Ra 0.0266 μm，定力拋光加工後的試件表面粗糙度可至Ra 0.0168 μm。

    The objective of this research is to develop a constant force spherical polishing system using the fuzzy control method, to overcome the wear problem of a polishing ball and improve the surface roughness of the hardened STAVAX plastic mold stainless steel on a machining center. A polishing force sensing device using a load cell, mounted between the slurry container and the machine bed, has been designed and fabricated. To achieve the possible on-line constant force polishing, the NC controller, and a PC have been integrated information-technically. A set of software programmed with Visual Basic 6.0 has been developed to monitor the polishing force, to carry out the fuzzy control, and to generate the NC codes for the machining path of ball polishing. The optimal polishing force used for the polishing force control and the process parameters were determined by the Taguchi’s experimental method. The determined optimal ball polishing parameters with force compensation for plane surface were as follows: the spindle speed of 12,000 rpm, the abrasive size of 0.3 μm, the feed of 40 mm/min, the stepover of 40 μm, the slurry mass concentration of 1:10, and the polishing force of 0.392 N. Using the determined optimal plane force ball polishing parameters with force compensation, the surface roughness of the burnished test specimens could be improved from Ra 0.07 μm on average to Ra 0.01 μm（Rmax 0.13 μm） on average. Applying the optimal plane force surface ball polishing parameters with force compensation to a 3D test carrier of an aspheric surface, a surface roughness of Ra 0.0168μm on average was possible, whereas a surface roughness of Ra 0.0266 μm on average was obtained using the polishing with no force compensation.

    中文摘要 I Abstract II 目錄 III 圖索引 VIII 表索引 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 3 1.3 研究方法與論文架構 8 第二章 相關理論介紹 9 2.1 球擠光加工原理 9 2.1.1 擠光力量 9 2.1.2 擠光速度 10 2.1.3 進給 10 2.1.4 擠光球材質 11 2.2 球拋光加工之原理 12 2.2.1 轉速 13 2.2.2 磨料 13 2.2.3 進給速率 14 2.2.4 間距 14 2.2.5 壓深 14 2.3 表面粗糙度 15 2.3.1 表面粗糙度定義 15 2.3.2 表面粗糙度參數之表示法 15 2.4模糊控制理論 16 2.4.1基本模糊邏輯控制器架構介紹 18 2.4.2變數選擇與論域分割 19 2.4.3模糊化 20 2.4.4知識庫與決策邏輯 21 2.4.5解模糊化 27 第三章 田口式實驗計劃法 29 3.1 田口實驗計劃法簡介 29 3.2 參數設計 29 3.3 因子的分類 30 3.4 信號雜訊比 30 3.5 變異數分析 31 3.6 F分佈 33 3.7直交表介紹 35 3.8 最適條件下的最佳預估與確認實驗 37 3.9 誤差項百分比( ) 38 第四章 實驗方法與程序 39 4.1 實驗方法 39 4.2 實驗試件介紹及特性 44 4.3 拋光加工參數 46 4.4平面與3D自由曲面拋光試件設計 46 4.4.1平面拋光試件設計 46 4.4.2 3D載具之非球面鏡片模仁 47 4.5 實驗設備 48 4.5.1 MV-3A立式綜合切削中心機 48 4.5.2 荷重計(Load Cell) 48 4.5.3 擠、拋光工具與夾治具 49 4.5.4 電動研磨機 51 4.5.5 Z軸設定器ZDS-50與光電式尋邊器OP-20 52 4.5.6 觸發式探頭(MP700探頭) 53 4.5.7 表面粗糙度量測儀 54 4.5.8 光學顯微鏡 55 4.5.9 原子力顯微鏡 56 4.5.10 KEYENCE 3D立體形狀量測顯微鏡 56 4.5.11 Taylor