第十五屆旺宏科學獎 成果報告書 參賽編號 :SA15-314 作品名稱 : 精密二次元高度計的製作研究姓名 : 張佳峻關鍵字 : 高度計 精密測量 應力應變分析
目錄 摘要 壹 研究動機 --------------------------------------------------1 貳 研究目的 --------------------------------------------------2 一 文獻探討二 研究目的 參 研究設備與器材 --------------------------------------------4 一 硬體設備二 標準零件 肆 研究過程 --------------------------------------------------6 一 研究流程規劃二 傳統雙柱式高度計的形變分析三 傳統雙柱式高度計的測量誤差四 精密二次元高度計的製作過程 伍 結論 -----------------------------------------------------13 陸 討論及應用 -----------------------------------------------14 柒 參考資料及其他 -------------------------------------------17
摘要 精密二次元高度計的製作研究 這篇研究是在探討三點結構應用在高度計的可行性, 目的是希望透過結構變化, 讓原本只有兩支柱子的雙柱高度計, 可以變的更精密 此外, 精密二次元高度計的設計, 讓原本的高度計, 不再只是一般的高度計, 它除了可以節省工作空間外, 同時具備畫線台與量測的功能 在實驗上, 我們先透過 Solidworks simulation 模擬軟體, 分析傳統雙柱式高度計與三點結構高度計的形變差異, 結果證實三點結構的新型設計, 精度明顯優於傳統雙柱式高度計, 變形誤差會縮小至 0.01mm 以下 實驗過程從鋸切下料 零件加工, 到配合組裝, 共分成 14 個步驟詳細記錄 在力學計算分析方面, 高度計的最大彎曲應力約 68.7MPa, 約 5 倍安全係數, 符合工業設計標準 針對製作的專題成品, 最大垂直度誤差為 0.004mm, 旋轉平面的精度則為 0.010 mm, 兩項精度都遠優於傳統式高度計, 證明新型設計是成功的 壹 研究動機 我們是學校技能競賽的選手, 在平常的練習時, 我們會使用雙柱附錶高度 計, 來測量工件的平行度與垂直度 有次, 我們借用學長的量具測量, 發現, 每一支雙柱式附錶高度計, 測量出來的垂直度都有些許的誤差 而且, 每次在 測量時, 都覺得工作空間狹小, 不好操作 於是我們就找老師詢問這個問題, 跟老師討論幾次後, 我們發現, 可能是因為我們收納的擺放方式, 使雙柱式高 度計因重力而造成變形的問題 再者, 我們還發現, 市售的高度計的樣式, 幾 乎都以單柱與雙柱為主, 這樣的結構設計, 讓擺放的方式受到侷限, 而且很容 易變形 因此, 我們希望把高度計的結構重新設計, 讓使用者在操作上, 可以 更精密 更容易使用 更好收納保存, 這是我們的研究動機來源 精密二次元高度計的製作研究, 不管在學科或實習科目上, 都與學校課程 有很多單元相關聯 這個專題競賽運用到的知識與課程單元如表 1 說明 表 1 實驗內容與課程相關單元 科目 單元 內容 機械製造 II 第七章 - 量測與品管 量具的測量原理及方法 機械力學 II 第九章 - 張力與壓力 應力 應變 彈性係數的計算 機械力學 II 第十二章 - 樑之應力 剪力與彎矩圖 機件原理 II 第十章 - 齒輪 齒輪機構 機械基礎實習 第十章 - 車削加工 零件加工 車刀研磨 機械基礎實習 第十二章 - 公差與配合 公差等級 零件配合 1
