臺灣博碩士論文加值系統

國內外工業技術不斷的進步，對於各類的工業產品紛紛走向高效能、高品質及低成本，目前工具機所使用的刀桿與刀具結合方式最常看到的有兩種，第一種為筒夾式，其刀桿與刀具結合方式為鎖附式；第二種為燒結式，其刀桿與刀具結合方式為熱漲冷縮的物理現象，利用電磁感應加熱技術將刀桿加熱到一定溫度時，刀桿因為溫度上升而槽內隨之膨脹，使得刀具可以顺利進入刀桿槽內，等待刀桿冷卻時刀桿與刀具自動夾緊即完成結合，達成一種干涉夾持，干涉夾持是不需倚靠外力的夾持方法。在國內外業界通常使用燒结方式來將刀桿與刀具完成結合，因為燒结方式對比筒夾方式在加熱物件時具有各種優勢，例如:刀具震動率低、工件振紋少、加工精度高。
然而以電磁式技術加熱刀桿，此方式在燒結中藏有重大問題影響著刀桿和刀具，以德國著名企業HAIMER所生產的電磁式刀桿燒結機來說，此種加熱方式的刀桿燒結機在對刀桿加熱時，因瞬間的加熱，會使刀桿產生受熱不均勻的狀況發生。當刀桿加熱時出現受熱不均勻性，將會有兩個問題發生，第一個是問題是刀桿內部某一處會因為溫度過高，而破壞了刀桿材料的特性，經反覆的裝刀和取刀加熱情況下，刀桿內部溫度最高點的地方會出現碳化而導致內部產生裂痕之破壞情形。第二個問題是刀桿與刀具在結合時，因為受熱不均勻導致刀具與刀桿結合的應力不同造成夾持密度有落差，使得受熱最高溫處的夾持密度相對較高，當工具機高速切削加工時，刀具就容易斷裂或者脫落之情形發生，使刀桿受損，因而造成現場操作人員危險和額外成本的產生。
基於上述原因，本研究配合業界公司與其開發需求，開發一套不同電磁感應加熱技術的燒結系統，將設計一個可以利用輸出高溫氣流來均勻加熱熱膨脹刀桿的熱風式燒結技術，以及燒結後再利用壓縮空氣來有效針對刀桿進行冷卻的冷卻系統。本研究將使用工業用熱風槍設定為加熱裝置，而在冷卻系統加上渦流管構思，再設計一個能固定熱風槍並可做升降及具渦流管的冷卻系統之機構。

With the continuous progress of domestic and international industrial technology, all kinds of industrial products are moving towards high efficiency, high quality, and low cost in manufacturing. At present, there are two types of integration of arbor and cutter for machine tools. The first one is by clamp, in which the arbor and the cutter are joined together by lock and attachment. The second type is by sintering, where the arbor and the cutter are joined by physical phenomenon of thermal expansion and contraction. As the arbor is heated to a certain temperature by electromagnetic induction to expand in the groove for insertion of the cutter until cooled for both the arbor and the cutter to tightly clamped together. This achieves an interference clamping, which is a clamping method without relying on external force. At home and abroad, sintering method is usually used to combine the arbor with the cutter, because of its advantages in heating the objects, such as low vibration of the cutter and less chatter marks of the workpiece, resulting in higher machining accuracy.
However, heating the arbor by electromagnetic induction has a major problem in sintering, which affects both the arbor and the cutter. For the electromagnetic sintering machine produced by HAIMER, a famous German enterprise, when heating the arbor, instantaneous heating may cause uneven distribution of temperature. Such uneven distribution of heat energy when the arbor is heated, it will generate two problems. The first problem is that the temperature in a certain place inside the arbor will be too high and will destroy the material. After repeated loading and heating, the highest temperature in the arbor will cause carbonization, resulting in internal cracks. The second problem is that when the arbor is joined with the cutter, because of the uneven heating, the stress of the joining between the cutter and the arbor is different, resulting in a decrease in the tight bond of clamping, which makes the clamping tighter at the spots of high temperatures. When the tool machine is cutting at high speed, the cutter is easy to break or fall off, which further damages the arbor and endangers the field operators, resulting in extra costs.
For the above reasons, in order to satisfy the industrial needs, a sintering system with different electromagnetic induction heating technology is developed. Based on a hot air sintering technology which can uniformly heat the thermal expansion of tool bar by outputting high temperature airflow and a cooling system which can effectively cool the tool bar by using compressed air after sintering. In this study, an industrial heat gun was used for heating, with a vortex tube added to the cooling system, where both were fixed upon a lifting mechanism.

摘要...i
Abstract...iii
誌謝...v
目錄...vi
表目錄...viii
圖目錄...ix
第一章 緒論...1
1.1 前言...1
1.2 研究背景與動機...2
1.3文獻回顧與探討...3
1.4論文架構...4
第二章 熱風式刀桿燒結機之開發評估與研究方法...5
2.1確認需求...5
2.1.1需求與問題剖析...5
2.1.2要因分析...6
2.2研究方法與流程...7
2.3設計程序...9
2.4組合解決方案...12
第三章 構想設計與具體設計...15
3.1構想設計過程...15
3.2各子系統之構想...16
3.2.1加熱系統之子系統...16
3.2.2 升降機構之子系統...17
3.2.3 外部結構之子系統...19
3.2.4 冷卻系統之子系統...22
3.3 構想之整合...24
3.4 各子系統之具體設計...25
3.4.1 加熱系統之具體設計...27
3.4.2 升降機購之具體設計...30
3.4.3 外部結構之具體設計...33
3.4.4 冷卻系統之具體設計...34
第四章 設備組裝與燒結效果...38
4.1 各部位零件表...38
4.2 設備之組裝...45
4.3設備之做動流程...51
4.4燒結測試效果與使用設備介紹...53
4.4.1 使用之設備介紹...53
4.4.2 渦流管之冷風效果...56
4.4.3 燒結效果...57
第五章 結論與未來展望...59
5.1 結論...59
5.2 未來展望...59
參考文獻...60
Extended Abstract...62

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