NKFUST
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 18

NKFUST PowerPoint PPT Presentation


  • 104 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

NKFUST. 微進給刀座與加工機系統整合驗證加工. 劉永田 、 張立良、林彥均 報告人 : 林彥均. (NSC-98-2221-E-327-012-MY2). Dept of Mechanical and Automation Engineering ( NKFUST ). Kaohsiung, Taiwan. 大 綱. 1. 前言 2. 微型刀座放大原理與設計 3. 基礎實驗規畫 4. 基礎實驗結果與驗證加工 5. 結論. 2011-P1. 前言.

Download Presentation

NKFUST

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Nkfust

NKFUST

微進給刀座與加工機系統整合驗證加工

劉永田、張立良、林彥均

報告人:林彥均

(NSC-98-2221-E-327-012-MY2)

Dept of Mechanical and Automation Engineering ( NKFUST )

Kaohsiung, Taiwan


Nkfust

大 綱

1.前言

2.微型刀座放大原理與設計

3.基礎實驗規畫

4.基礎實驗結果與驗證加工

5.結論

2011-P1


Nkfust

前言

近年來,隨著光電產業的蓬勃發展,帶動各種高精密、形狀複雜之光學零組件的高度需求,而支援產業發展的基礎加工技術,亦隨之朝向微細化、精密化、複雜化的方向發展,如加工橢圓形狀工件、非軸對稱(Asymmetric)微光學鏡片陣列、曲線或曲面上不等節距導光板等。

特殊形狀零組件的加工,需搭配慢刀伺服機構(Slow tool servo)與快速刀具伺服機構(Fast tool servo),或多軸加工機(5軸、6軸)等。

光學鏡片

環形圓紋曲面

(資料來源:中美科技)

橢圓曲面上搭配微特徵

車燈頭燈(資料來源:中美科技)

2011-P2


Nkfust

相關研究

音圈馬達致動器之快刀裝置

(M. Nagashima,(ICPT), PC03 pp.151-152,2008)

撓性結構與壓電致動器微進給裝置

(S. Motonishi, JSPE-57-12, 91-12-2139 ,1991)

溫控控制形狀記憶合金刀座

(K. Kitajima ,2004 年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集Vol. 70.No.7, pp.989-993, 2004)

壓電致動器結合液壓波紋管之微小進給刀座

(Y. Morimoto ,(jamdsm).2.474-481,2008)

2011-P3


Nkfust

現有刀座存在的問題

壓電致動器結合液壓波紋管之微小進給刀座

(Y. Morimoto ,(jamdsm).2.474-481,2008)

反轉誤差

ks為壓電致動器的剛性

ξs為壓電致動器的穩態(靜態)位移

壓電出力與位移的曲線

2011-P4


Nkfust

新刀座驅動原理與設計

A1

A2

波紋示意圖

新型刀座設計

本波紋管之設計採用厚度0.1 mm具有弧度板材焊接式波紋管,大小波紋管的外徑分別為ψ26.4 mm與ψ54.5 mm,以外徑估算位移放大倍率約為4.2倍。

2011-P5


Nkfust

微進給刀座的組成

位移放大機購

微進給刀座實體圖

微進給刀座示意圖

2011-P6


Nkfust

基礎實驗

  • 基礎實驗裝置

  • 連續步階驅動結果

  • 位移特性結果

  • 頻率與位移的關係

2011-P7


Nkfust

基礎實驗裝置

壓電致動器

5×5×10 mm (Tokin)

5×5×20 mm (Tokin)

兩顆串聯)

線性滑座

(THK VRT 2035A)

GAP sensor

(ADE5502)

AMP

(nf:HAS-4014)

