【毕业学位论文】(Word原稿)以六角形蜂巢肋设计改善方形肋之龙门加工中心刚性结构-模具工程

国 立 高 雄 应 用 科 技 大 学 模 具 工 程 系 硕 士 论 文 以六角形蜂巢肋设计改善方形肋之 龙门加工中心刚性结构 究 生：尤伯仁 撰 指导教授：邱武耀 博士 年 二 月国 立 高 雄 应 用 科 技 大 学 模 具 工 程 系 硕 士 论 文 以六角形蜂巢肋设计改善方形肋之 龙门加工中心刚性结构 究 生：尤伯仁 撰 指导教授：邱武耀 博士 年 二 月以六角形蜂巢肋设计改善方形肋之 龙门加工中心刚性结构 究 生 ：尤伯仁 指导教授 ：邱武耀 博士 国立高雄应用科技大学 模具工程系硕士班 硕士论文 A of 2012 二 月i 以六角形蜂巢肋设计改善方形肋之 龙门加工中心刚性结构 学生：尤伯仁 指导教授：邱武耀 博士 国立高雄应用科技大学模具工程系研究所硕士班 摘 要 本研究针对门型加工中心机的主要结构，以有限元素软体 (变形量分析，利用最佳化理论建立最佳化设计分 析手法 ，提出工具机结构之最佳化设计，善用六角形蜂巢肋增强结构刚性的观念，以验证最佳化设计有效的改善结构刚性。 门型加工中心机的主体结构，包含立柱、横梁、主轴箱体、底座、滑座和工作平台等主要构件，这些结构乃一部门型加工中心机的基本支撑架构，在加工过程中工件重量及切削产生之反作用力，均藉由门型加工中心机的主体结构来承受，而其抵抗受力变形的能力即称为结构刚性 。 随着工具机高速化及精度上的要求，设计具有良好结构刚性的工具机成为工具机厂所追求的目标。本研究重点为在相同受力条件下， 六角蜂巢形加强肋 的设计可使结构刚性增加， 受力变形降低，同时本研究也提出六角蜂巢形几何参数对结构件刚性的影响。经过实际分析证明以工件宽度等于 在重切削力测试时，门桥变形量降低了 关键词：结构、有限元素、静刚性分析、模态分析 u of of of is so is a of by to is as of to by on of to to at of of of .5 of in 谢 本论文能顺利完成，幸蒙我的指导教授 邱武耀博士的指导与教诲，对于研究的方向、观念的启迪、架构的匡正、资料的提供与求学的态度逐一斧正与细细关怀，于此献上最深的敬意与谢意。论文口试期间，承蒙口试委员 李泓原博士及正修科技大学 林忠民博士的鼓励与疏漏处之指正，使得本论文更臻完备，在此谨深致谢忱。 在研究所修业期间，感谢 吴 主任政宪、 许 老师进忠、 杨 老师国和 .老师在 课业知识的传授。同窗伙伴俊嘉及丰椲两年来的切磋讨论与鼓励，获益良多，永难忘怀。 此外 ， 感谢工作上的伙伴 同事们对于公事上给我的最大协助 ， 让我在工作之余能专心于论文的写作 ， 使得本论文能顺利完成 。 最后，特将本文献给我最敬爱的父母亲，感谢您们无怨无悔的养育与无时无刻的关怀照顾，还有父亲及妻子佳蓁在经济上与精神上的支持，让我能专注于课业研究中，愿以此与家人共享。 尤伯仁 谨志于 国立高雄应用科技大学模具工程研究所 年一月 录 中文摘要 i 英文摘要 谢 录 目录 目录 号说明 x 一、 绪论 . 1 前言 . 1 献回顾 3 究动机与目的 5 文大纲 9 二、 工具机简介及相关理论说明 10 具机之定义与说明 10 具机的分类 10 具机应具备之机能 11 工中心机的主要构成要素 11 湾工具机产业现况分析 13 业简介 13 业现况分析 13 关理论 介绍说明 . 17 构刚性分析 17 角蜂巢形结构理论介绍说明 20 础床台结构理论 20 较结果 24 三、 工具机最佳设计规则建立 25 介 25 v 作台应力分 析 27 作台应力分析说明 27 始方形床台运用软体分析 . 30 角蜂巢形床台运用有限元素分析 31 较结果 36 门门型结构应力分析 37 门门型应力分析说明 37 梁分析说明 . 40 始方形横梁应力分析 41 角蜂巢行横梁应力分析 42 较结果 47 柱应力分析说明 . . 