綠色製造之綠色切削加工

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1、綠色製造之綠色切削加工中原大學(xué)機(jī)械系王世明老師綠色製造之綠色切削加工目的：在不影響甚至提昇製造效率下，節(jié)省資源，節(jié)省材料，減少污染物。綠色切削加工兩大要素綠色工具機(jī)低污染綠色切削綠色工具機(jī)特性?低耗能?高剛性輕量化結(jié)構(gòu)?具高速切削能力?低污染?低噪音綠色切削特性1、高精度(低道次製程)2、高材料移除率(MMR)3、低切削液使用量(乾式切削、半乾式切削、氣體冷卻)平行式結(jié)構(gòu)─StewartPlatform示意圖高剛性輕量化結(jié)構(gòu)範(fàn)例IngersollHexapodMillingMachine中原大學(xué)六軸平臺工具機(jī)輕量化機(jī)臺設(shè)計(jì)Box-

2、in-BoxSorce：蔣氏工業(yè)慈善基金會技術(shù)課程講義DALIHMCQH-400Box-in-Box工具機(jī)輕量化傳統(tǒng)工具機(jī)：通常為了製造精密產(chǎn)品或是大型物件時(shí)，因須符合工具機(jī)工作結(jié)構(gòu)剛性，因此機(jī)臺會較為大型。傳統(tǒng)工具機(jī)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)機(jī)臺結(jié)構(gòu)龐大(剛性考慮)機(jī)臺所需物件材料較多驅(qū)動能源較大佔(zhàn)用空間解決方法：使工具機(jī)輕巧化，減少工具機(jī)所需結(jié)構(gòu)物件材料，避免材料浪費(fèi)，降低工作能源，有效充分應(yīng)用環(huán)境空間。工具機(jī)輕量化工具機(jī)輕量化的方法(1)利用研究、分析，以減去結(jié)構(gòu)材料不必要的浪費(fèi)(2)使用複合材料替代蜂巢式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的分析藉著產(chǎn)品在設(shè)計(jì)前

3、，研究、分析其結(jié)構(gòu)，並在符合其設(shè)計(jì)需求，改善及降低材料的使用量。方法：模態(tài)分析、動柔度分析、理論實(shí)驗(yàn)建模法、CAE輔助分析工具機(jī)輕量化的方法(1)利用研究、分析，以減去結(jié)構(gòu)材料不必要的浪費(fèi)(2)使用複合式材料替代蜂巢式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的分析藉著產(chǎn)品在設(shè)計(jì)前，研究、分析其結(jié)構(gòu)，並在符合其設(shè)計(jì)需求，改善及降低材料的使用量。方法：模態(tài)分析、動柔度分析、理論實(shí)驗(yàn)建模法、CAE輔助分析在此使用ANSYS軟體分析一雙邊扣環(huán)在受力情形下，其曲柄藍(lán)色區(qū)域?yàn)樵诜习踩Y(jié)構(gòu)上，可設(shè)計(jì)節(jié)省的材料。雙邊扣環(huán)分析圖何謂複合材料複合材料的定義：兩種或兩種以上不能

4、互相溶解的物質(zhì)的組合物，其性質(zhì)與結(jié)構(gòu)特性優(yōu)於原先各別獨(dú)立的成分元素。蜂窩狀組織(HoneycombStructures)類似於三明治或?qū)訝罱M織物，屬於另一種形式的聚合物，具有高的比強(qiáng)度及比剛性的特性。蜂巢式結(jié)構(gòu)內(nèi)層實(shí)體材料圖這種組織結(jié)構(gòu)基本上包含一個(gè)蜂窩狀核心或其他類似的波浪型結(jié)構(gòu)，在它的外層部分再覆以兩層薄薄的外皮。蜂窩狀組織示意圖Sorce：蔣氏工業(yè)慈善基金會技術(shù)課程講義高速切削的定義高轉(zhuǎn)速DN>120萬高速進(jìn)給>90m/min高切削速度不同材料的高速切削速度Sorce：蔣氏工業(yè)慈善基金會技術(shù)課程講義高速切削相關(guān)技術(shù)高速主軸設(shè)

