臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在研究平面磨床結構的靜剛性及模態頻率等並進行優化，以有限元素分析法進行工具機的模態分析、靜態分析及結構設計等。透過模態分析得知原設計之前五個模態頻率分別為35、38、68、81、102Hz。然而磨床的工作頻率為55Hz~75Hz，其中模態三頻率68Hz可能會與其工作頻率產生共振，影響機台的加工精度。為改善機台加工精度及穩定性，進行結構強度優化，以提升第三模態頻率。研究結果顯示，經支撐肋等方法，補強機台結構較弱位置，有效地將第三頻率提升至77Hz以上以避開共振頻率，增加約9Hz，提升幅度約13.2%。本研究最後以拓樸最佳化軟體，以減輕工具機重量及不影響其結構剛性為目標進行磨床整機減重，經研究結果重量達到最佳化目標，且不影響機台原本的結構剛性。

This study aims to study the static and dynamic rigidity analysis and optimization of high-precision grinding machines structure and the modal analysis, static analysis and structural design of machine tools with finite element method. The first five modal frequencies obtained by modal analysis are 35 Hz, 38 Hz, 68Hz, 81 Hz and 102Hz, respectively. Among them, the shape of the third frequency 68Hz may resonate with its working frequency, which affects the machining accuracy of the machine. In order to improve the machining accuracy and stability of the machine the structural strength is optimized to increase the third mode frequency. The results of the study were strengthened with support ribs and other reinforcement methods to strengthen the weaker position of the machine structure, effectively increasing the third frequency above 77 Hz, an increase of about 13.2%. At the end of this research, the topological optimization software is used to reduce the weight of the machine tool without affecting its structural rigidity. After research, the weight reaches the optimized target without affecting the original structural rigidity of the machine.

中文摘要 ... i
Abstract... ii
誌謝...iii
目錄...iv
表目錄...vii
圖目錄...viii
第一章 緒論...1
1.1 前言...1
1.2 研究動機及目的...2
1.3 文獻回顧...2
1.4 論文架構...5
第二章 研究方法...6
2.1 有限元素分析...6
2.1.1 有限元素分析介紹...6
2.1.2 軟體Inspire介紹...6
2.1.3 有限元素分析流程...7
2.2 分析基礎理論...9
2.2.1 模態與振動分析理論...9
2.2.2 拓樸最佳化理論...11
2.2.3 拓樸最佳化方法...13
第三章 高精密平面磨床有限元素分析...15
3.1 有限元素分析流程...15
3.2 前處理...16
3.2.1 建立有限元素分析模型...16
3.2.2 設定材料性質...17
3.2.3 網格化...18
3.2.4 收斂性分析...18
3.3 靜態分析...20
3.3.1 邊界條件設定...20
3.3.2 分析結果...20
3.4 模態分析...22
3.5 不同設計之主軸座分析...25
3.5.1 修改設計之主軸座...25
3.5.2 靜態分析...25
3.5.3 模態分析...28
3.5.4 結果與討論...31
3.6 不同位置之主軸座分析...32
3.6.1 靜態分析...32
3.6.2 模態分析...34
3.6.3 結果與討論...41
第四章 模態頻率改善與結構拓樸優化...42
4.1 模態頻率改善...42
4.1.1 模態頻率改善方法...42
4.1.2 模態頻率改善結果與比較...44
4.2 拓樸優化...45
4.2.1 拓樸最佳化設定與流程...45
4.2.2 拓樸最佳化設計...45
4.2.3 拓樸最佳化結果與比較...46
第五章 結論與未來展望...49
5.1 結論...49
5.2 未來展望...50
參考文獻...51
Extended Abstract...53

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