48 始方形立柱应力分析 49 角蜂巢形立柱应力分析 50 较结果 55 门加工中心重切削测试分析 56 切削测试说明 57 始龙门加工中心方形结构设计重切削应力模拟分析 60 门加工中心六角蜂巢形结构设计重切削应力分析 62 较结果 64 始方形结构与 六角蜂巢形 结构结果与比较 65 四、 结论 66 论 66 议 67 参考文献 68 简历 70 目 录 表 2具机之分类 . 10 表 2具机进出口统计分析 . 15 表 2础结构应力比较表 . 24 表 3型加工中心机荷重与允许最大变形说明 . 25 表 3型加工中心机荷重与允许最大变形说明 . 28 表 3作台应力控制因子比较 . 36 表 3梁基础结构应力比较 . 47 表 3柱应力控制因子比 较 . 55 表 3门机重切削测试报表 . 58 表 门加工中心重切削分析 . 64 表 始设计与六角蜂巢形结构刚性增强比较表 . 65 目 录 图 1种可能的立柱设计侧视图 . 7 图 2具机主要结构 . 12 图 2具机进出口成长趋势图 . 15 图 2作台立体图 . 20 图 2作台上视图 . 21 图 2作台底面视图 . 21 图 2形床台基础结构设计 . 22 图 2形基础结构设计（ 析） . 22 图 2角蜂巢形基础结构设计 . 23 图 2角蜂巢形基础结构设计（ 析） . 23 图 门加工中心结构图 . 26 图 门加工中心加工图 . 27 图 作台荷重应力示意图 . 29 图 作台设计：原始 方形结构 . 30 图 作台设计：原始 方形结构（ 析） . 30 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=C. 31 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=C（ 析） . 31 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=. 32 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=析） . 32 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=2C. 33 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=2C（ 析） . 33 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=. 34 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=析） 34 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=3C 35 图 作台设计：六角蜂巢形 结构 B=3C（ 析） . 35 图 门门型立体图 . 37 图 3门门型固定面 . 38 图 3门底座固定面 . 38 3始龙门门型立体剖面图 . 39 图 3梁荷重视意图 . 40 图 始方形基础结构 . 41 图 门横梁方形基础结构 (析 ) . 41 图 门横梁六角蜂巢形肋 C=B 基础结构 . 42 图 门横梁六角蜂巢形肋 C=B 基础结构 (析 . 42 图 门横梁六角蜂巢形肋 B=. 43 图 门横梁六角蜂巢形肋 B=础结构 (析 . 43 图 门横梁六角蜂巢形肋 B=2 44 图 门横梁六角蜂巢形肋 B=2C 基础结构 (析 44 图 门横梁六角蜂巢形肋 B=. 45 图 门横梁六角蜂巢形肋 B=础结构 (析 . 45 图 门横梁六角蜂巢形肋 B=3 46 图 门横梁六角蜂巢形肋 B=3C 基础结构 (析 46 图 门门型方形结构图 . 48 图 始方形立柱设计受力图 . 49 图 始方形立柱设计 (析 ) . 