手骨模型製作－應用五軸加工機

1.因應本校99年10月教務評鑑，讓本校新購的五軸加工機展現具代表性的作品，看了2008年日本森精機的精密加工展中的人手骨模型，將大小定在直徑75mm長度150mm材料為鋁合金6061，設計能展現五軸加工機特點模型。

2.由於找不到適當的3D手骨模型，只好先由3D繪圖軟體Solid Works繪出3D模型，經過一段時間才畫出滿意的形狀(fig-1)

fig-1

3.模型下方有一個圓形基座，有一個最重要的用意是用來作為夾持的地方，我設計了一個圓形夾具(如fig-2)，圖中的土黃色是被加工的鋁合金，下面鐵灰色為夾具，共用了7個M6的螺絲，其中一個用來環狀螺緊，Fig3,4為在五軸機上夾持狀況，夾具的上蓋鑽孔加工也是在五軸機上加工(有一個側向的螺絲孔有位置定位關係)

Fig-2

Fig-3

Fig-4

   

   4.將3D模型讀入hypermill(fig-5)，並在下方夾具最大位置畫上二個防護面，讓hypermill在計算時可以不會加工到夾具

Fig-5

  5.由於此模型有太多的死角 (不容易加工) 位置，A軸(傾斜軸)最大用到110度，刀桿長度約要有150mm才夠，而且必須要正確把刀桿形狀畫入hypermill，才能正確防止不正當的碰撞，fig-6為德國tribos的彈性夾持刀桿(黃色延長桿)，以BT40-ER40-80刀桿夾持(鐵灰色)，可以減少夾持位置的直徑，以本圖為例夾持6mm刀具外徑只有10mm，大概是所有刀具中最小的

Fig-6

6.由於工件長150mm，可以夾持的地方只有圓形基座，基座厚度13mm，再加上刀桿又長，切削速度無法快，完成的形狀又細長，必須逐層粗加工並精加工，總共用了12把不同的刀桿(fig-7)，約220個工法才完整加工完畢，加工時間從第1支18小時、第2支15小時、減少到第3支11小時，並在底座上刻上校名(fig-8)

Fig-7

 Fig-8

7.由於hypermill的五軸工法自動閃避功能夠完善，作者於98年11月才接觸此軟體，當年12月即完成第一個作品(鑰匙飾物製作)，隔年4月即完成本件品，該軟體的操作很符合加工的思維，以下為各個加工過程的

 

 

 

 

8.完成品如下:，原材料重1500g，完成重180g

 

 

 

  

鑰匙飾物製作－應用五軸加工機

1.   先決定飾物大小，由於要適合掛在鑰匙上，將大小定在直徑40mm，厚度20mm以下，設計能展現五軸同動加工特點模型。

2. 先由3D繪圖軟體Solid Works繪出3D模型

3. 在葉片側面上刻上本校校名英文縮寫FSVS，轉入CAM(電腦輔導製造軟體) hyperMILL，作加工

       並作加工刀具模擬，以防在機台上碰撞

4.      加工情形

5.  材料及成品

98學年度木橋載重創新設計競賽－自製壓力試驗機

原由：實習工廠於98年7月開發工廠補強,必須要有機具設備才能上實習課的機械科幾乎整個實習課都中斷,有老師提議舉辦木橋載重競賽,讓全機械科學生利用展藝樓一樓空間製作木橋,也讓三年級學生印證機械力學。問題來了,即然要辦比賽就要分高下,木橋載重競賽要如何分高下呢?只好自製壓力試驗機,來測驗木橋的最大載重。
設計經歷：

1. 參考正修科大98學年度木橋載重創新設計競賽規則,木橋長60cm(跨距50cm)寛10cm高15cm,設計一個以氣壓缸施壓的壓力試驗機,最大施力1000kg(空壓5kg/cm2),荷重元(load cell)最大量測範圍1000kg。
2. 使用科內材料室現有材料,SUS304-25mm方管,管厚1mm,6m長2支
3. 以SolidWorks2006建立壓力試驗機模型
4. 以SolidWorks2006-COSMOS分析,是否會破壞

採購項目：
1. 空壓元件,包括
(1) 空壓缸：缸徑160mm,行程100mm,最大工作壓力9 kg/cm2,台製
(2) 三位4孔手動方向閥
(3) 流量調整閥
(4) 洩氣消音頭
(5) 空壓三點組合
(6) 空壓管
(7) 快速接頭
(8) 約9000元