5、計(jì)(>20000r.p.m)─軸承與潤滑設(shè)計(jì)─結(jié)構(gòu)分析─馬達(dá)與自動控制技術(shù)─拉刀機(jī)構(gòu)、刀把機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、離心力影響抑制技術(shù)─熱變形控制高精度高速進(jìn)給系統(tǒng)─高速高剛性，高精度傳動系統(tǒng)，線性馬達(dá)，低慢量伺服馬達(dá)，高速代滾珠螺桿─輕量化高剛性結(jié)構(gòu)─高性能CNC控制系統(tǒng)─高速CAD/CAM系統(tǒng)高速與高精度驅(qū)動系統(tǒng)-線性馬達(dá)Sorce：蔣氏工業(yè)慈善基金會技術(shù)課程講義高速化高剛性滾珠螺桿Sorce：蔣氏工業(yè)慈善基金會技術(shù)課程講義線性馬達(dá)與導(dǎo)螺桿特性比較線性馬達(dá)滾珠螺桿速度（Velocity）受限於光學(xué)尺與線軌的速度受線與馬達(dá)轉(zhuǎn)速、導(dǎo)螺桿行程、及機(jī)

6、械摩耗加速度（Acceleration）最高100m/s2（馬達(dá)加速度）最高5m/s2，受限於慣性矩速度增益Kv20~30（m/min）/mm5（m/min）/mm傳動力可並列數(shù)個(gè)馬達(dá)，理論上無上限經(jīng)過齒輪減速可以很高冷卻裝置需要高速時(shí)導(dǎo)螺桿需要冷卻摩耗低，只有線軌產(chǎn)生摩耗高，高速時(shí)摩耗更大維修與保養(yǎng)佳中等靈敏性高低其它行程長、定位精度優(yōu)良價(jià)格較線性馬達(dá)便宜許多線性馬達(dá)工具機(jī)CNC伺服進(jìn)給系統(tǒng)架構(gòu)高速切削的應(yīng)用高速切削的優(yōu)點(diǎn)：低切削力、表面精度好、金屬移除率高、熱應(yīng)變型小、節(jié)省加工時(shí)間提高生產(chǎn)量。b.高速切削應(yīng)用在航空零件之加工上

7、相當(dāng)適切可行，航空零件空間有限必須輕量化且兼顧強(qiáng)度，所以在航空零件上常被設(shè)計(jì)成形狀複雜的薄壁。c.因焊接容易變形和零件規(guī)格繁多不易管理，另外因整塊材料加工易變形且加工時(shí)間過長，不合格率大增，造成加工瓶頸，而高速切削正好可以解決這類問題。進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)特性模式Sorce：蔣氏工業(yè)慈善基金會技術(shù)課程講義頻率響應(yīng)圖Sorce：蔣氏工業(yè)慈善基金會技術(shù)課程講義伺服控制系統(tǒng)模擬Sorce：蔣氏工業(yè)慈善基金會技術(shù)課程講義切削力之影響在高速切削時(shí)，切削力的降低是一個(gè)很重要的優(yōu)勢，可以大幅度降低工件表面因?yàn)榍邢髁Ξa(chǎn)生的變形造成精度誤差。William

8、首先發(fā)現(xiàn)提高切削速度會降低切削力，之後又有許多學(xué)者陸續(xù)研究此一現(xiàn)象。c.高速切削產(chǎn)生的高溫抒解差排線糾結(jié)，導(dǎo)致材料的降伏點(diǎn)降低，所以會有切削力下降的現(xiàn)象。溫度對切削的影響降低刀具的硬度，加速磨耗使工具溫昇變形，切削精度不易控制影響工件材料化學(xué)穩(wěn)定性