49 图 角蜂巢形肋 B=C 设计受力图 . 50 图 角蜂巢形肋 B=C 设计 (析 ) 50 图 角蜂巢形肋 B=计受力图 51 图 角蜂巢形肋 B= 51 图 角蜂巢形肋 B=2 52 图 角蜂巢形肋 B=2 . 52 图 角蜂巢形肋 B=. 53 图 角蜂巢形肋 B= 53 图 角蜂巢形肋 B=3 54 图 角蜂巢形肋 B=3C 设计 (析 ) . 54 图 切削测试照片 . 56 图 切削测试照片 . 57 切削加工示意图 . 59 图 切削加工立体示意图 . 60 图 切削加工 :原始方形结构设计 (析 ) . 61 图 切削加工 :原始方形结构设计不含主轴 (析 ) . 61 图 切削加工立体示意图 . 62 图 切削加工 :六角蜂巢形结构设计 (析 ) . 63 图 切 削加工 : 六角蜂巢形结构设计不含主轴 (析 ) . 63 x 符号说明 K ：全域劲度矩阵 U ：位移场 E ：应变能 ：应力 N ：元素的数目 ： 总外力向量 ：反力向量（ ：形状函数矩阵 D ： 弹性系数矩阵 1 第一章 绪论 言 近年来，由于工具机市场日益国际化、竞争对手不再仅限于本土厂商，为了与各国相继推出高精度之产品竞争，增加效率及产品品质，在业界需不断追求高速度、高精度、高效率以及低生产成本的加工技术。在此国际产业景气低迷之时，产业界更应该藉此期间投入研发，提升技术能力，藉以蓄势待发、迎接下一波景气复苏的来临。 在国内许许多多的制造厂商将生 产线外移大陆、用以降低劳力成本、寻求节流的产业经营方式其实仅是治标之法，事实上所有的企业主都应该了解 “产品开发技术、内部作业程序以及管理方法的不断提升才是增益产能与品质的开源的、治本的根本原则 ”。 本研究将透过以 3D 计及整合有限元素分析软体之功能来达到降低设计、生产成本及提升产品品质的最佳化设计，此设计将大幅提升门型加工中心机之各主结构之刚性，并进而描述补强肋形状对于结构最佳化的应用原则。 其中产品开发技术的提升除了需要经验的传承之外，将更有赖于电脑辅助研发(的三度空间电脑辅助设计(3 3D 与 电 脑 辅 助 工 程 分 析(的应用与整合 1,2。 在参考文献 3内容之中所描述的下列三点皆可通用于各传统产业上： 1. 产品设计占据了制造成本决定因素的百分之七十五的重要性。 2. 设计过程中的设计成本，约三分之二必须归因于早期的设计决定。 3. 虽然电脑辅助工程 法比拟原型测试所能提供的高度传真结果，但专家却可透过许多的设计选项评估方面让它成为最能节省成本的设计工具与流程。因此，提升产品开发技术的主要关键位居开发过程最上游的产品设计阶段。而借助三度空间电脑辅助设计 3D 设计主导品质 ”的目标的科技化途径。 而为了增加零组件的共用性、降低生产与组装成本，模组化设计 (许许多多产业的共同目标。从工具机结构的观点上来看，国内工具机制造业为了达到国际产业高品质、低成本的要求，皆企图发展高 精度、高效率的新一代工具机。然 2 而，在工具机高速化，亦即在提高工具机材料进给与切削速度之时，同时也造成了刚性、振动、热变形 等设计问题，并直接影响到了切削精度与机械寿命。透过 仅可以进行一系列的产品设计规范分析、大量地提升设计变更之能力，更能够分析工具机各个重要零组件或是次组立的刚性、模态分析 (频率响应（ 结构特性，加速对设计所面临的问题寻求解决之道。当然，在一系列的分析之余，在工具机结构最佳 化（轻量化与模组化）问题的探讨上除了需要基础理论的辅助之外，可以说是完全必须仰赖 本研究将透过如何借助 3D 六角形蜂巢肋的观念具体模拟呈现，说明在相同受力条件下，此设计将大幅提升机械各结构之刚性，进而描述结构最佳化的考量方向以及 后，本文将以改变结构设计在门型加工中心机上的应用为范例，利用 具分析所得的数据，来 讨论结构配置来达到结构最佳化的目的。 