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機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，節省資源，節省材料，減少污染物。綠色切削加工兩大要素綠色工具機低污染綠色切削綠色工具機特性‧低耗能‧高剛性輕量化結構‧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)平行式結構─StewartPlatform示意圖高剛性輕量化結構範例IngersollHexapodMillingMachine中原大學六軸平台工具機輕量化機台設計Box-

2、in-BoxSorce：蔣氏工業慈善基金會技術課程講義DALIHMCQH-400Box-in-Box工具機輕量化傳統工具機：通常為了製造精密產品或是大型物件時，因須符合工具機工作結構剛性，因此機台會較為大型。傳統工具機結構的缺點機台結構龐大(剛性考慮)機台所需物件材料較多驅動能源較大佔用空間解決方法：使工具機輕巧化，減少工具機所需結構物件材料，避免材料浪費，降低工作能源，有效充分應用環境空間。工具機輕量化工具機輕量化的方法(1)利用研究、分析，以減去結構材料不必要的浪費(2)使用複合材料替代蜂巢式結構產品設計的分析藉著產品在設計前

3、，研究、分析其結構，並在符合其設計需求，改善及降低材料的使用量。方法：模態分析、動柔度分析、理論實驗建模法、CAE輔助分析工具機輕量化的方法(1)利用研究、分析，以減去結構材料不必要的浪費(2)使用複合式材料替代蜂巢式結構產品設計的分析藉著產品在設計前，研究、分析其結構，並在符合其設計需求，改善及降低材料的使用量。方法：模態分析、動柔度分析、理論實驗建模法、CAE輔助分析在此使用ANSYS軟體分析一雙邊扣環在受力情形下，其曲柄藍色區域為在符合安全結構上，可設計節省的材料。雙邊扣環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、互相溶解的物質的組合物，其性質與結構特性優於原先各別獨立的成分元素。蜂窩狀組織(HoneycombStructures)類似於三明治或層狀組織物，屬於另一種形式的聚合物，具有高的比強度及比剛性的特性。蜂巢式結構內層實體材料圖這種組織結構基本上包含一個蜂窩狀核心或其他類似的波浪型結構，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：蔣氏工業慈善基金會技術課程講義高速切削的定義高轉速DN>120萬高速進給>90m/min高切削速度不同材料的高速切削速度Sorce：蔣氏工業慈善基金會技術課程講義高速切削相關技術高速主軸設

5、計(>20000r.p.m)─軸承與潤滑設計─結構分析─馬達與自動控制技術─拉刀機構、刀把機構設計、離心力影響抑制技術─熱變形控制高精度高速進給系統─高速高剛性，高精度傳動系統，線性馬達，低慢量伺服馬達，高速代滾珠螺桿─輕量化高剛性結構─高性能CNC控制系統─高速CAD/CAM系統高速與高精度驅動系統-線性馬達Sorce：蔣氏工業慈善基金會技術課程講義高速化高剛性滾珠螺桿Sorce：蔣氏工業慈善基金會技術課程講義線性馬達與導螺桿特性比較線性馬達滾珠螺桿速度（Velocity）受限於光學尺與線軌的速度受線與馬達轉速、導螺桿行程、及機

6、械摩耗加速度（Acceleration）最高100m/s2（馬達加速度）最高5m/s2，受限於慣性矩速度增益Kv20~30（m/min）/mm5（m/min）/mm傳動力可並列數個馬達，理論上無上限經過齒輪減速可以很高冷卻裝置需要高速時導螺桿需要冷卻摩耗低，只有線軌產生摩耗高，高速時摩耗更大維修與保養佳中等靈敏性高低其它行程長、定位精度優良價格較線性馬達便宜許多線性馬達工具機CNC伺服進給系統架構高速切削的應用高速切削的優點：低切削力、表面精度好、金屬移除率高、熱應變型小、節省加工時間提高生產量。b.高速切削應用在航空零件之加工上

7、相當適切可行，航空零件空間有限必須輕量化且兼顧強度，所以在航空零件上常被設計成形狀複雜的薄壁。c.因焊接容易變形和零件規格繁多不易管理，另外因整塊材料加工易變形且加工時間過長，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。進給系統動態特性模式Sorce：蔣氏工業慈善基金會技術課程講義頻率響應圖Sorce：蔣氏工業慈善基金會技術課程講義伺服控制系統模擬Sorce：蔣氏工業慈善基金會技術課程講義切削力之影響在高速切削時，切削力的降低是一個很重要的優勢，可以大幅度降低工件表面因為切削力產生的變形造成精度誤差。William

8、首先發現提高切削速度會降低切削力，之後又有許多學者陸續研究此一現象。c.高速切削產生的高溫抒解差排線糾結，導致材料的降伏點降低，所以會有切削力下降的現象。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穩定性