地特三等申論題
111年
[機械工程] 機械製造學(包括機械材料)
第 一 題
📖 題組:
在一數值工具機上沿著平行於床台軸之一的方向進行銑削,總行程=300 mm、切削速度=1.25 m/s 和刀具每齒的切屑負載(Chip load)=0.05 mm;並且端銑刀有4齒,其直徑=20.0mm。若該軸連結使用一直流伺服馬達,其輸出軸連接到螺距=6.0 mm 的導螺桿,伺服馬達的反饋傳感裝置是每1轉發出250個脈衝的光學編碼器,試求:
在一數值工具機上沿著平行於床台軸之一的方向進行銑削,總行程=300 mm、切削速度=1.25 m/s 和刀具每齒的切屑負載(Chip load)=0.05 mm;並且端銑刀有4齒,其直徑=20.0mm。若該軸連結使用一直流伺服馬達,其輸出軸連接到螺距=6.0 mm 的導螺桿,伺服馬達的反饋傳感裝置是每1轉發出250個脈衝的光學編碼器,試求:
📝 此題為申論題,共 4 小題
小題 (一)
主軸轉速。(6分)
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看到求「主軸轉速」,應立刻聯想切削理論中最核心的切削速度公式 $V = \pi DN$。解題關鍵在於「單位換算」,題目給定切削速度為 m/s,建議先將其轉換為標準的 m/min,再代入公式求解,並避免被題組中其他暫時用不到的伺服馬達或導螺桿參數干擾。
小題 (二)
進給速度。(6分)
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看到此題應先聯想切削速度、主軸轉速與進給速度之間的關係。首先透過切削速度 ($V$) 及刀具直徑 ($D$) 計算出主軸轉速 ($N$),接著利用每齒切屑負載 ($f_z$) 及刀齒數 ($Z$),代入進給速度公式 ($v_f = f_z \times Z \times N$) 即可求得答案。題目給定的行程、螺距與編碼器脈衝為後續子題參數,於此題求進給速度時無需使用,請留意避免被干擾。
小題 (三)
銑削所需時間。(6分)
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看到求「銑削時間」,應直覺聯想到公式:銑削時間 = 總行程 / 床台進給速率。解題順序為:1. 利用切削速度與銑刀直徑求出主軸轉速 (N);2. 利用每齒進給量與齒數求出床台進給速率 (Fm);3. 將總行程除以進給速率。計算過程中務必注意長度與時間單位的統一(建議全數換算為 mm 與 s)。
小題 (四)
伺服馬達的轉速與編碼器的脈衝頻率。(7分)
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這題測試切削參數與數值控制進給機構的物理量換算。首先由切削速度與刀具直徑求得主軸轉速,再配合刀齒數與每齒進給量(切屑負載)計算機台的直線進給速率。最後,利用該進給速率與導螺桿螺距求出伺服馬達轉速,並結合編碼器解析度換算出脈衝頻率。