3 献回顾 虽然现有的有限元素结构分析之文献中，对于立式加工中心机的分析远多于门型加工中心机的研究，例如洪春长 4以有限元素法，针对工具机立柱之各厚度对结构刚性的影响程度作分析，并归纳各结构件对刚性的影响，再以最佳化方法求立柱单壁尺寸最佳化。 清煌 22提出一套最佳化设计程序用以探讨船体结构之最佳化设计。以田口方法规划实验配置，透过有限元素分析软体 得实验结果，再经由变 分析找出影响结构件尺寸设计的显著因子，由反应曲面法得知预测模型之变 ，最后 再 用基因演算法求得最佳化设计的解。朱清流 5利用 限元素分析软体在工具机主结构上的应用。黄德言 6、 7举一立式加工机为例，说明如何将复杂的实物予以简化，如何施加合理的边界条件和负荷来模拟物件的介面特性和受力情形。近年来有限元素之分析应用 8相当多。 工具机在高速加工、高速进给、高精度要求下，整机结构设计必须有相对配合。而在工具机结构模态 9之测试方面： 王世明 23应用 析主轴进给 台于蜂巢式结构与对称式结构之刚性值差 ，并经由调整辅助 之尺寸与位置以改善结构刚性 削振动 问题。 而有限元素法是一种可用来求得许多工程问题近似解的数值分析技巧，其基本前题是将欲求解的复杂问题利用许多不同的元素组合而成，再以电脑作数值分析求出近似解 14。若初始条件有所改变，只须将部分程式做适当的修改调整，透过电脑计算，即可求得新的初始条件近似解，相当有效率，是目前学术界及工业界用来求解复杂结构分析强而有力的工具。 完整的有限元素程式基本架构，包括前处理，运算求解和后处理程式等三部分。所谓前处理乃是建立有限元素模型所需的输入资料，如节点座标资料、元素内节点排列次序、材料性质、元素之切割方式、边界条 件及负荷条件等。有了前处理的离散资料后，就可以进入有限元素解题程式，包括元素劲度矩阵计算，全域负荷向量，然后由线性代数方程式【刚性矩阵】 x【位移】 =【力量】，加入边界条件后，求解位移，再经由资料反算求解应力、应变或反作 用力等。后处理流程是将上述结果以数据表格及图形等呈现，将数值结果作后处理可得到更精确的数值解。例如：后差值处理，外推，分力外推等。 电脑辅助工程分析 (来愈受到重视，以电脑进行数值分析法模拟系统结构，达到辅助工程设计的目的。事实上，在许多业界已经验证这种方法的优点在于减少实验器材的支出 、降低成本，并且强化设计能力，缩短设计时程，以及增加可靠度。 4 工程问题中的设计问题占了重要部分，其中结构分析的主要功能及目的在于判断当结构体受外在之静态负荷及动态负荷时，结构之反应是否符合设计者之要求。当设计者在处理工程结构问题时，应在分析工程结构的特性之余，再以其结果辅一个有效率之工程设计方法来满足工程上及产品上之要求，也就是以工程设计分析为基础，再配合最佳化方法来进行工程问题之设计。 门型加工中心机在要求高速切削、高精度、高速进给之际，整机结构的设计必须有相对性的配合。因此必须建立一套结构分析技术作为整 机设计之基础。由于产业蓬勃发展，对产品加工精度与品质要求日益加剧，因此对于门型加工中心机的精度与静态与动态特性需首先提升。 本文利用有限元素分析软体进行分析。内容主要为结构静刚性分析，藉由分析结果可以了解此门型加工中心机之结构特性，以作为设计研发与改善时的参考依据。 5 究动机与目的 在普遍的设计观念之下，要增加结构的刚性，最直接的方法就是加大、加厚结构的设计，但如此一来材料成本也相对提高，不过只要材料分布配置得宜，不一定非得增加材料才能增加刚性。事实上，透过 可以 在节省材料与制造成本的同时达到整体结构刚性的维持、甚至于提升的目标。 结构强化的方法基本上可以分为以下四种： 1. 材料的选择。 2. 整体几何结构的考量。 3. 各个结构组成零组件的考量。 4. 结构件组装边界的连结设计。 对于工具机的大部分结构件而言，在材料的变更上除了选择性不多之外，也无法在成本考量下选择其他的材料。因此，大部分工具机结构强化的工作还是必须直接针对整体结构的负载、边界与外形为主要考量，并且分别在各个主要结构件的刚性强化上作探讨。 