摘 要

為了解新型超精密球研磨加工機之球運動機制，本研究利用透明壓克力容器建立一機械模型，在低轉速下，探討不同浮環材質、加工負荷及加工條件對球研磨特性之影響。並透過攝影機觀察球之運動情形，分別計算球之公轉轉速( )、自轉軸角速度( )及估算自轉軸角度( )。另外推導球之運動學方程式，並假設純滾動的情況，分別計算出 、 、 之理論值，並與實驗所計算出的值做一比較。
研究結果顯示，由理論所計算出之球自轉軸角速度與實驗所得到的值最為接近，而 與 之理論值與實驗值雖然有較大的誤差，但都還在工程誤差的範圍內，故在低轉速下，球與各接觸點間為純滾動。由於陶瓷球與鋁質浮環間之摩擦力較大，鋁質浮環之球公轉轉速比使用壓克力浮環時高。在低轉速的情況下，流體會對球產生一推力作用，故在有加工液的情況下，球之公轉轉速較沒有加工液高。由於浮環質量較輕，容易被球驅動，隨著加工負荷的增加，亦即浮環重量增加而使浮環轉速減小，而球的公轉轉速也隨之減小。

Abstract

In order to understand ball motions of new ultra-precision ball grinding machine, this study presents an mechanical model using a transparent acrylic container to simulate ball motions. The effects of float material, load, and process condition on the ball grinding characteristics at low shaft speed. The ball motions can be observed by the CCD camera to calculate the ball’s circulation speed , the ball’s spin angular speed and the ball’s spin angle . Furthermore, the kinematic equations of ball motion is derived with different rolling sliding condition. The theoretical values of , , and are compared with the experimental values under pure rolling condition.
Results show that the theoretical values are in good agreement with the ball’s spin angular speed, but with larger error for and .This error is still in range of engineer error. Hence, at low shaft speed, contacts between balls and container, or shaft or float are close to the pure rolling conditions. Because the higher friction force between ceramic balls and alumina float, the ball’s circulation speed with alumina float than that with acrylic float since fluid thrusts balls at low shaft speed, the ball’s circulation speed in working fluid than that without working fluid. Since mass of float is light, it can be drive easily. Hence, with increasing the load which also increases the float mass, the float angular speed is decreased and the ball’s circulation speed is also decreased.

總 目 錄
頁次
中文摘要 i
英文摘要 ii
總目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 ix
符號說明 x
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 鋼球研磨 3
1.2.2 陶瓷球研磨 4
1.3 本文重點 10
1.4 本論文架構 10
第二章 球研磨加工機之設計原理及現況 11
2.1 設計原理 11
2.1.1 球研磨機之真球度瓶頸現象 11
2.1.2 球表面研磨軌跡之隨機化與均勻化 12
2.2 量產需求 22
2.3 本球研磨加工機之現況 24
第三章 實驗方法及球運動理論分析 28
3.1 實驗裝置 28
3.1.1 研磨裝置 28
3.2 實驗方法及實驗條件 31
3.2.1 實驗方法 31
3.2.2 實驗條件 32
3.3 球運動理論分析 33
3.3.1 球運動模式 33
3.3.2 純滾動之情況 36
3.3.3 球與驅動盤產生滑動之情況( ) 37
3.3.4 球與浮環產生滑動之情況( ) 40
3.3.5 球與固定環產生滑動之情況( ) 41
第四章 結果與討論 44
4.1 結果 44
4.1.1 研磨球數對球研磨加工之影響 44
4.1.2 浮環材質對球研磨加工之影響 54
4.1.3 不同研磨條件對球研磨加工之影響 54
4.1.4 加工負荷對球研磨加工之影響 55
4.2 運動理論之數值解析 60
第五章 結論與建議 62
5.1 結論 62
5.2 建議 63
參考文獻 65

參考文獻

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