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平面磨床結構模態分析與介面剛性估算之研究

為了解決超長滑軌的問題，作者戴豐文 這樣論述：

平面磨床是磨削加工機的一種，其加工性能與機台結構剛性、介面接觸剛性及機台振動等問題息息相關。因此，掌握機台結構整體的剛性與動態特性將有助於結構設計與製造上的補強及避免於運轉中結構共振與顫振的發生，同時增加加工精度與生產效率，以符合高精密元件快速加工之需求。本研究發展平面磨削工具機結構模態分析、介面接觸剛性估算及磨削動態特性監測等技術。首先，進行結構部件數值模態與實驗模態分析，求得單部件及整機結構模態振型與模態參數，同時修飾數值模態分析模型，並以實驗模態分析結果作為目標基準，反覆求解修飾結構部件材料之楊氏係數。接著，利用材料力學變形公式，估算硬軌與線軌接觸介面負載與變形量之關係，進而求得不同受

力介面初始接觸剛性值，作為數值模態分析介面剛性初始迭代計算之參考。再來，逐一堆疊組立部件(底座與鞍座、底座-鞍座與工作台、立柱與頭座），並同時進行數值模態與實驗模態分析，逐步求解修飾部份組件之硬軌介面或線軌介面剛性及底座-地板接觸之地腳介面剛性，直至整機組立完成。最後，使用經表面硬化處理之中碳鋼進行平面磨削實驗，以動力計量測磨削力之波動，藉以監測平面磨削之動態特性。結果顯示，單部件與整機結構數值與實驗模態分析之頻率誤差約在4%以內，且數值與實驗模態振型結果大致相近。由整機實驗模態結果可發現立柱剛性較為不足，導致主軸頭座被牽動而產生變形，推斷為本磨床結構較脆弱之處。比對整機介面剛性數值與實驗模態

分析結果之誤差大部份的模態皆落於6%以內，且由地腳剛性變化趨勢可得知介面剛性值隨部件疊加數量之增加而增加，與第20篇參考文獻所得之結果趨勢一致，此說明本研究介面剛性之求法是可行且具有參考性。從磨削實驗結果顯示，當磨削深度較小時，於工作台行程的左極限，三軸向磨削分力之振幅差異變化趨勢最大。透過工作台部件與整機之實驗模態分析的結果可推測，此工作台的共振頻率與特定主軸轉速所形成的磨削頻率耦合，導致上述現象的發生。