一般而言，在结构上使用肋是有效增加刚性的一种方式，本研究 尝试以改变 六角蜂巢形加强肋 的方式，改善门型加工中心机的刚性结构。事实上，在所有几何图形中，以相同的周长围出最大的面积有：圆形、接近圆多边形、六角形、五角形、四方形、三角形。在结构力学中，用最少的材料建构出最大的空间是圆形，但是要做结构空间最大利用的话，圆形堆迭会产生太多无法利用的空间跟材料浪费，当中只有六角形、四方形跟三角形可以大量减少材料。然而选择了六角形作为加强肋结构，主要是因为六角形堆迭在一起时不会产生任何无法利用的死角，同时做到了最少的资源作最大的发挥。从材料力学观点而言，当结构外型变更，材料惯性矩 增大时，可以有效降低受力应力，相对代表刚性提升，而肋的使用是可以增大面积惯性矩的方法。 因此，倘若考量下列三种不同的设计诉求： 1. 在原设计为过度设计 (情形下要求同时降低重量与刚性。 2. 在原设计符合设计的刚性要求下而期望降低重量、维持刚性， 3. 在原设计为设计不足 (情形下要求提升刚性。 6 其解决的对策方法： 1. 第一种状况的设计变更考量当然是以降低壁厚为主。 2. 第二种状况则必须在降低壁厚之余、同时适度地调整肋条的位置，用以确保刚 性不至于下 降。 3. 第三种情形的设计变更方向则必须着重在增加肋条数量。 而在各个结构件的考量上，实际上对于梁形结构件的最简单的考量方法即是直接由结构件截面积的面积惯性矩 ( I；以及极性惯性矩 ( J；来分别观察出结构件的挠性刚性 (扭转刚性( 然而，因为肋 (往被用来当作中空梁柱结构件的强化作用。不论是在铸件上所使用的肋条或是焊接件里所使用的 肋板，肋的主要功用不外乎在轻量化的原则之下提高机械结构的强度与刚性、缩小局部变形、防止薄板振动等因素。而因为肋的加入而造成了梁柱的每一个断面的截面形状的变化，这样的变化也相对地造成了 值的难以估算。 实际的调整方式还必须由调整的幅度来决定，因为毫无忌惮地降低壁厚或是增加肋条数量将有可能导致可制造性 (是区域振动 (问题。同时还有铸造因材料厚薄不均引起收缩上的问题，利用 以经由整体的结构以及主要结构 件上面来探讨门型加工中心机结构最佳化的问题。 对于门型加工中心机而言，在结构整体的轻量化上应该首先着重在梁柱、底座以及工作台等大结构件的外形考量上。 从梁柱观点而言，如何减少重量和增加刚性，如图 (a)为一般矩形梁断面形状，若改成图 (b)可大大提升刚性和减少重量。因此本研究重点在于如何设计出有效之断面。 然而，在考虑到立柱本身的自重以及立柱上面的荷重位置的条件之下， (a)图的设计比起 (b)图而言显然不是那么地有效率。当然，哪一个选择所生的荷重与材料用量的 7 效率比值会比较高，一般而言至少必须取决于总 荷重的作用位置。 但是因为在工具机整机结构设计时，必须考虑各配件的相关位置，机台的功能与规格：以门型加工中心机立柱设计为例：必须注意到 1. 自动换刀系统之刀库位置。 2. 自动换刀刀臂旋转空间。 3. Y 轴滑座进给机构空间配置。 4. 润滑机构空间配置。 5. 主轴箱配重空间。 6. Y/Z 轴控制电路及油路管线空间。 7. 金属保护罩 等等元件设计空间。 所以除了考虑荷重的作用位置，还必须考虑到实际机构设计的配置与相关限制条件。 此外，对于一些边界上采用配置的螺栓固接点而没有完全固定的结构 件而言，倘若其负载条件是不均匀的，则边界上的螺栓固接点的配置分部也同样会影响这个效率比值的大小。 图 1种可能的立柱设计的侧视图 (a) (b) 8 在这种情形下，解决的方法还是只有利用 体来分析一系列的单体上的肋条配置方式，藉以归纳出各种不同负载情形下的最佳肋条配置。而分析的一个先决条件即是：在等量的材料或者是等截面积的情形下，进行各种不同形状的材料配置的分析。 机械主体结构的一般功能性的设计原则必须注意到结构的强度 (刚性(振 动 (及热变位 (热应力 (问题。而在属于非功能性的方面也必须要同时注意到可制造性以及安装、调整与维护上的容易度 (of 相关问题。