貳 研究目的一 研究目的 ( 一 ) 分析市售雙柱高度計的形變誤差 ( 二 ) 探討不同的高度計結構對於幾何精度的影響 ( 三 ) 設計製作一部更精密 更容易使用及收納的複合式高度計 ( 四 ) 用數據比較新 舊高度計的精度差異 二 文獻探討 ( 一 ) 雙柱高度計的功能結構游標高度計在 CNS 中稱為游標高度尺, 一般俗稱高度計, 如圖 1 所示, 其規格則有 200-1000mm 等五種高度, 公制精度 0.01mm, 英制精度則為 0.001in, 組成是由游標卡尺的一端, 垂直裝在底座上, 使游標卡尺與底座成垂直狀態, 如在游尺上增加劃線規或槓桿量表, 便可用來劃線與平行度 垂直度的測量 [1] 細部構造如圖 2 所示, 高度計的本尺部分是由兩支附有齒條的鋼柱製成, 量錶旁邊有上下兩段式計數器, 它是利用量錶內的小齒輪在兩支柱齒條上轉動, 產生放大及計數和顯示數字的作用 量錶指針與裡面的小齒輪同軸, 而且小齒輪受齒輪控制, 故此種高度計除有整數值顯示外, 還可以從量表指針偏轉, 直接讀出小數尺寸值 這種樣式的高度計, 最大的優點除了可直接讀出尺寸外, 在計數器上還有一個歸零鈕, 可在任何位置歸零, 非常方便使用 我們的專題競賽, 則預計設計成電子式數字尺的構造, 增加使用的便利性 圖 1 市售雙柱式高度計 [1] 圖 2 高度計的組成構造 ( 二 ) 三點支撐結構在雙柱式的高度計構造中, 主軸雙柱是一個重要的構件, 依柱子所在的位置不同, 會具有不同的功能及承載作用 結構的穩定性則是結構在負載的作用下, 維持原有平衡的能力 其中, 三點支撐結構所形成的平面, 可以達到最好的平面度, 照相機三角架, 即為常見的設計案例, 如圖 3 所示 此外, 腳踏車的單腳架也是運用三點支撐結構, 如圖 4 所示, 如腳踏車沒有了腳架的固定, 2
車身一定會左右傾倒 在這個專題競賽上, 高度計會因為本身重量與擺放的方 向, 導致變形, 造成測量上的誤差 因此, 我們希望將三點結構的原理, 運用 在高度計的設計上, 讓高度計的剛性可以更好, 測量精度可以更精密 圖 3 相機三點支撐結構 圖 4 腳踏車三點支撐結構 ( 三 ) 齒輪介紹與研究齒輪的種類很多, 通常都根據齒輪軸的情況區分成平行軸與不平行軸兩大類型, 下列我們將針對其中較常用的幾種齒輪做介紹 圖 5 所示 平行軸齒輪, 包括正齒輪 螺旋齒輪 齒條與齒輪及人字齒輪 圖 6 則為 不平行軸齒輪, 包括直角斜齒輪 蝸線斜齒輪 戟齒輪 蝸桿與蝸輪以及交錯螺旋齒輪 [2] 我們第一代作品的設計, 即是使用的是齒條與齒輪, 做為高度計的升降旋轉機構 1. 正齒輪 : 容易加工, 因此在動力傳動上使用最廣泛 2. 螺旋齒輪 : 比正齒輪強度高且運轉平穩, 轉動時會產生軸向推力 3. 齒條與齒輪 : 與正齒輪咬合的直線條狀齒輪, 用於有位移傳動的場合 4. 人字齒輪 : 兩個左 右旋的螺旋齒輪組合而成, 不會產生軸向的推力 5. 直角斜齒輪 : 具有直齒和傘形齒輪的特徵, 受力情形與傘形齒輪相同 6. 蝸線斜齒輪 : 適用於高速及重負荷的傳動, 常用在貨車的差速機構上 7. 戟齒輪 : 在交錯軸間傳動的圓錐形齒輪, 常用在汽車子加速器的機構 8. 蝸桿與蝸輪 : 可以傳動大的負荷且噪音很小, 用於大轉速比的場合 9. 交錯螺旋齒輪 : 適合用在交錯軸間傳動, 運轉平穩但不耐重負荷 圖 5 平行軸運動 圖 6 不平行軸運動 3