Hobson Form Talysurf PGI 1240 57 4.6 資訊系統 57 4.7 實驗規劃 58 4.8 具有力量感測功能拋光機構之研發 60 4.8.1 具有力量感測功能拋光機構設計 60 4.8.2 具有力量感測功能拋光機構之系統整合 62 4.8.3 具有力量感測功能拋光機構校驗 63 4.8.3.1荷重計線性校驗 63 4.8.3.2拋光機構穩流測試 66 第五章 實驗結果與分析 67 5.1拋光加工田口實驗 67 5.1.1 實驗結果與S/N ratio之計算 73 5.1.2 ANOVA 變異數分析 76 5.1.3 表面粗糙度預測最佳值與驗証實驗 79 5.1.4全因子實驗 80 5.1.5 驗證實驗 82 5.2拋光加工參數對表面粗糙度的影響 85 5.2.1 轉速 86 5.2.2 磨料粒徑 86 5.2.3進給率 86 5.2.4 間距 86 5.2.5 壓深(z軸拋光力) 87 5.2.6 拋光液 87 5.3定力拋光系統之壓深受力量測實驗 87 5.4定力拋光實驗 89 5.5定力拋光之模糊控制器設計與規劃 93 5.5.1定力拋光模糊控制設計 94 5.5.1.1定義輸入及輸出變數 95 5.5.1.2模糊化 96 5.5.1.3建立控制規則庫 96 5.5.1.4解模糊化 97 5.5.2定力拋光之模糊控制器實驗結果與討論 98 5.6定力拋光與無定力控制拋光加工比較 102 5.6.1小面積之定力拋光與無定力控制拋光加工 102 5.6.2大面積之定力拋光與無定力控制拋光加工 105 5.7 光學顯微鏡與原子力顯微鏡之表面組織 107 5.7.1 光學顯微鏡下之顯微組織 107 5.7.2 AFM量測之表面顯微組織 109 5.8最佳定力拋光參數應用於3D自由曲面加工 115 5.8.1最佳定力拋光參數應用於非球面鏡片模仁 115 5.8.2 3D自由曲面之定力拋光加工應用結果 124 5.8.2.1表面粗糙度輪廓儀量測結果 124 第六章 結論與未來展望 132 6.1 結論 132 6.2 未來展望 133 參考文獻 135 附錄(一) 常見表面粗糙度參數之表示法 142 附錄(二) F分佈表，F0.01,V1,V2 148 附錄(三) STAVAX 不生銹塑膠模具鋼材質證明 150 附錄(四) STAVAX 不生銹塑膠模具鋼熱處理證明 151 附錄(五) 壓深測試實驗NC碼 152 附錄(六) 荷重計規格表 153 附錄(七) 荷重計顯示器F911規格表 154 附錄(八) VK8550量測結果 155

    1. N.H., Loh, Tam, S.C., Miyazawa, S., “Application of experimental design in ball burnishing,” Int. J. Mach. Tools Manufact., Vol. 33, No. 6, p841-852,1993.
    2. L.N. Lopez de Lacalle, A. Lamikiz, J. Muñoa and J.A. Sánchez, “Quality improvement of ball-end milled sculptured surfaces by ball burnishing ,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 45, Issue 15, December 2005, P 1659-1668
    3. S.S.G. Lee, Loh, N.H., “Computer-integrated ball burnishing of a plastic-injection-mold,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 57, No. 1-2, p189-194, Feb. 1996.
    4. N.H., Loh, Tam, S.C., Miyazawa, S., “Application of experimental design in ball burnishing,” Int. J. Mach. Tools Manufact., Vol. 33, No. 6, p841-852,1993.
    5. F. J., Shiou, C. H., Chen, “Determination of Optimal Ball Burnishing Parameters for Plastic Injection Mold Steel,” International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol.21, No.3, pp. 177-185, 2003.
    6. F. J., Shiou, C. H., Chen, “Freeform surface finish of plastic injection mold by using ball-burnishing process,” Journal of Materials Processing Technology, vol. 140, pp. 248-254, 2003.
    7. F. J., Shiou, W. D., Lee, “Automated surface finishing of plastic injection mold steel with spherical grinding and ball burnishing processes,”,The Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2004(accepted), (SCI, EI)
    8. 章少衡，“液動壓拋光加工法之參數模式”，國立中山大學機械工程研究所碩士論文，1993.
    9. 洪春琪，“複合式液壓拋光法之設計與特性分析”，國立中山大學機械工程研究所碩士論文，1993.
    10. 張永沂，“液動壓拋光法於半接觸潤滑狀態下之加工率特性”, 國立中山大學機械工程研究所碩士論文，1995.
    11. 張云，馮之敬，趙廣木，“磁流變拋光工具及其去除函數”，北京清華大學精密儀器與機械學系，2004.