结构轻量化所造成热的问题比较容易解决，因为可以设定机械组装与制造应用场所之温度，然而在轻量化的过程上却不得不注意到其对刚性、振动以及强度上的影响。 因此，在整个的研究过程中除了必须建立各种不同的整 体外形以及不同的肋的配置以兹分析并且归纳之外， 析的种类也将可能因为案例的需求而进行不同种类的分析。分析的种类将以静刚性分析为主。 1. 简化大结构件的外观形状。其优点包括： (1). 避免复杂形状的结构件所产生的复杂应力分布。 (2). 容易制造、加工与组装。 2. 圆形、正方形到长方形到细长形截面的刚性差异。在不考虑肋的情形下建立垂直力与扭力比值相对于垂直位移与扭转位移以及相对于矩形截面高宽比的图表。 3. 平板到不同浪高之波浪板之间的刚性比较，以及相关观念的应用。 4. 肋的配置必须特别注 意到结构件的可制造性。 5. 一切强调等质量、高效益的提高品质的方向，或者是低质量、等效益的降低成本的方向。 9 文大纲 本论文共分四章，每一章内容概述如下： 第一章、 说明目前产业趋势并简介结构最佳化设计之原理，回顾相关文献。阐述 本研究之背景、动机与目的并叙述大纲。 第二章、 对门型加工机定义以及结构作概略性的介绍，市场现况说明，并针对相关理论之学理，简介最佳化应用软体使用之原理。 第三章、 运用 有限元素分析分析 结构刚性，在本章节与原先设计作交叉比对，讨论其的刚性变化。 第四章、 说明本文之研究结论，并建议未来可以继续研 究的方向。 10 第二章 工具机简介及相关理论说明 具机之定义与说明 根据国际标准化组织（ 美国工具机博览会（ 工具机所下的综合定义：一种 用动 驱动且无法以人 携带的设备，藉由 削、冲击等物 、化学或其他方法的组合，以达到加工物 目的之机器皆可定义为工具机。，因此包含 、铣、磨、折弯、剪断、放电加工、 射加工等设备 是属于工具机，近 由于资讯产业的发达，带动相关周边设备的开发，此 产品亦有一部份被归 成工具机， 如孔机、晶圆 割机等皆是。依据其 加工方式则可以切削或轮 磨或车铣等方式将工件制成所需的形状、尺寸及表面精度，按照其功用可分为切削型、成形型、及使用高级技术三类。工具机为在机械工程学之特别部门，有别于其他机械，是制造机械的机械，所以又称为工作母机 17。 具机的分类 由于工具机种类繁多，现由不同特性来分类，以表 2明之： 表 2具机之分类 分 类 方 式 分 类 实 例 加工作业内容 车床，钻床，铣床，切齿机，齿轮成形机，磨床，切断机，刨床，立式切削机，钻孔机等。 表面成形机：搪磨床、抛光机、擦光机、磨光机。 特殊加工机械：放电加工机、电解加工机、超音波 加工机、雷射加工机。 其他工作机械：螺纹切削机、攻牙机 加工对象工作物的形状 圆筒面、平面、特殊、任意曲面 利用型态 (用途 ) 泛用工作机械、单能工作机械、专用工作机械、复合工作机械、特别式样工具机械 控制方式 手动操作式、机械控制方式、油压控制、程式控制方式、值 ) 构造型态 主轴 :立式、卧式 /刀具台的形态 :炮塔形、复式形 /立柱形态 :门形、单立柱 (C 形 ) 11 具机应具备之机能 一部功能齐全之工具机，至少需达到下列三项要求： 1. 工作精度：工件加工后之尺 寸形状正确，加工面完美 而平滑时称之为工作精度高；无法制造达到需求精度之工件，其他机能再好都是枉然，此精度来自于工具机本身及其运动精度。 2. 生产效率：工具机是用于加工工件之机械，因此生产效率比其他精度以外之机能都重要；一般而言，提升效率的方法以改良性能 (如提升快送或主轴转速 )及自动化为主。 3. 通用性：每种工具机均有其专长之加工方法、加工尺寸及加工精度，但从使用方便及设备经济的立场看：能广泛变换加工法、加工物形状或大小之工具机，更符合客户使用需求。 工中心机的主要构成要素 一部综合 加工机的构造，主要由控制器、主轴箱体、龙门门型、底座、工作台、刀库、换刀机构等所组成，如图 2细说明如下： 1、控制器：如同综合加工机的头脑，依加工者所给予的指令，经数值运算之后，以数位信号操控各组件的动作，如主轴转速、工作台进给量、刀库运作 .