系統架構

三軸工具機 CAD/KBE 設計導引系統主要是由對話框設計、知識工程引導及 CAD 系統所構成。為解決設計知識與專家經驗經常分散於不同的存放介質上，且知識缺乏 系統性、一致性及完整性的整合，其要點是如何將產品數據、規範、準則及檢驗等應 用系統化的方法轉換成產品設計知識。根據上述說明，本系統之基本架構如圖 4-1 所 示，此系統以 Autodesk Inventor Professional 2011 作為 CAD 系統平台，在此系統下應 用 Inventor API 及 VB.NET 的二次開發軟體做為系統開發的主體架構。

設計者由開發出來的系統介面開始進行三軸工具機設計，而系統介面是由 VB.NET 所編輯，為到導引系統的操作介面，用於建立設計者與運用 Inventor API 所 開發的 CAD 軟體之間的聯繫，對三軸工具機 CAD / KBE 設計導引系統的設計功能進 行管理，且管理功能的實現中，應用了知識工程的理論、方法及軟體系統結構使其成 為一個設計導引系統。以下對各個子系統進行說明：

35

圖 4-1 三軸工具機 CAD/KBE 設計導引系統架構圖

系統介面: 此功能是將設計者與系統核心連接，以對話框方式與設計者互動，實 現三軸工具機 CAD / KBE 設計導引系統所開發的功能。

主軸系統設計: 此一系統主要可分為主軸本體設計、主軸軸承設計與傳動系統設

Autodesk Inventor Professional 2011

三軸工具機CAD/KBE設計導引系統

設計者

設計導引系統 主要功能 主軸系統設計

進給系統設計

床台結構設計

換刀系統設計

主軸本體設計 主軸軸承設計 傳動系統設計

工作床台設計 X、Y軸鞍座設計

立柱及底座設計 X軸進給設計

Y軸進給設計

Z軸進給設計

刀具形式設計

刀具數量設計

換刀機構刑式 系

統 介 面

36

計。這些主要元件會依照設計機型的市場需求與機型定位所決定，例如馬達工作類型 可分成重切削機型、中切削機型及輕切削機型，此機型的決定會影響後續切削力的估 算。而馬達的匹配非常重要，它決定了工具機一半以上的特性，馬達選定後會基本規 格中有型號、馬達功率、轉速範圍及額定扭矩，如再加上最大刀具直徑及最大鑽削力 的參數，則導引系統就可以馬上估算出 X 方向及 Y 方向的切削力大小及 Z 方向的鑽 削力大小。其設計系統計算公式如下所示：

主軸系統參數設定：

馬達功率： MOTOR_POWER 馬達工作類型： CUTTING_TYPE 最大工具直徑： TOOLDIA_MAX 最大鑽削直徑： MAX_DRILLDIA 最小鑽削直徑： MIN_ DRILLDIA X 方向切削力： CUT_FORCE_X Y 方向切削力： CUT_FORCE_Y Z 方向鑽削力： DRILL_FORCE_Z 鑽削參數： DRILL_PARAMETER CUTING_TYPE ： 重切削： 60 中切削： 100 輕切削： 130 DRILL_PARAMETER： 重切削： 0.3 中切削： 0.5 輕切削： 0.7

MIN_DRILLDIA =

37

進給系統設計：進給系統依軸向分為三類，分別為 X、Y、Z 軸向進給系統，各 系統間設計流程相似度很高，主要考慮因素為空間的限制及零組件的選定。零組件又 可分為標準件及加工件兩大類，標準件如伺服馬達、滾珠導螺桿、線性滑軌及軸承與 聯軸器等，加工件如，軸承座、鞍座、移動床台等。

進給系統分為四個設計功能為線性滑軌設計功能、導螺桿設計功能、伺服馬達設 計功能及聯軸器設計功能。以 X 軸進給系統設計為例，其流程如圖 4-2 所示。

設計過程中包含大量的零組件選定計算公式及專家設計經驗。系統中會依適當的 提示及導引，令設計者循序漸進的設計，減少人為設計思考上的疏失，但也會保有相 當設計彈性，讓設計者可以快速在系統中進行設計變更及調整。其細部的設計規劃將 在 4-2 節做詳細說明。

38

圖 4-2 X 軸進給系統設計流程圖

床台結構設計: 此系統包含工作床台設計、X、Y 軸鞍座設計及立柱及底座設計，

此部分設計相較於其他零組件，較無設計規範或已成熟的經驗公式，因此系統會依參 考廠商已有機型的設計資料建立型錄庫，設計者可以依市場上現有規格直接調用，以 節省開發週期。但為保有設計上的高自由度，亦可依設計者自行開發新外型，再將其

39

他設計完成零組件依序組裝，完成三軸工具機基礎設計。

換刀系統設計: 換刀系統主要依據刀具形式與刀具數量而設計，市場上已有專門開發 刀具庫的廠商，有些許通用的刀具庫型式，如圓盤式刀庫、傘型刀庫、龍門刀庫等，

這些基本刀具庫型式均會收入此系統的型錄庫，方便設計者快速完成刀具庫設計與訂 製。

系統依照其功能目的的不同分成數個子設計系統，為了不硬性規定設計者設計順 序的不同，造成系統間資料出錯與設計者使用系統設計工具機所產生的排斥感，因此 各子系統間功能設計是獨立的，確保設計者在使用系統上的彈性，所以如在進給系統 設計中，線性滑軌設計功能、導螺桿設計功能、伺服馬達設計功能及聯軸器設計功能 等，讓設計者依照各子設計功能的引導輸入相關設計參數，依序步驟完成設計，在未 來如依設計者需求訂製設計流程，可以在功能上建立參數的相依性，減少輸入過程及 次數，方可再降低人為設計的疏失。