    12. 程灝波，馮之敬，王英偉、張云、郭占社、余景池，“超光滑光學表面的磁性類Bingham流體確定性拋光”，北京清華大學精密儀器與機械學系，2005.
    13. 程灝波，馮之敬，王英偉，“永磁流變拋光中磁流變液的性能研究”，北京清華大學精密儀器與機械學系，2005.
    14. 程灝波，馮之敬，王英偉，“磁流變拋光超光滑光學表面”，北京清華大學精密儀器與機械學系，2005.
    15. 程灝波，王飛，馮之敬，“具有公自轉運動形式的可更新磁流變拋光工具，北京清華大學精密儀器與機械學系，2006.
    16. C.H. Liu, Adrian Chen, C.-C.A. Chenc, Yin-Tien Wang , “Grinding force control in an automatic surface finishing system,”Journal of Materials Processing Technology 170 ,2005 p367–373.
    17. 鄭喜天，“CNC切削中心之模糊控制”，國立台灣科技大學機械工程碩士論文，1992.
    18. 王振權，“單向加熱系統之控制器設計”，國立台灣科技大學機械工程碩士論文，2005.
    19. Taguchi, G., Yokoyama, T., “Taguchi methods: Design of Experiments,”Dearborn, MI, 1993.
    20. M. S., Phadke, “Quality Engineering Using Robust Design,” Prentice-Hall, England, 1989.
    21. L. A., Zadeh,“Fuzzy Sets, ”Inform. Contr., vol. 8, pp.338~353,1965.
    22. L.A., Zadeh,“Outline of a new approach to the analysis of complex systems and decision processes, ”IEEE Trans. Syst. Man Cybern., vol. SMC-3, No. 1, pp.28~44, 1973.
    23. E. H. Mamdani et al., “Practical application of an heuristic fuzzy rule-based controller to the dynamic control of a robot arm, ” Proc. Inst. Elec. Eng., vol. 66, 1985.
    24. C. E. Lin and Yih-Ran Sheu, “A Hybrid-Control Approach for
    Pendulum-Car Control,” IEEE Transactions on Industial Electronics,vol. 39, No. 3, pp. 215~214, 1992.
    25. S. Mori, H. Nishihara and K. Furuta, “Control of Unstable Mechani-Car System Control of Pendulum,” Int. Journal of Control, vol. 23, No. 5, pp. 673~692, 1976.
    26. A. Ishigame, T. Furukawa, S. Kawamoto, and T. Taniguchi, “Sliding Mode Controller Design Based on Fuzzy Inference for Nonlinear Systems,”IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 40, No. 1, pp. 64~70,Feb.1993.
    27. Li-Xin Wang, “Stable Adaptive Fuzzy Control of Nonlinear Systems,” IEEE Transactions on Fuzzy Systems, vol. 1,No.2,pp.146~155, May. 1993.
    28. Yi-Sheng Zhou and Lin-Ying Lai, “Optimal Design for Fuzzy Controllers by Genetic Algorithms,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 36, No. 1, Jan./Feb. 2000.
    29. 范維如，“CNC加工程序之自我學習式模糊適應控制”，國立交通大學控制工程研究所碩士論文，1991.
    30. 施明玲，“模糊控制應用於車床切削力控制之研究”，國立中央大學機械工程碩士論文，1991.
    31. 沈育正，“自動拋光系統中接觸力量控制之研究”，淡江大學機械工程碩士論文，1996.
    32. 王治平，“主動式力量控制器研究”，淡江大學機械工程碩士論文，1997.
    33. 華念祖，“類神經模糊控制器於端銑加工之研究”，國立台灣科技大學機械工程碩士論文，1997.
    34. 翁偉宏，“高速銑削之定值切削力研究”，國立台灣海洋大學機械與輪機工程碩士論文，2000.
    35. 柯順振，“感應主軸馬達切削力控制”，淡江大學機械工程碩士論文，1999.
    36. 鄧士榮，“研磨力模糊控制器設計”，淡江大學機械工程碩士論文，2002.
    37. 傅光華，“定值磨拋削力控制之研究”，國立台灣海洋大學機械與輪機工程碩士論文，2003.
    38. 黃俊翰，“車床定力切削的智慧型控制”，國立台北科技大學車輛工程碩士論文，2004.
