Page 124 - 2019 自動化機械暨智慧產業年鑑

科
技
創
新
篇

五軸工具機結構靜動態 圖3 小型五軸工具機組合圖 圖4 小型五軸工具機有限元素模型

特性探討與測試研究

▓虎尾科技大學機械與電腦輔助工程系助理教授／詹子奇

關鍵字：工具機、智慧製造、模態分析、模態測試
摘要
介紹
高速化、高精度、智慧化和客製化是工具機
的主要發展趨勢，為滿足工具機多軸加工的需 1.1 研究背景 所示，另小型五軸工具機如圖2所示。
表1 S40C 中碳鋼材料性質
求，五軸工具機因此發展起來。如何提高工具機 工具機的技術能力被視為是國家工業化的重
有限元素分析與實驗
的精度和加工效率就是非常重要的課題。 要指標，本研究主要進行五軸工具機的結構分析 S40C 中碳鋼
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本文主要探討五軸工具機的結構特性和動態 和測試。運用有限元素法進行工具機結構靜態和 密度（kg/m ） 7850 2.1 有限元素分析
性能測試的方法。透過對整機結構分析和模態測 動態的分析，並運用動態頻譜分析儀測試工具機 楊氏係數（Pa） 2E+11 2.1.1 有限元素模型
蒲松比 0.3
試結果的比較，改善和優化五軸工具機的結構設 之自然頻率和振型。並透過靜剛性分析，分析五 在本研究中使用 CAD軟體建立模型如圖3
計，達到更好的動態特性，滿足五軸工具機高速 軸工具機的變形趨勢，作為工具機設計與開發的 所示。
化加工的要求。並在穩定結構的基礎上發展智慧 重要參考指標。工具機的設計者可以參考分析與 2.1.2 材料性質
表2 AL-7075T6 鋁合金材料性質
化加工的技術。 測試流程進行機台開發。本研究的流程圖如圖 1 本實驗中小型五軸工具機所使用的材料
AL-7075T6鋁合金 包含 S40C 中碳鋼、AL-7075T6 鋁合金以及
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圖1 本研究的流程圖 圖2 小型五軸工具機外觀與內部結構 密度（kg/m ） 2810 AL-6061T6 鋁合金， 其材料性質如表 1、表 2
楊氏係數（Pa） 7.17E+10 與表3所示。建立完成之有限元素模型如圖4所
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示。
2.1.3 有限元邊界條件設定
工具機有很多組合介面，其中線性運動主要
表3 AL-6061T6鋁合金材料性質 使用線性滑軌，滑塊與滑軌的接觸剛性採用彈

AL-6061T6鋁合金 簧模擬，彈簧的剛性設定為26000000 N/m，
密度（kg/m ） 2703 相關介面的固定方式根據實際機台擺設方式做設
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楊氏係數（Pa） 6.89E+09 定，重力加速度為9.8 m/s 。機台底座固定方式
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如圖5所示。

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