參 研究設備及器材 在這個專題競賽的製作上, 除了標準零件外, 我們都會使用學校實習工場既有的機器設備進行加工 下述以硬體設備與標準零件進行分類, 使用的機器包括立式銑床 車床 鑽床與磨床等, 標準零件則是以控制升降旋轉動作所需要的零件 一 硬體設備 銑床是在工科學校裡是一個很重要的工具機, 它工作範圍很廣能做到平面 階級 角度 溝槽 甚至齒輪 螺旋 鑽孔等多項的加工, 工作效率高, 是機械行業與職業學校不可缺少的加工設備 銑床依構造 用途和加工角度等不同, 可分成砲塔式銑床 柱膝式銑床 龍門式銑床與數值控制中心切削機等類型 [3] 而在本次作品所使用的機型是, 它的主軸頭上方有電動機與皮帶塔輪做為主軸動力及變速機構, 在操作上方便 靈活 快速, 適合於較輕型切削之加工, 圖 7 即為本次使用的銑床機器, 我們是用來銑削這次 精密二次元高度計 的底座部分 而另一種工具機, 車床是最早被發明的工具母機, 許多的新型工具機設計, 皆是以車床的加工原理為基礎 隨著工業的發展, 車床也發展成多種不同功能與樣式, 以適應產業界的多樣化要求 其中, 又以普通車床使用最為平凡, 其主軸以齒輪系傳動, 構造精密, 是當今機械工廠 學校及訓練單位使用最多的設備 [4] 這次車床的使用, 我們則用來製作精密二次元高度計上的軸承座與主軸的套管, 用到的車床工具有百分量表 外徑車刀 切槽刀 倒角刀以及成型車刀等, 圖 8 所示為學校的車床機器 圖 7 實驗硬體 _ 砲塔式銑床 圖 8 實驗硬體 _ 高速車床 鑽床的種類很多, 依照結構不同, 常用的鑽床機械有靈敏鑽床 立式鑽床 懸臂鑽床 成排鑽床 多軸鑽床等 [5] 本次使用的是靈敏鑽床, 通常用於一些組合孔的鑽削, 主軸與馬達以三角皮帶來傳動, 鑽床常用在小型工件的鑽孔, 是機械工廠與學校必備的機器 在這個作品上, 則用於鑽削組合件的螺絲孔 沉頭孔, 以及圓孔的倒角加工, 圖 9 是我們使用的鑽床設備 磨床加工屬於精 4
密 小量的加工方法, 是利用磨輪旋轉來對工件表面進行研磨的, 主要使用在 精密工件的製作 [6] 在這次作品上, 我們則是用來研磨 精密二次元高度計 的底座, 以確保其組裝的精密度與平行度, 圖 10 是學校的磨床機器 圖 9 實驗硬體 _ 靈敏鑽床 圖 10 實驗硬體 _ 高速磨床 二 標準零件 除了上述說明會使用的機械設備外, 這個題目也用到了很多精密的標準零件, 在我們的專題競賽上, 預計會使用到的組裝零件包含內六角螺絲 轉動手輪 標準桿 齒條 齒輪 軸承 槓桿量表與定位銷等, 如圖 11 所示 內六角螺絲主要是用來固定各個零組件 ; 標準桿做為滑動的主軸, 材質為硬化鋼, 除了耐磨外, 也可以增加結構剛性 ; 螺桿與螺紋配合讓高度計能上升下降 軸承則是選用軸向軸承與徑向軸承並用, 以兼顧兩方向的轉動精度 ; 定位銷是作為精密孔的定位 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 圖 11 標準零件 5