高速化、高精度的加工机，控制器的运算能力要求愈高。 2、主轴箱体：放置主轴本体，提供切削功率输出，藉由主轴旋转带动切削刀具进行切削加工，因为切削时会因切削力产生弯曲及扭曲变形，且会生成热量，故确保主轴头刚性及控制其热变形为确保主轴头精度所需注意的要 点。 3、龙门门型：主要结合底座与主轴箱体，主要承受加工力量与主轴箱体重量，门型刚性结构影响整台机械的稳定度，门型刚性结构强，不易产生共振及变形，加工尺寸相对较稳定。 4、底座：底座为整台工具机的基础，内含铸件、螺杆、线性滑轨、马达等元件， 12 是工具机的基础，若底座稳定刚性强，则机械水平精度较不易随加工时产生的共震有所改变。 5、工作台：由工作台本体、滑轨、进给系统、定位系统所组成，滑轨承载并导引工作台，进给系统用以推动床身，定位系统用以使床身或滑动件精确定位。 6、刀库：用以提供刀具储存位置，并依程式控制，选 择欲交换之刀具送至换刀定位。 7、换刀机构：为刀库与主轴之间刀具交换的桥梁，在切削条件改变，须更换刀具时将主轴上的旧刀具取下，并由刀库取出新刀具装回主轴，换刀时间及可靠度是其要求重点。 图 2具机主要结构 底座 工 作台 主轴箱体 横梁 立柱 控制器 刀库 换刀机构 13 湾工具机产业现况分析 业简介 工具机除了可以制造包括汽车、航太、国防、机械、模具、电子、发电机等产业金属零件外，亦可作为制造各种机械设备金属零件的加工机械，故素有机械之母之称，另在新兴的半导体、面板等高科技产 业方面，其部分制程或零组件、耗材的加工，也都必须透过工具机来制造，工具机用途可谓非常广泛。工具机业与上、下游的关系极为密切，由于工具机的制造过程较为复杂，且所需的零组件数量众多，故所需之原料多半藉由零件协力厂供应，而工具机厂即进行专业设计、整合、组装。 业现况分析 根据 台湾区工具机暨零组件工业同业公会 （ 黄建中 总干事对 ”2011 年 1台湾工具机进出口产业分析 ”一文中指出近几个月来，全球经济受到欧债及美债的冲击，各种悲观论调纷纷出笼，然而前年第三季起景气回春所带动工具 机的需求，反应在台湾工具机产业 7 月份的生产消费上依旧有不错之成绩。 以单月份进出口值而言， 7 月份台湾工具机出口总值约为 3 亿 5,324万美元，较 6 月份的 3 亿 2,916 万美元成长约 7%，为今年出口表现第二好的月份。在进口方面， 7 月份进口总值约为 7,829 万美元，较 6 月份的6,798 万美元，成长 15%，也是本年度进口金额最高的月份。 与去年 1同期相比，今年前七个月份出口总值成长了 金额为 22 亿 6,348 万美元 ；在进口方面，金额为 5 亿 0,354 万美元，成长了 。产品出口值与去年同 期相较，以综合加工机成长 放电、雷射、超音波类工具机成长 磨床 三项最为亮眼。进口需求成长幅度最大的前四项产品分别是，综合加工机成长 磨床类工具机成长 刨、插、拉、齿削类工具机成长 以及其他类成型机的 14 1. 台湾工具机进出口分析 据财政部关税总局资料处理处提供之我国各关区之进出口报单资料，由台湾区工具机暨零组件工业同业公会 (计分析， 2011 年 1台湾工具机出口总金额累计为 22 亿 6,348 万美元，较去年同期成长 其中金属切削工具机出口金额累计为 18 亿 3,370 万美元，较去年同期大幅成长 54%，金属成型工具机出口金额累计为 4 亿 2,978 万美元，较去年同期成长 (1) 工具机产品别进出口情形 依机种别分析，金属切削工具机出口金额相较去年同期之增减分别是：放电、雷射、超音波类工具机成长 综合加工机成长 车床类工具机成长 钻、镗、铣、攻螺纹类工具机成长 磨床类工具机成长 刨、插、拉、齿削类工具机成长 进口开始逐渐减少主要原因则是 2006 与 2007 年高 科技产业，对进口设备需求兴旺， 2008 年