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作者:林正生CAE數位分身潛在運用- 高速轉軸診斷

我們透過物理模型，建置可作為軸承內部熱源診斷依據的數位分身(CAE Digital Twin)。此數位分身可將轉軸外部表所測量的溫度當作輸入條件，反算出轉軸的溫度分佈與滾珠模差的熱源。再經由具經驗之人員或其他方法，判斷熱源是否有異狀，採取對機台必要的操作。

作者:葉峻賓、李曉暉、張文穎、陳漢強、張怡萍、梁儷齡、夏啟峻主軸健康智慧化監診實測

工具母機的主軸被譽為機床的心臟，不僅影響加工精度，保養不當甚至會降低設備稼動。最常採用的主軸檢測規範是ISO-10816，在無負載條件下，利用量測機械非轉動部位的振動量測訊號，來評鑑主軸的健康狀態。然每台設備的使用與維護多少有所差異，當主軸有異常徵兆時，會在某些特定的頻帶或振動特徵上才觀察得到；此外感測器的安裝在主軸頭，常遇到繞線不易與成本過高的問題；透過可攜式無線振動感測模組，可方便安裝並快速檢測。雖然異常的訊號資料不容易收集，然透過正常振動資料的頻譜特徵建模，可以對每一台機台建立各自的健康監診模型，例如機器學習方法GMM （Gaussian Mixture Model）或SOM （Self-Organizing Map）；不僅在有異常的特徵發生時偵測得到，更可在每次維修保養確認後自動更新模型，監測往後的使用是否偏離保養後的狀態。

作者:莊易霖、許登傑、陳文瑞、麥朝創全數位高響應主軸馬達驅動技術

本研究主要針對全數位高響應主軸馬達驅動技術進行探討，工具機的主軸馬達大多以感應馬達為主，使用向量控制可使馬達之轉矩能力完全輸出，讓主軸具有高轉矩、高響應的輸出能力。為使驅動器之性能完全發揮，精準的位置回授系統及與控制器間的全數位通訊也是必須的，本研究亦將EtherCAT通訊技術與編碼器回授介面納入討論。

作者:李坤穎、駱文傑、魏士傑、洪祥豪冷卻流體適應性控制於工具機主軸精度之提昇

工具機加工過程中，主軸的高速旋轉會產生大量的摩擦熱，此些熱量會使得主軸於運轉過程中產生熱偏移的狀況，從而對於加工工件的準確度產生很大的影響。因此，於運轉過程中所產生的熱量，必須透過冷卻系統即時將熱量由運轉中的主軸排除。本研究中，我們針對工具機使用的直結式主軸做熱變位分析，並使用自適應性冷卻控制系統，針對工具機加工過程中不同的負載及轉速所產生的熱量進行熱交換冷卻的動作，來達到熱誤差抑制的效果。從散熱量實驗方面可以發現，冷卻流體適應性控制可隨著工具機加工時的負載狀態進行冷卻流體的調變，最多能帶走將近148.66 W的熱量，並做出更有效且立即性的熱抑制，降低熱變形量。

作者:蕭錫鴻、歐峰銘、許晉謀、刑玉璽、邱建誌多重直驅馬達旋轉軸技術

兩軸旋轉主軸頭是大型五軸曲面加工機之重要關鍵模組，多重驅動兩軸旋轉主軸頭研究是突破歐美專利限制，以複數個扭矩馬達帶動減速齒輪組傳動動力，使其能以較小之馬達實現高轉矩之輸出。多重驅動兩軸旋轉主軸頭以系統化創新方法與專利佈局，突破國外專利技術的箝制，完成高階旋轉主軸頭技術之開發並建立技術障礙，達到高精度、高轉速、高剛性、以及高效能等優點，可協助國內工具機產品由泛用三軸工具機提升至高值化五軸工具機的產品，並導入航太與能源產業等高階應用領域。

作者:鄭志平、麥朝創、蒲宏彥、蔡坤龍、陳宗明國產全數位智慧化車銑複合加工中心機開發

本開發以全數位通訊界面及高階多軸控制之國產個人電腦控制器（PC-based controller）為基礎，搭配具備振動偵測及多位點溫度監控之內藏式智能主軸與高解析度回授之CS （C-axis control by spindle motor）主軸驅動器，進行國產全數位智慧化車銑複合加工機之整合開發，期能符合工業4.0 整合式系統架構，以因應國內工具機高速性能及多樣性之需求。同時亦利用個人電腦控制器開放式平台之特性，整合其他加值智能模組，將對話式加工程式編輯、遠端監控、加工時間預估及快速加工擬等加值智能模組，補足高階車銑複合加工機智能化輔助功能之缺口。透過本開發之成功案例建構國內同業於全數位系統應用信心。進一步可協助扎根中高等級工具機之全國產化之供應鏈與國際產業技術水準銜接。