肆 研究過程 在研究過程與方法上, 我們分成 研究流程規劃 形變模擬分析 測 量誤差實測 以及 精密二次元高度計的製作 四個部份說明 一 研究流程規劃 在確定了研究題目後, 我們將 精密二次元高度計 的製作, 分成作品說明書 CAD 設計 零件製作等三個階段, 並將工作細項進行分配, 如圖 12 所示 我們從電腦繪圖 上下底座製作 小手輪 下料到零件的加工, 都會在學校自行設計加工 在機構設計上, 細分精密螺桿與螺帽設計 旋轉槓桿量表設計 升降設計以及結構強度分析 完成精密二次元高度計的設計後, 我們會逐步拍攝製作的過程, 並撰寫成文章, 最後再交由老師修稿, 然後參加全國競賽 圖 12 實驗流程 二 傳統雙柱式高度計的形變分析 雙柱式高度計的結構為細長狀, 直立擺放收納不易, 側向擺放則有變形的疑慮, 長時間放置, 可能會造成永久性的變形 因此, 我們透過 Solidworks simulation 軟體, 分析其擺放方式, 對於高度計變形的影響 經過模擬分析, 我們發現, 在直立擺放時, 雙柱度高度計的最大變形約為 0.03mm, 發生在最外側, 如圖 13 所示 但, 礙於空間的影響, 過去我們一直將高度計以橫式擺放的方式收納, 經由圖 14 實驗得知, 這種方式的擺放, 會讓高度計發生約 0.48 mm 的形變, 也是造成精度偏差的最主要的原因 這個實驗的目的, 就是希望透過模擬, 知道兩種擺放方式的形變誤差 後續實驗, 將設計一個新的機械結構, 讓其剛性更好 精密度更高, 且不受擺放方式造成測量誤差, 這是這個專題競賽研究的重點 6
圖 13 直式變形模擬 圖 14 橫式變形模擬 三 傳統雙柱式高度計的測量誤差 我們組員來自機械科, 都是全國技能競賽的選手, 在實作方面所需要的精密度較高, 只要測量工具有些微的偏差都有可能會對成品的精度造成影響 以下是我們經過多次的實驗後, 所發現的問題 我們使用精密 V 型枕做為垂直度測量的依據, 如圖 15 所示 實驗從 0-10mm 開始測量, 偏差僅約 0.02mm 但, 當測量長度到達 100mm 時, 偏差量已經有 0.40mm, 如圖 16 所示, 與上節模擬分析的結果符合 因此, 改變高度計的結構設計, 增加使用的便利, 確實有其必要性 圖 15 垂直度測量實況 圖 16 垂直度誤差 四 精密二次元高度計的製作過程 ( 一 ) 底座車削為了讓設計的高度計精度可以提高, 增加穩定性, 在材料的選擇上, 我們使用中碳鋼的圓棒, 最大直徑是 ψ100mm, 如圖 17 所示 但是在製作的過程中, 我們發現切斷刀沒有那麼大把, 無法切下 ψ70mm 以上的工件, 所以為了切斷底座我們設計在底座挖了一個孔, 讓底座的半徑減少, 但最後發現還是不夠, 為了讓刀子能切得更多, 我們特別將切斷刀的刀腹往後磨, 讓切削的深度可以增加 圖 18 是高度計底座的車床加工 7
圖 17 準備材料 圖車削底座 ( 二 ) 滑動游尺製作在滑動游尺車削的部分, 為了組裝起來不要太鬆, 尺寸控制很重要, 我們將槽 30mm 的地方做成 +0.05mm, 而槽的直徑 ψ68 要做成 -0.01mm, 都是為了跟內部滑塊精密配合, 最後切斷的時後我們發現因為工件實在太大, 如果直接切斷, 工件恐怕無法接住, 會掉落撞傷, 所以我們想了一個辦法就是拿大盒子裡面塞布防止工件受傷, 來接住工件, 如圖 19 所示 圖 20 是車床加工的實況 圖 19 工件切斷的保護 圖 20 滑動游尺車削 ( 三 ) 固定環製作在固定環的車削中, 如圖 21 所示, 由於內孔要車到 ψ80mm 非常大, 為了減少鑽頭靜點阻力, 我們先用定位鑽頭完成導引孔, 再用 ψ38mm 的大鑽頭鑽通材料, 如圖 22 在內孔粗車時, 剛開始的直徑小, 切削速度比較慢, 轉速需要比較快, 約 900rpm 當孔徑越大時, 轉速要越慢, 在 ψ60mm 時轉速調至 600rpm 最後, 精車內孔時, 尺寸要控制的很準, 才能與滑動游尺精密配合 圖 21 固定環鑽孔 圖 22 車削固定環內孔 8