基礎實驗裝置

2011-P8


Nkfust

連續步階驅動結果

以每10V區間,由0V逐步增加到110 V,由此,可獲得壓電致動器與刀座裝位移

連續步階響應結果

放大倍率

2011-P9


Nkfust

位移特性結果

由連續步階結果取平均值,繪製出壓電與刀座的位移特性

PZT與刀座的位移特性

2011-P10


Nkfust

頻率與位移的關係

輸入200Hz與輸出位移的關係

頻率與位移的關係

輸入40Hz與輸出位移的關係

2010-P.12

2011-P11


Nkfust

微進給刀座與加工機整合架構

本研究搭配嵌入NI cRIO- 9073控制器,採用NI 9514卡片,其卡片針對單一軸線提供伺服驅動器介面訊號;包含輸入在內的完整運動 I/O,編碼器 (Incremental encoder)讀取,本刀座控制程式使用LabVIEW軟體撰寫,燒入至FPGA晶片中,燒入部部分包含讀取光學尺訊號、PI控制程式,輸出驅動PZT的電壓,藉由光學尺閉迴路位置控制。

2010-P.13

2011-P12


Nkfust

超精密切平面試切削

2010-P.14

2011-P13


Nkfust

結論

本研究對描述刀座基礎特性,包含行程、位移放大倍率、頻率與位移的關係等,並利用其特性並整合加工機進行驗證切平面試切削,主要的成果如下:

  • 由連續步階驅動實驗得穩定之放大倍率為3~3.6倍,以110 V驅動,行程可達73μm。

  • 連續步階響應結果放大倍率介於3.03與3.66間,放大比例不如理論值的原因,推估是波紋焊接處之狹小空間內存在著空氣,當位移變化較小時波紋內部存在的空氣影響較大,當位移越大時影響相對波紋內部存在的空氣影響較小,導致放大倍率的變動。

  • 趨近刀座共振頻率之200 Hz驅動時,相位差明顯,且峰值位移亦異常放大,可能是趨近共振頻率的關係,得刀座的有效驅動頻率範圍約在150 Hz以下。

  • 由具位移放大機構之微進給刀座,對無氧素銅進行車削切平面,其表面粗糙度Ra =16 nm。

2011-P14


Nkfust

未來發展

  • 精微切削加工所需之切削力極小,初估可以進行微陣列光學鏡片模仁加工。

  • 由基礎實驗得有效之驅動頻率為150Hz,可應用於慢刀伺服機構(Fast tool servo),進行非對稱軸之研究。

2011-P15


Nkfust

參考文獻

[1] S. Motonishi, Y. Hara, and K. Yoshida, A New Micro Cutting System with High Resolution,” The Japan Society for Precision Engineering, JSPE-57-12, 91-12-2139, 1991.

[2] T. Sanuki, M. Tano, W. Gao and S. Kiyono, Design and construct of a fast-tool-control equipped with a force sensor, 精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集, F34. pp.463-463, 2005.

[3] H. Mizumoto, S. Arii, Y. Kami, and M. Yabuya, A Micro Cutting Device using an Active Aerostatic Guideway, 精密工学会春季大会学術講演会講演論文集, G13. pp.617-618, 2004.

[4] K. Kitajima, and H. Sogabe, Development of Shrinking Tool Holder by Utilizing of Shape Memory Alloy, The Japan Society for Precision Engineering, Vol. 70.No.7, pp.989-993, 2004.

[5] M. Yoshino, E. Higashi, and K. Kawade, Development of a Machining Tester for Two Dimensional Machining Test under External Hydrostatic Pressure, JSME International Journal, Series, Vol. 49, pp.329-333, 2006.

[6] D. L. Trumper, X. Lu, Fast tool Servos: Advances in Precision, Acceleration, and Bandwidth, Towards Synthesis of Micro-/Nano-systems, The 11th International Conference on Precision Engineering (ICPE), Tokyo Japan, 2006.

[7] M. Nagashima, Y. Jin, Y. Arai, W. Gao, (2008), Fast tool control by a voice coil actuator, Int. Conf. Positioning Technology Hamamatsu(ICPT), PC03 pp.151-152, 2008

[8] 博光華,賴昆輝,撓性車削系統之微精細車削特性研究,國立海洋大學機械與機電學系碩士論文,2005。

[9] 黃建立,王詠傑,應用於車削的主動式減振控制的壓電致動刀具設計,逢甲大學 e-Thesys,2006。

[10] Y. Morimoto, Y. Ichida, R. Sato, and Y. Ohori, Development of Cutting Device with Enlargement Mechanism of Displacement, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing, pp.474-481, 2008.

2011-P16


Nkfust

報告完畢

謝謝聆聽

2011-P17


  • Login