臺灣博碩士論文加值系統

基於車銑切削加工複合工件(簡稱車銑件；Mill/Turn Part)加工時，需要不斷交換工具機及夾具(Fixture)更換夾持，故製程規劃中夾持規劃必須能夠獲得以最少工具機交換加工次數下最少更換夾持次數，方可能達到最少設置成本及搬運成本。而本研究分別針對已知多組可行加工次序及未知加工次序之車銑件的夾具夾持分析。而已知多組可行加工次序，本研究提出兩階段之分析流程，第一階段先找尋最少工具機交換次數，再經第二階段找尋最少更換夾持的加工次序。在第二階段找尋過程，本研究提出後推製程夾持分析法，從完成工件開始考慮過渡工件(Intermediate Workpiece)夾持，依照較晚完成加工特徵的順序，逐一回推規劃每一個過渡工件的夾持，尋找加工過程中，工件於車床與銑床間交換加工次數最少中夾持更換次數最少之加工次序及夾持規劃，同時使用車床及銑床夾持自動建構，獲得夾持的方法及位置。
當加工次序為未知之車銑件時，本研究提出分支分析法規劃夾持，快速分析及計算加工夾持次序中，車銑交換的可能情形，本研究利用車銑件加工特徵間之加工在先關係(Precedence)，找尋所有最少工具機交換次數下之更換夾持次數最少的加工次序，在同時也使用車床及銑床夾持自動建構，獲得夾持的方法及位置。本研究發展一套分析車銑件程式軟體系統，並提出五個工件實際例子，分別針對已知及未知可行加工次序，來驗證本研究之正確與可行性。

Since when machining a milling and turning compound part (mill/turn part) requires a number of intermediate changeovers of host machines (milling or turning) and their corresponding fixtures, a good process planning method must be able to acquire a scheme where the costs of set-up and part handling are minimal. Such a scheme includes a machining sequence of milling and turning processes and the fixturing means, i.e. the fixture type and clamping surfaces and locations, in the sequence. In this research, a process planning methodology is developed for machining a mill/turn part in the situations where there are multiple machining sequences feasible or the machining sequence is unknown. First, when there are multiple machining sequences feasible, the sequence with the least number of machine changeovers is determined. Thereafter, the least number of fixture changeovers is taken into account to modify the fixturing means. A backward clamping analysis is employed to obtain the clamping surfaces and locations. Second, when the machining sequence is unknown, a branch-and-bound process planning approach is proposed to search for the sequence with the least number of machine and fixture changeovers simultaneously. Five industry mill/turn parts were utilized to evaluate the methodology proposed. The simulation results show the robustness and effectiveness of the process planning system.

目 錄
書名頁…………………………………...………………………………..i
論文口試委員審定書…………………...……………………………….ii
授權書…………………………………...………………………………iii
中文摘要………………………………...………………………………vi
英文摘要………………………………...…………………………….vii
誌謝…………………………………………………………………….viii
目錄……………………………………...……………………………ix
圖目錄………………………………………..…………………………xii
表目錄………………………………….……………………..xv
第一章 緒論……………………………………………………..1
1.1 研究背景…………………………………………………………………….1
1.2 研究動機…………………………………………………………………….4
1.3 研究目的…………………………………………………………………….5
1.4 研究範疇…………………………………………………………………….6
1.5 論文內容架構……………………………………………………………...7
第二章 文獻探討………………………………………………...8
2.1 車銑複合加工工件……………………………………………………….8
2.2 夾具設計研究……………………………………………………………..9
第三章 研究方法……………………………………………….17
3.1 前言………………………………………………………………………..17
3.1.1 研究用語定義………………………………………………………17
3.1.2 研究假設………………………….………………………………….21
3.2 銑床夾具夾持分析………………………………………………………22