( 四 ) 滑動游尺精密配合在滑動游尺內部, 我們有設計兩個槓桿量錶支架, 它可以在滑動游尺與固定環形成的軌道內 360 自由滑動, 圖 23 所示 滑動游尺精密配合, 固定環的功用就是要固定內部滑塊, 上下各一個固定環, 裝上去後, 能讓內部滑塊沿著滑動游尺的槽內自由滑動 我們將尺寸做成 +0.01mm, 並且在車削時, 利用分厘卡與塊規配合測量, 這樣才能讓滑動游尺達到精密配合, 組裝後, 測量的滑動間隙約為 0.02mm 圖 24 為滑動游尺組裝後的實體 圖 23 滑動游尺設計圖 圖 24 滑動游尺精密配合 ( 五 ) 數字尺的銜接塊在精密高度計的設計上, 我們希望同時具高精度與便利性, 因此, 我們在主體的外側, 會加裝一個電子式的數字尺, 與滑動游尺連接後, 就能即時顯示高度位置 電子式數字尺是否準確與它的垂直度有直接關係, 所以, 我們在頂座外, 設計了一個精密的銜接塊, 如圖 25 所示, 讓數字尺鎖上去的時候, 會與標準圓棒完全平行, 與底座完全垂直, 如圖 26 所示 圖 25 數字尺銜接塊 圖 26 數字尺組裝示意 ( 六 ) 孔位精密定位高度計的精度, 決定於三根標準圓棒是否有完全垂直並平行, 因此, 在頂座 游尺 底座孔位的定位上, 要非常精準 我們製作的方法, 先用繪圖軟體, 算出孔的相關尺寸, 如圖 27 所示 再利用銑床機器尋邊, 如圖 28 所示 圓形尋邊的方法, 是先尋 X 軸外側任意兩點, 座標相加除以二就會找到 X 軸的中心, 此時再換邊尋 Y 軸方向, 其座標扣掉尋邊器與工件的半徑, 就是圓的中心 9
圖 27 孔與中心的相關尺寸 圖 28 機械尋邊 ( 七 ) 鑽孔與鉸孔為了確保孔精確度, 尋好邊之後, 我們先用定位鑽頭鑽出一個定位點, 如圖 29 所示 之後用 ψ5.8mm 的小鑽頭先鑽出導引孔, 鑽孔時要多加切削液, 否則鑽頭很容易過熱頓化, 導引孔完成, 再用 ψ11.7mm 的鑽頭鑽到足夠的深度, 然後倒角 倒角後, 就可進行 ψ12h7 的精密鉸孔, 如圖 30 所示 圖 29 定位鑽孔 圖 30 精密鉸孔 ( 八 ) 滑塊鋸切先把手工鋸裝上鋸條後, 在線的旁邊先輕輕鋸出一條線, 再沿著之前的線來回鋸切, 由於這塊料厚度有 30mm 所以鋸切起來費力, 如圖 31 所示 鋸下來之後要上銑床所以要留一些方便之後加工, 鋸切時也要注意鋸片是否維持一直線, 要小心不能去鋸到線 圖 32 為內部滑塊的雛形 圖 31 內部滑塊鋸切 圖 32 滑塊雛形 10
