主軸與機柱結構對工具機動態穩定性之影響性研究

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题名:	主軸與機柱結構對工具機動態穩定性之影響性研究
作者:	陳泳潤洪瑞斌
贡献者:	機械工程系
关键词:	主軸單元工具機動態撓性動態響應函數機械結構
日期:	2012
上传时间:	2013-07-23 13:47:35 (UTC+8)
出版者:	台中;國立勤益科技大學
摘要:	銑削加工過程中刀具產生顫振將嚴重影響工件表面精度，並危及刀具與工具機的壽命。如何減低刀具及工件的振動實為精密切削工作中相當重要的課題。因主軸刀具對切削力的激振響應與工具機結構以及主軸單元動之態特性有密切相關。因此，解析多軸向工具機結構設計優劣及切削穩定性有助於提出抑制或避面切削顫振之對策。本研究旨在探討主軸與機柱結構對工具機動態穩定性之影響，其中主軸本體結構及其進給機構更是影響主軸刀具端動態特性之重要關鍵組件。為評估其力學特性，本研究首先製作多種具有不同結構型式之加工機台，進行動態特性實驗；其次，建構銑床結構本體模型，包含螺桿、線性滑軌與主軸頭部等結構件，並將高速主軸本體結構模組組裝於主軸頭部結構中，進行銑床整機動態頻率響應分析，藉以評估主軸與機台結構對刀具端動態特性之影響範圍。研究結果顯示，主軸刀具振動特性包含多種不同模態，其中低頻響應源自於主軸進給頭部結構，此時工具機結構與主軸靜剛性將影響主軸切削穩定性，而高頻響應則源自於主軸軸承系統，此時主軸動態剛性與阻尼性將是影響切削穩定性之因素。此外，就主軸端動態剛性而言，低頻激振之最小動態剛性值亦遠高於高頻激振之最小動剛性。此說明，在機台在不同切削激振頻率作用下，將產生不同切削特性。在機台結構效應分析方面，不同機台結構組裝相同主軸單元時亦呈現不同動態響應，其中低頻響應因機台結構剛性之不同有顯著差異性。高頻響應部份則呈現類似共振特徵，但因機台結構與主軸之偶合效應，影響其共振頻率，產生偏移現象。本項研究已建構工具機整機分析模型，完成機台結構、進給機構與主軸軸承系統之實體整合技術，可提供工具機設計階段進行各項關鍵組件規格選用對工具機切削穩定性之評估分析，提高設計效率。
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