    39. Sasaki, K., Miyoshi, T., Saitoh, K., Okada, S., ’’ Development and Construction of Polishing Apparatus,’’ Knowledge Acquisition and Automation of Polishing Operation for Injection Mold(3rd Report), pp. 93-99, 1992.
    40. Furukawa, T., Rye, D. C., Dissanayake, M. W. M. G. D. and Jbarratt, A., “Automated Polishing of an Unknow Three-Dimensional Surface,” Robotics and Computer -integrated Manufacturing, Vol. 12, No. 3, pp. 261-279, 1996.
    41. 李伯益，“撓性夾持機構應用在研磨與拋光之研究”，淡江大學機械工程學系碩士論文，1998.
    42. 黃健勝，“使用撓性機構以降低拋光力量變化”，淡江大學機械工程學系碩士論文，1999.
    43. 張昭龍，蔡明俊，黃建峰，“自動化模具拋光系統的幾何架構及路徑規劃”，中國機械工程學會第十九屆全國學術研討會，國立成功大學，雲林，台灣，2002.
    44. 修芳仲，鄭境明，“對模具用鋼之表面施以球擠光與電鍍加工程，並利用田口方法作拋光加工之最佳參數決定”，中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會，國立中山大學，高雄，台灣，2004.
    45. Fengfeng, X., David, Z.,”Modeling Surface Roughness in the Stone Polishing Process,” International Journal of Machine Tools & Manufacture 45, 365-372, 2005.
    46. 徐智誠，“以球擠光與拋光製程做塑膠模具用鏡面不銹鋼之表 面精加工研究”，國立台灣科技大學機械工程碩士論文，2005.
    47. 邱泓翔，“以振動式球拋光製程作鏡面不銹鋼之自動化表面精加工研究”， 國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文，2006.
    48. 莊俊雄，“創新型內建荷重計擠光工具應用於工具鋼自動化表面精加工之研究”，國立台灣科技大學機械工程碩士論文，2007.
    49. 廖梓宏，“新型拋光工具應用於中型STAVAX模具鋼表面精加工之研究”，國立台灣科技大學機械工程碩士論文，2007.
    50. Guan Jialiang,Yu Xin'ai,Yang Zhaoxu,“Research on precision mirror polishing technology for H62 brass,”DIAMOND & ABRASIVES ENGINEERING,NO5,2006.
    51. Xiaojun Wu, Yoshihiro Kita, Kiku Ikoku,“New polishing technology of free form surface by GC,”Journal of Materials Processing Technology,Vol. 187-188, p81–84, 2007.
    52. Fusaomi Nagata ,Tetsuo Hase ,Zenku Haga ,Masaaki Omoto , Keigo Watanabe,“CAD/CAM-based position/force controller for a mold polishing robot,” mechatronics,2007.
    53. “MV-3A 立式綜合切削中心機操作手冊”，國立台灣科技大學，2003.
    54. 張郭益、許全守編著，“精密量測 ”，全華書局，2003年初版.
    55. 范光照編著，“精密量測 ”，高立書局，二版修訂2000.
    56. 蘇朝墩，“產品穩健設計”，中華民國品質學會，1997.
    57. 李輝煌著，“田口方法-品質設計的原理與實務”，高立圖書有限公司，2000.
    58. 陳耀茂，“田口實驗計劃法”，滄海書局，1997.
    59. 張道弘，“PID 控制理論與實務”，全華，1995.
    60. 孫宗瀛/楊英魁，“Fuzzy 控制:理論、實作與應用”，全華，2005.
    61. 范逸之，“Visual Basic與RS-232串列通訊控制”，文魁資訊，1999.
    62. 范逸之/廖錦棋，“Visual Basic.Net自動化系統監控,RS-232串列通訊篇”，文魁資訊，2005.
    63. 王國榮，“Visual Basic 6.0入門、實務與資料庫”，旗標，2003.
    64. 廖榮貴研究室，“Visual Basic 6.0程式設計入門與實務”，文魁資訊，2002.
    65. 鄭境明，“以球擠光、電鍍與拋光製程作射出成形用鋼之表面 精加工研究”，國立台灣科技大學機械工程碩士論文，2004.
    66. Y. Hatamuraa, T. Nagaoa, M. Mitsuishia, H. Tanakaa and K. Iwata,
    “Development of a Force Controlled Automatic Grinding System for Actual NC Machining Centers,”Annals of the CIRP Vol. 38/1/1989.

    QR CODE