( 九 ) 滑塊銑削內部滑塊鋸下來後, 表面是凹凸不平的, 需要利用銑床銑銷表面, 使其平整, 如圖 33 所示 由於內部滑塊不是平整的面, 所以要用軟槌微調夾持的角度, 確保工件幾何形狀是對稱的 銑銷內部滑塊時, 因為夾持量很少, 也要注意不能一次銑削太深, 否則容易夾持變形或工件飛出, 銑削成品如圖 34 所示 圖 33 滑塊銑削 圖 34 滑塊成品 ( 十 ) 滑塊鑽孔將已經銑好的內部滑塊, 拿虎鉗固定鑽孔 ψ7.8mm, 這個步驟要特別小心, 因為夾持的位置很少, 如果直接鑽下去, 工件很容易洞歪掉, 如圖 35 所示 為了避免鑽削力過大, 我們會先鑽個 ψ4.3mm 的導引導後, 再鑽 ψ7.8 的孔 完成後, 並在滑塊側邊攻 M5 的螺絲孔, 做為槓桿量錶固定的螺絲孔, 如圖 36 圖 35 滑塊鑽孔 圖 36 槓桿量錶固定螺紋 ( 十一 ) 砂紙精修固定環內孔上下蓋在鑽孔的時候, 因為鑽孔關係, 毛邊往出口方向產生, 我們可以在快鑽通孔的時後, 放慢進給速度, 讓內部毛邊盡量減少 鑽孔後環內剩下的毛邊, 這時就先用小支的銼刀, 粗略的把毛邊修除, 如圖 37 所示 最後再拿砂紙把內圈磨到平整就可以了, 如圖 38 所示 11
圖 37 銼刀粗修 圖 38 砂紙精修 ( 十二 ) 主軸固定螺絲孔為了讓螺絲孔準確的鑽在中心線上, 我們利用精密 V 型枕, 算出孔的真實高度, 如圖 39 所示 畫好線後, 先用中心沖打定位點, 再用中心鑽定位後, 鑽出 ψ4.3mm 的通孔, 並攻 M5 螺紋, 最後內孔會有一些毛邊, 需要再用 ψ12h7 的鉸刀, 再鉸一次, 清除孔內的毛邊, 如圖 40 加工實況 圖 39 精密 V 型枕劃線 圖 40 鑽主軸固定孔 ( 十三 ) 精密研磨為了確保每一個接觸面的幾何精度, 所有的零件都會進行表面精密研磨, 如圖 41 所示 其工作的方法是在停機的狀況下, 先用砂輪來接觸工件表面, 之後砂輪離開工件表面 0.02mm, 啟動磨床, 以每次研磨深度 0.02mm 開始粗磨, 直到整面已經都是磨削紋路後, 再以研磨深度 0.005mm 進行精磨, 連續三個循環 並在最後一次的精磨, 噴上潤滑油, 以增加表面光度與防鏽, 成品如圖 42 圖 41 表面精密研磨 圖 42 研磨後的完成品 12
( 十四 ) 游尺機構組裝上下固定環 滑動游尺 內部滑塊都完成後, 就可以開始組裝游尺機構, 如圖 43 示意 為了讓滑塊能夠在滑動游尺與固定環所形成的軌道內, 精密的滑動, 上下固定環組裝的時候, 我們會在兩個環之間, 固定兩組 14.005mm 的塊規, 確保固定環的間距是等寬的, 組裝後的位移平行度在 0.005mm 以內 圖 44 所示為游尺機構組成的所有零件 圖 43 游尺機構設計 圖 44 游尺機構成品 伍 結論 這個專題競賽題目, 已經完成的具體成果有三個部分, 如下條列 (1) 針對傳統雙柱式高度計擺放方向, 所造成的變形誤差進行模擬分析 實驗發現, 橫式擺放的變形誤差約為 0.48mm, 直式擺放的變形誤差則有 0.03mm, 這和直觀上材料變形的認知相同 但, 這樣的變形誤差, 不管對於精密量測, 或現在國際 / 全國技能競賽 H/h7 的公差等級而言, 仍屬不足, 所以傳統的高度計結構, 確實有在改進的空間 (2) 經由模擬軟體分析, 這個題目所提出的三點結構設計, 如圖 45 所示, 讓高度計的剛性可以更好, 量測精度可以更高 分析成果如圖 46 所示, 其三點結構的設計, 在相同的受力情況下, 變形誤差會縮小至 0.01mm 以下 (3) 在成品的製作上, 我們已經製作完成三點結構高度計的雛形, 如圖 48-50 所示 所有的實驗過程, 從鋸切下料 零件加工, 到配合組裝, 共分成 14 個步驟詳細拍照記錄 三點結構的新型設計讓傳統的高度計, 變的更便利 更精密 除了可以節省工作空間外, 更同時具備畫線台與量測的功能 圖 45 新型三點設計圖 46 形變分析圖 47 彎曲應力分布 13
