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有限元素分析探討放電加工機熱變形
Finite Element Analysis of Thermal Deformation
for Electrical Discharge Machining
指導教授：戴子堯 教授
報告者：陳亞維
大 綱
一.研究動機與目的
二.研究方法
三.結果與討論
四.結論
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一、研究動機與目的
• 隨著工業不斷的進步，使產品的加工精度需求越來越高，而產
品的精度取決於機台的加工精度。
• 在機台總誤差中，熱誤差就占40~70%，故本研究針對放電加
工機易產生熱之處(馬達、電極、油液)作變形量與溫度量測。
• 為探討放電加工機溫升熱變形對結構的影響，本研究將所量測
的溫度值匯入有限元素分析軟體進行模擬，在比較實際變形量
與模擬變形量間的值，來評估模擬預估是否準確。
二、研究方法
實驗流程
放電加工機之機型選取
C型結構式
環境溫度25℃
Solidworks
ANSYS
繪製機台3D模型
參數設定
有限元素分析模擬
實際機台量測
量測時間6小時
資料彙整
機台結構改善設計
輸出模擬結果
位移量測
溫度量測
實驗測試結果
Z
軸
變
形
量
油
馬
電
Z
液
達
極
軸
溫
溫
溫
變
度
度
度
形
量
成果撰寫
實驗設備介紹
本實驗所選用的機台為 億曜
科技 所生產之C型結構放電
加工機，C型放電加工機之
結構特性為機柱只做Z軸方向
移動，加工槽可作X、Y方向
的移動，加工行程為400 X
300 mm，而C型結構最主要
機械特性為強度較高。
圖1 放電加工機
6
馬達
溫度量測
系統
電極
油液
量測時間：6 小時
7
馬達
電極
油液
馬達
電極
油液
位移量測
系統
z軸變
形量
Laser Doppler Displacement Meter
( LDDM )
量測時間：6 小時
雷射干涉儀的原理
反射鏡
雷射頭
反射鏡
接收器
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三、結果與討論
•實驗部分
馬達實驗(環境溫度25℃)
作動時間：6 小時
馬達實驗(環境溫度25℃)
32℃
2μm
30℃
28℃
1μm
26℃
24℃
0μm
22℃
20℃
1分鐘
-1μm
61分鐘 121分鐘 181分鐘 241分鐘 301分鐘 361分鐘
馬達溫度
變形量
最高
最低
變化
馬達溫度(℃)
30.36
29.52
0.84
變形量(μm)
0.94
-0.63
1.57
15
油液實驗(環境溫度25℃)
作動時間：6 小時
油液實驗(環境溫度25℃)
31℃
12μm
10μm
30℃
8μm
29℃
6μm
28℃
4μm
2μm
27℃
0μm
26℃
-2μm
25℃
1分鐘
61分鐘
121分鐘
181分鐘
油液溫度
241分鐘
301分鐘
-4μm
361分鐘
變形量
最高
最低
變化
油液溫度(℃)
29.98
24.98
5
變形量(μm)
10.34
-1.69
12.03
17
放電實驗(環境溫度25℃)
量測時間：6 小時
•模擬部分
放電實驗(環境溫度25℃)
33℃
20μm
32℃
16μm
31℃
30℃
12μm
29℃
8μm
28℃
27℃
4μm
26℃
25℃
0μm
0分鐘
60分鐘
120分鐘
180分鐘
電極溫度
240分鐘
300分鐘
360分鐘
變形量
最高
最低
變化
電極溫度(℃)
32.08
25.38
6.7
變形量(μm)
15.7
1.2
14.5
20
馬達模擬
• Initial temperature：25℃
• Step end time：21600s
• Convection：25℃
• Temperature：實驗的溫度
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油液模擬
• Initial temperature：25 ℃
• Step end time：21600s
• Convection：25 ℃
• Temperature：實驗的溫度
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放電模擬
• Initial temperature：25 ℃
• Step end time：21600s
• Convection：25 ℃
• Temperature：實驗的溫度
23
油液實驗模擬結果
12μm
10μm
8μm
6μm
4μm
誤差量：3.76%
2μm
0μm
1分鐘
61分鐘
121分鐘
181分鐘
241分鐘
-2μm
變形量
模擬變形量
301分鐘
361分鐘
四、結論
• 環境溫度25℃下之熱源探討實驗中，馬達實驗
所產生的溫升跟變形是最不明顯的，因為放電加
工機的加工移動量並不大。
• 油液實驗之溫度跟變形是最明顯的，而造成油液
昇溫的主因是循環用馬達所產生的熱，若開啟冷
卻機去做冷卻循環時，變形量會隨著油溫而改變。
• 放電實驗所產生之熱變形為以上兩種實驗的綜合。
• 模擬誤差量在5%以內。
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