3.2.1 銑床夾持原理……………………………………………………….22
3.2.2 銑床夾具自動建構之方法………………………………………..24
3.3 車床夾具夾持分析……………………………………………………...31
3.3.1 工件中心軸夾持原理……………………………………………...31
3.3.2 車床標準夾具選用條件…………………………………………..37
3.3.3 車床夾具自動建構之方法………………………………………..38
3.4 已知多組可行加次序之車銑件夾具夾持分析…………………….45
3.4.1 輸入加工資料及多組可行加工次序…………………………...46
3.4.2 計算每組可行加工次序中工具機交換次數………………….47
3.4.3 後推製程夾持分析法……………………………………………...49
3.4.4 輸出夾持規劃結果…………………………………………………53
3.5 未知加工次序之車銑件夾具夾持分析……………………………..54
3.5.1 輸入加工資料及加工特徵之加工在前關係………………….54
3.5.2 分支分析法…………………………………………………………..56
3.5.3 輸出夾持規劃結果…………………………………………………64
第四章 實例探討……………………………………………...66
4.1 車銑件夾具夾持分析實例一說明…………………………………...66
4.1.1 已知可行加工次序夾具夾持分析……………………………...68
4.1.1.1 計算每一組可行加工次序中工具機交換次數(C)…….68
4.1.1.2 後推製程分析…………………………………………………69
4.1.1.3 分析結果輸出…………………………………………………72
4.1.1.4 分析與評估…………………………………………………….73
4.1.2 未知加工次序夾具夾持分析…………………………………….73
4.1.2.1 分支分析法分析夾持………………………………………...73
4.1.2.2 分析結果輸出………………………………………………….85
4.1.2.3 分析與評估……………………………………………………..87
4.2 車銑件夾具夾持分析實例二說明…………………………………....88
4.2.1 已知可行加工次序夾具夾持分析………………………………90
4.2.1.1 計算每一組可行加工次序中工具機交換次數…………90
4.2.1.2 後推製程分析………………………………………………….90
4.2.1.3 分析結果輸出………………………………………………….93
4.2.1.4 分析與評估……………………………………………………..93
4.2.2 未知加工次序夾具夾持分析…………………………………….94
4.2.2.1 分支分析法分析夾持………………………………………...94
4.2.2.2 分析結果輸出………………………………………………….99
4.2.2.3 分析與評估……………………………………………………102
4.3 車銑件夾具夾持分析實例三說明…………………………………..103
4.3.1 已知可行加工次序夾具夾持分析……………………………..104
4.3.1.1 計算每一組可行加工次序中工具機交換次數………..105
4.3.1.2 後推製程分析………………………………………………...105
4.3.1.3 分析結果輸出………………………………………………...109
4.3.1.4 分析與評估……………………………………………………111
4.3.2 未知加工次序夾具夾持分析…………………………………...111
4.3.2.1 分支分析法分析夾持……………………………………….111
4.3.2.2 分析結果輸出………………………………………………...114
4.3.2.3 分析與評估……………………………………………………119
4.4 車銑件夾具夾持分析實例四說明…………………………………..120
4.4.1 已知可行加工次序夾具夾持分析……………………………..122
4.4.1.1 計算每一組可行加工次序中工具機交換次數………..123
4.4.1.2 後推製程分析………………………………………………...123
4.4.1.3 分析結果輸出………………………………………………...125
4.4.1.4 分析與評估……………………………………………………125
4.4.2 未知加工次序夾具夾持分析…………………………………...126
4.4.2.1 分支分析法分析夾持……………………………………….126
4.4.2.2 分析結果輸出………………………………………………...131
4.4.2.3 分析與評估……………………………………………………138
4.5 車銑件夾具夾持分析實例五說明…………………………………..139
4.5.1 已知可行加工次序夾具夾持分析……………………………..140
4.5.1.1 計算每一組可行加工次序中工具機交換次數………..141
4.5.1.2 後推製程分析………………………………………………...141
4.5.1.3 分析結果輸出………………………………………………...144
4.5.1.3 分析與評估……………………………………………………144
4.5.2 未知加工次序夾具夾持分析…………………………………...145
4.5.2.1 分支分析法分析夾持……………………………………….145
4.5.2.2 分析結果輸出………………………………………………...145
4.5.2.3 分析與評估……………………………………………………149
第五章 結論與未來之展望…………………………………...150
5.1 結論………………………………………………………………………..150
5.2 主要貢獻………………………………………………………………….151
5.3 後續發展及建議………………………………………………………...152
參考文獻……………………………………………………...154
簡歷…………………………………………………………....157

于敦德，鑽模與夾具，第三版，台北，三民書局股份有限公司，民國76年。
江明宗，工具工程，台北，大揚出版社，民國81年。
林逢春，工模與夾具使用方法，初版，台北，全華科技圖書股份有限公司，民國80年。
林傳城，「方形切削工件中多組特徵組之製程分析與評估」，元智工學院，碩士論文，民國85年6月。
柯明揚，鑽模與夾具，初版，台北，文京圖書有限公司，民國84年。