作者:許原昇2011台灣工具機關鍵零組件產業鏈研究

台灣工具機產業已有良好的發展基礎，近三、四年來在政府積極導入研發法人資源與業界共同開發新機種，及協助業界取得擴廠土地帶動一波波新投資下，產業實力不斷精進，其中立式與龍門加工機產量，在全球的銷售量也名列前茅，對高品級工具機或新機種開發仍有很大的努力空間。在關鍵零組件如CNC控制器、主軸、伺服系統等仍依賴進口相對降低我國產品之競爭力，對產業長期發展會產生不良之影響。

2010年台灣工具機出口金額達29億6,197萬美元，較2009年同期成長70.0%，而2011年1~9月台灣工具機累計出口總金額為29億4,608萬美元，較去年同期成長40.5%。另外，2011年1~9月工具機零組件累計出口金額總值為10億2,910萬美元，相較於2010年同期的出口總額6億5,679萬美元，成長56.7%。

然而在這亮麗成績下，同時亦代表在全球國際間工具機產業競爭已進入關鍵零組件資源爭奪戰中，為求確保我國工具機暨零組件產業競爭力，本研究將藉由分析近三年（2008至2010）工具機暨零組件產業在關鍵零組件之供給，以提供我國工具機產業未來發展之參考。

作者:廖運炫、李忠玲、楊益群CNC工具機之顫振抑制策略

顫振（chatter）為一自激式振動，是影響工具機材料移除率與加工成本的一重要因素，其發生為動態的切削過程，可視為一結合了工具機動態結構特性與切削過程的閉迴路系統。本文針對影響最大的再生式效應導致的顫振，提出一線上顫振抑制的策略。依據再生式效應的概念，因為振動會使得未變形切屑厚度改變，因此工件表面的同一位置，在前後兩次切削間的波紋間存在著相位差，特定的相位差會導致系統的不穩定，即再生式顫振。文中以理論推導出在振動週期中能消耗最多能量的相位差，再依據主軸轉速與顫振頻率及相位差的關係，計算出最適當的主軸轉速。以電腦模擬一個二階振動系統，發現最佳相位確能使得發散的振動在最短的時間內收斂。文中並在一CNC銑床上進行實際切削測試，以動力計量取進給方向的切削力，做快速傅立葉轉換，得到頻率域的能量頻譜，在判斷出發生顫振時，依據求得的顫振頻率，即時將主軸調整至適當的轉速，經溝槽端銑削不同的材料，顯示出經由本文提出的策略，顫振的振幅可以急速的衰減，回復到穩定的切削狀態，驗證了文中提出之策略確實可行。本文提出之顫振抑制策略簡單，不必做系統識別，且不必更動機械結構，容易在一般的工具機上實現，非常具實用的潛力。

作者:蔡志成、邱顯俊、吳尚融、黃冠鈞、陳昭亮、謝宏裕龍門加工機主軸之結構與公差設計分析

主軸為工具機中最重要的關鍵組件，故其結構與公差設計配置及分析極為重要。本研究針對龍門型加工機使用之大型主軸頭，分析其結構特性與組裝之精度，進一步調整其結構以及公差配置以滿足設計要求之共振頻以及精度。結構設計分析利用建構的幾何模型以及有限元素法分析其結構共振頻，因結構共振頻過低，經調整主軸懸伸部位輕量化、斷面強化、增加中間支撐以及尺度加大後，提高結構剛性及其共振頻，以達成設計目標。公差設計分析則透過主軸頭系統之產品架構、零件分解與公差網路，分析主軸頭系統組裝所對應之公差累積造成之精度變異，因組裝累積之精度變異過大，經IT6精度等級之公差配置後，組裝累加之精度變異仍超過設計目標，故更進一步以負公差設計來吸收組裝公差累積，使組裝公差滿足設計目標。

作者:趙洋、程凱、Ralf Dechert加工中心主軸浮動端軸承的失效分析

定位-浮動軸承佈置形式常用於機床主軸的設計中，浮動端提供的軸向自由度可減小主軸溫升帶來的軸承內部應力，提高機床的加工精度，但浮動功能失效時對軸承危害極大，甚至導致軸承短時間內卡死。許多的主軸設計中，浮動功能主要靠主軸軸承外圈與軸承座孔之間的間隙值實現，因此外圈與軸承座孔之間的間隙控制對浮動功能的實現尤為重要。本文通過一實例向讀者展示由於間隙控制不當導致的軸承失效實例定性及定量分析浮動失效帶來的危害。

作者:郭宇傑、林玉(方方土)、陳佳盟、蘇濬賢、翁士傑、徐紹煜高速氣靜壓主軸之多孔質徑向軸承性能分析

高速氣靜壓主軸應用於高精密機械工業，有別於國內先前的開發案採用微孔式氣靜壓軸承，本研究選用承載能力更高的多孔質氣靜壓軸承，欲了解多孔質徑向軸承的性能，以單一柱塞之簡化模型來研究局部多孔質徑向軸承的氣隙壓力，應用有限體積法及壓力與速度耦合之技術，藉由計算流力軟體分析在不同氣隙厚度及邊長的情況下的氣隙壓力分佈及平均壓力，以瞭解該等參數之變化對軸承性能之影響。

作者:謝秉澂、周永樂工具機主軸動態特性分析與狀態監測技術

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