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研究生: 陳哲楷
Jhe-Kai Chen
論文名稱: 高加減速PCB鑽孔機進給系統之設計與分析
指導教授: 雷衛台
Wei-Tai Lei
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 63
中文關鍵詞: 工具機進給系統模態分析
外文關鍵詞: Machine Tools, Feeddrive, Modaling
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  • 對於高速高精度的工具機系統而言,進給系統的加速度提升後,慣性力所產生的振動量也隨之增加,因此為了維持機台的精度,必須對進給系統的動態及剛性弱點進行分析研究,確認需加強的元件部位並建立設計的規範。本研究建立了完整的進給系統動態模型,考慮滾珠螺桿螺帽、止推軸承、聯軸器及螺栓等元件對於進給系統動態的影響,以模擬方式確認進給系統的剛性弱點,作為設計進給驅動系統的參考。
    進給系統在加速與減速時因受力的方向不同,其力流線也不相同,當系統設計不佳而造成較弱的剛性集中加速或減速的力流線上時,會使整體進給系統的振動量增加,影響機台的精度。本研究依加速及減速的力流線建立相對應的模型及參數資料,利用模擬方式瞭解進給系統受到的影響。
    當進給系統有複數以上的驅動軸且其驅動軸以分離方式配置時,分離的驅動軸間會產生驅動軸方向感測器無法量測到的誤差,例如X軸在刀具端而Y軸在工件端,當X軸的Y方向有足以影響精度的振動量時,此誤差不僅會反應在最後的加工結果,也無法由Y軸的感測器量測並進行補償。本研究以典型的高速鑽孔機為例,建立合理的動態模型並配合前述之進給系統模型進行模擬分析,以瞭解此誤差產生的影響。
    綜合以上所述,本研究提供了一套完整的進給系統動態模型,除了可幫助系統設計者找出進給系統的剛性弱點,也讓設計者於設計之初有所依據,減少設計原型機的測試與修改時間。


    誌謝辭 I 摘要 II 目錄 III 圖目錄 V 表目錄 VII 1 簡介 1 2 文獻回顧與研究目的 2 2.1 進給系統之高速化與高加速化 2 2.2 進給驅動模型 3 2.2.1 雙質量系統模型 3 2.2.2 多質量系統模型 4 2.3 摩擦力模型 5 2.4 研究目的 7 3 進給驅動機構設計 8 3.1 螺桿固定方式之設計型態 8 3.2 螺栓受力分析 10 3.3 螺桿支承軸承受力分析 11 4 進給驅動機構動態建模 13 4.1 動態方程式推導 13 4.1.1 第一部份的動態方程式 16 4.1.2 第二部份的動態方程式 17 4.1.3 第三部份的動態方程式 18 4.2 狀態空間之矩陣表示法 19 4.3 模態分析方法 21 4.4 系統參數值 22 4.4.1 導螺桿之慣性矩[12] 22 4.4.2 導螺桿之剛性[12][21] 22 4.4.3 螺帽之剛性[21] 22 4.4.4 軸承之剛性[21] 23 4.4.5 螺栓之剛性[23] 24 4.5 馬達及控制系統 25 5 平台滑軌系統之動態建模 27 5.1 X-Z平台之Y方向動態模型 27 5.2 運動方程式推導 31 5.3 動態方程式之建立 35 6 系統實現 38 6.1 建模系統人機介面 38 6.2 進給系統模型簡化 38 6.3 模態分析 39 6.3.1 進給系統模型 39 6.3.2 平台滑軌系統模型 43 6.4 實驗量測及參數識別 45 6.4.1 實機量測 45 6.4.2 系統模擬 47 6.5 高加速進給系統之設計重點探討與方法改進 53 6.5.1 增加系統剛性之設計概念分析 53 6.5.2 床台減重之影響 57 7 結論 61 參考文獻 62

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