許文榕，藍天雄，鑽模與夾具，第四版，台北，高立圖書有限公司，民國87年。
曾廣銓，鑽模與夾具，第四版，台北，中央圖書出版社，民國76年。
黃榮文，工具工程，第二版，台北，全華科技圖書股份有限公司，民國79年。
陳家豪，「以案例為基礎推理的智慧型治具設計系統之研究」，行政院國家科學委員會專題研究計劃成果報告，民國83年7月。
楊德輝，最新鑽模夾具技術，初版，台北，全華科技圖書股份有限公司，民國75年。
Chang, T.C., Expert Process Planning for Manufacturing, Addison-Wesley Publishing Company, New York, 1990.
Guerra, A.R.O. and Hinduja, S., “Modelling turned components with non-axisymmetric features”, Computer-Aided Design, Vol.29, No.5, pp.343-359, 1997.
Hargrove, S.K., “A systems approach to fixture planning and design”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol 10, pp.169-182, 1995.
Huang, S.H., “Automated Setup Planning for Lathe Machining ”, Journal of Manufacturing Systems, Vol.17, No.3, pp.196-208, 1998.
Huang, S.H. and Trappey, J.C., “The Integration of Modular Fixture Database, Fixturing Knowledge Base and 3-D Fixture Planning Interface ”, Computer and Industrial Engineering, Vol.23, No.4, pp.381-384, 1992.
Joshi, P.H., Jigs and Fixtures, Tata McGraw-Hill Publishing Company, 1988.
Lin, Z.C. and Huang, J.C., “The application of neural networks in fixture planning by pattern classification ”, Journal of Intelligent Manufacturing, 8, pp.307-322, 1997.
Ma, W., Lei, Z. and Rong Y., “FIX-DES: A Computer-Aided Modular Fixture Configuration Design System ”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 14, pp.21-32, 1998.
Ryder, G. H., Jigs, Fixtures, Tools and Gauges, 1981.
Sakurai, H., “Automatic Setup Planning and Design for Machining ”, Journal of Manufacturing System, Vol.12, No.1, pp.30-37, 1992.
Saraf, S. and Chou, Y.C., “Spatial interference avoidance in automated fixture design for complicated parts”, Journal of Design and Manufacturing, Vol.5, pp.103-113, 1995.
Trappy, J.C. and Liu, C.R., “A literature survey of fixture-design automation”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol.5, pp.240-255, 1990.
Trappey, J.C. and Liu, C.R., “Automated Fixture Configuration Using Projective Geometry Approach”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol.8, pp.297-304, 1993.
Whybrew, K. and Ngoi, B.K.A., “Computer aided design of modular fixture assembly”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology Vol.7, pp.267-276, 1992.
Wilson, F.W., Handbook of Fixture Design, National Technical Publications Committee Society for Manufacturing Engineers, 1962.
Yip-Hoi, D. and Dutta, D., “A genetic algorithm application for sequencing operations in process planning for parallel machining” , IIE Transactions, Vol.28, pp.55-68, 1996.
Yip-Hoi, D. and Dutta, D., “Data Extraction from Geometric Models for Process Planning for Parallel Machines”, Journal of Manufacturing System, Vol.14, No.5, pp.307-318, 1995.
Yip-Hoi, D. and Dutta, D., “Finding the maximum turnable state for mill/turn parts”, Computer-Aided Design, Vol.29, No.12, pp.879-894, 1997.