2. 荷重元(load cell)JIHSENSE-L-1T最大荷重1000kg(fig-1)、荷重顯示器JIHSENSE-JS-2000,共23000元(台製)(fig-2)

3. 依設計圖自行鋸切SUS304方管,請廠商焊接

4. 請廠商加工二個零件,空壓缸和荷重計連接件、及施壓斧

現詳述如下：


1. 以SolidWorks2006建立壓力試驗機模型,並將所有的零件組合完成(fig-3,4)

 

2. 主架構是以管厚1mmSUS304-25mm方管來架設(fig-5),為了可以在有限資源的SolidWorks2006-COSMOS分析(fig-6)將空心方管改成實心方管,而且各方管之間不可接觸(間隔0.1mm),再填角料以便可以計算較正確的結果,圖6中間有一個圓柱為氣壓缸向下施力的位置,為了分析方便將綠色圓形面積設定為『約束』,四周有四塊綠色矩形為木橋向下施壓的位置,每塊面積向下施力2500N(牛頓),分析結果如圖7 (fig-7),可見幾個紅色圓圈為焊接填角焊的位置,以及一些方管容易變形的地方要在加強,加強的結果如fig-5

 

 

3. 全部組合結果如圖8(fig-8)

 fig-8

4. 以實心木塊測試,將氣壓三點組合的調壓閥調整到3 kg/cm2(fig-9),由於空壓缸的直徑是160mm,代入計算應可得到603kg,以施壓斧壓向實心木塊(fig-10),荷重顯示器顯示618.5kg(fig-11),和計算所得值差異不大。

 fig-9

 fig-10

  fig-11

5. 本壓力試驗機和正修科大最大的不同為,(1)以氣壓為動力源(2)最大負荷由顯示器自動記錄

     正修科大,(1)以人力透過齒輪和螺紋,螺帽放大力量來施壓(2)最大負荷由人工判讀

6. 接著為本校學生一些實際作品測試的結果影片

 

 

 

 

五軸加工機驗收(一)

本年度本校申請『競爭型計畫』中購買一台五軸加工機，於98年10月6日上午9時順利標出，百德機械UX-300型得標，百德董事長謝瑞木先生曾捐贈一台五軸加工機給PMC(財團法人精密機械研究發展中心)，並協助制定五軸加工機的檢驗規範


依採購規格必須在『機器外部板金組裝前(可以看到滾珠螺桿、線軌)，須通知本校人員前往檢驗，並照相備查』，於98年10月16日前往百德機械照相，將過程記載如下：


機器外部板金尚未組裝(上半部)，刀具庫為48刀，上方靠右為德國WEISS原廠主軸馬力25kw，12000rpm(皮帶式)



機器外部板金尚未組裝(下半部)，為五軸機專用設計，已先降低X/Y軸高度，非一般3+2機種（以三軸機加A/C軸旋轉工作台），左下角和右下角橘色管路為滾珠導螺桿中空油冷的管路





控制器：HEIDENHAIN iTNC 530 (5 Axes) with Option 2
整個面板皆HEIDENHAIN原廠




X/Y/Z軸線軌寛度45mm為德國STAR



X/Y/Z軸導螺桿直徑45mm為台灣上銀HIWIND






圖中間有二個圓筒共有8個輸出孔，為德國WEISS自動打油到主軸軸承內鋼珠潤滑，每70小時提供17mm3的潤滑油，確保長時間高轉速時主軸軸承壽命，8個輸出孔使用了5個，可知主軸共有5個軸承(標準配備)

圖中間圓形物為HEIDENHAIN原廠A軸光學尺(標準配備)

98學年度上學期專題製作報告”步行恐龍的機件原理分析”

由於98年工廠補強工程無法動CNC機械，若無適當題目者可以此題目來寫作
專題報名大綱：
一、 前言或研究動機
二、 機件原理分析
1. 馬達減速機構：畫出簡圖（或相片說明），計算方向及減速比。
2. 四連桿機構：左右腳曲柄相差180度，畫出簡圖及尺寸，及各項數據（如抬腳高度、曲柄每轉1周，恐龍前進距離及時間）
3. 搖頭、擺尾原因
4. 其他分析（如組裝等）
三、 結論