圖 48 加工的零組件圖 49 滑動游尺機構圖 50 專題製作成果 陸 討論與應用 (1) 幾何精度檢驗 : 除了結論的三項研究成果外, 我們也針對製作的專題成品, 做了垂直度檢驗與旋轉平面精度的檢驗, 如圖 51-52 所示, 在 100mm 的測量高度, 最大垂直度誤差為 0.004mm, 旋轉平面的精度則為 0.010 mm, 兩項精度都遠遠優於傳統式高度計, 證明三點結構的設計是成功的 圖 51 垂直精度驗證 圖 52 旋轉平面度驗證 (2) 應力計算分析 : 高度計主軸的材質為硬化模具鋼, 經由如圖 53-54 的剪力彎曲力矩圖, 與彎曲應力公式計算, 得知, 精密二次元高度計的最大彎曲應力約 68.7MPa, 約 5 倍安全係數, 符合工業設計標準 My ( 式 1) I 圖 53 自由體圖 圖 54 剪力與彎曲力矩圖 14
(3) 後續研究 : 這個專題作品在完成初賽說明書投稿後, 這段時間, 我們在結構設計上, 更進一步做了改善 如圖 55-56 的傳動螺桿設計, 改用以銅鋅合金做為螺母配合, 因其具有良好的自潤滑 耐磨損 低摩擦的機械性能, 常用於精密儀器的零件製作 圖 57-58 則是高度計底座的細部修改, 除了減少面積約 45% 外, 接觸表面也做了手工鏟花, 來矯正機械加工所留下的誤差, 以達到更好的機械精度 綜合比較效果, 如表 2 說明 表 2 初賽後續的研究項目初賽決賽效果螺桿 :S45C 中碳鋼螺桿 :S45C 中碳鋼 1. 傳動螺桿降低摩擦係數螺帽 :S45C 中碳鋼螺帽 : 銅鋅合金 2. 底座設計實心設計局部掏空處理減少接觸面積 3. 鏟花加工無鏟花表面鏟花 增加潤滑性 提高精密度 圖 55 傳動螺桿設計 圖 56 螺帽固定座材質 圖 57 減少底座的接觸面積 圖 58 手工鏟花加工 15
(4) 實際應用 : 在精密二次元高度計的應用上, 我們以下列兩個實際操作當作 範例 圖 59 是軸承座 軸承與固定塊的配合組裝, 組裝後, 軸承中心與固 定塊的垂直精度, 就需要用高度計來檢驗測量並校正, 如圖 60 所示 圖 59 軸承組裝 圖 60 組裝精度檢驗 工欲善其事, 必先利其器, 有好的測量儀器, 才能做出精密的尺寸公差 第二個應用, 則是用在測量全國技能競賽的比賽作品 高度計在競賽中的應用, 通常是在零件的尺寸與幾何精度的測量上, 如高度 深度 垂直平行度等等, 這些都是機械加工的基本要求項目 如圖 61 所示, 即為今年度鉗工的比賽題目, 技能要點在於精密量測 精度控制等切削加工的技術能力整合, 圖 62 為這個專題作品 - 精密二次元高度計的實際操作照片 圖 61 全國技能競賽題目 - 鉗工 圖 62 精密二次元高度計的實際操作 16
柒 參考資料及其他 [1] 高度計 - 維基百科 取自 https://zh.wikipedia.org/ [2] 小原齒輪工業株式會社 ( 民 103 年 ) 齒輪技術入門篇 台北市 1-12 頁 [3] 莊錫欽 ( 民 90 年 ) 銑床選用 中華民國職業訓練研究發展中心,1-8 頁 [4] 陳順同 ( 民 102 年 ) 機械基礎實習 新北市: 全華 158-173 頁 [5] 鄭志賢 ( 民 95) 機械製造 II 新北市: 台科大 44-48 頁 [6] 陳順同 ( 民 102 年 ) 機械基礎實習 新北市: 全華 90-110 頁 17