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本頁乃根據作者近幾年在機械專題製作之實務經驗,整理出相關資訊供一般大專學生專題製作之參考,以往設計經驗多偏向實體產品的設計與開發,整理出的內容大致包括專題題目之收集、材料選購、材料購買地點、製作方法及程序、注意事項等等。此乃個人對於機械專題製作心得及經驗所累積的結果,但資料並非完全僅供參考。
一、專題製作題目之彙整:

機械製造:CAD/CAM設計製作、逆向工程、快速成型、快速模具、塑膠射出模、放電加工、線切割、傳統機械加工及組立、數值控制機械之應用

機械設計: 立體停車場、鐵鋁罐自動分類壓縮機、產品包裝機、電腦輔助確動凸輪設計製造、創意性機構設計、電動板擦機、乒乓球發球機

熱流:水槌、飛行器模型、熱電偶溫動量測、熱管製作及散熱分析、汽車衡溫控制系統

機電整合:機器手臂、自動倉儲、液氣壓控制與生產線自動化、自動販賣機、無人搬運車、X-Y TABLE精密定位伺服平台、線性磁浮定位平台

居家看護:站立輪椅、助行器、病患搬運裝置、環境操控系統、盲人點字機、按摩椅、滑踏步機、復健用牽引機、中醫脈診系統、輪椅上下車搬運裝置、超音波導盲系統

微電腦應用:防盜防火系統、工廠自動化模擬、電腦鼠、密碼鎖、外線遙控裝置、無限通訊遠端操控、溫度控制器

系統整合:CCD機器視覺系統、紅外線影像在濃煙場之視覺評估、遠端語音操控系統、紅外線人體檢知器、指紋辨識系統

二、設計的流程:
  1. 選定題目 -指導老師指定、圖書館搜尋、
  2. 收集文獻 - 學校圖書館、央圖或各地圖書館、網路收尋、國科會
  3. 製作流程的規畫 -集體討論或與老師討論內容包括時間的規劃、材料的選擇、機構的設計、
  4. 人員分工 -依不同人的專長選定分工項目;例如機械加工、電路設計、繪圖、採購、報告撰寫
  5. 機械製圖 -手繪草圖、手工製圖、電腦製圖軟體繪製(AUTOCAD)
  6. 電腦模擬 -包括數值分析、機構模擬、應力分析、熱流分析、模流分析
  7. 模型製作 -RP快速原型、以簡單且經濟的材料製作模型,例如模型用改造板、石膏、積木、木板
  8. 材料購買 -依所分析設計的數據選擇適當的材料,在合理的範圍內可選易加工的材料如塑膠、壓克力、鋁合金、銅、低碳鋼等
  9. 機械加工 -包若為學生在學校機械工廠加工,可採車、鉗、銑、刨、磨、鑽、鍛、板金,非傳統加工方式括放電、線切割、電化研磨、化學腐蝕
  10. 組立 -將加工完成之元件利用螺絲配合、焊接、錨接、黏接等方法使其組立
  11. 電路裝配 -實體若包含電路控制,首先選則適當的控制器,在依需求選定其他需要的元件
  12. 測試 -包括製作完成的元件之破壞與非破壞測試,另外還包含運動測試、載重測試、耐久測試
  13. 除錯 -分析實體測試後之缺失進而尋求改善之道
  14. 後處理 -例如上油潤滑、噴漆、包裝、拋光、電鍍、陽極處理、熱處理
三、材料與工具購買地點

台北市:

  • 承德路(火車站附近)-軸承、鋁材、機械五金
  • 環河北路(忠孝橋下)-機械五金、空壓機、軸承、手提電動工具機
  • 西寧路(西寧廣場)-電子材料
  • 八德路(光華商場)-電子材料
  • 峨眉街(萬年大樓)-模型改造板、模型用引擎
  •  

台北縣:

  • 新莊化成路-機械五金、鋁材、銅材、模具材料、鑽頭、銑刀、軸承、中古馬達、鋼索
  • 中正路(湯臣廣場地下室)-電子材料、通訊材料、

桃園市:

  • 中山北路-軸承、齒輪、彈簧、中古馬達、中古空壓機與電動工具、自動控制元件(液氣壓缸、電磁鐵、電磁閥)、配管材料
  • 民族路復興路交口-電子材料
  • 三民路一段-不鏽鋼材
  • 三民路敏盛醫院旁-手動輪椅周邊元件

台中市

  • 建國路(火車站到干城車站間市場旁)-鋁、銅合金、導螺桿、直交流馬達、空油壓元件、軸心、軸承、鍊條、電動工具、尺條

台南市

  • 新光三越百貨對面(南一電子)-電子材料、通訊材料、針孔攝影機

高雄市

  • 五福路底-中古船貨
  • 七賢路-汽車材料
  • 建國路-機車材料
四、製作方法及程序:

機械設計-

  1. 參考機械便覽或機械設計手冊從事機械設計
  2. 機構模擬可用電腦分析軟體利如Working Model先行機構模擬
  3. 若須使用軸承或軸的配合可洽軸承商夠買現成的軸承及軸心,如此可得更精密的配合
  4. 馬達的選用須視實際情況做選擇,有分交流、直流、步進、伺服等並搭配現成的減速機以得較高扭力,直流馬達所搭配之減速機多為4的公倍數如1/96、1/64、1/48、1/24、1/12..等
  5. MAXON公司之產品目錄中提供選用小型直流馬達之專家系統,只要輸入轉速、扭矩、尺寸大小、供應電源等,就能最適合的馬達與減速機

機械加工-

  1. 需受過專業課程或訓練者及熟悉基本機械加工法者才可從事機械加工,以免發生意外
  2. 依照機械製圖之材料種類尺寸精度選則合適的工具機
  3. 盡量使用買的到的現成品,除非不得以才以機械加工的方式製作
  4. 機械加工時務必配合使用適當的量具,以求最合適的加工精度(例:游標卡尺、分釐卡、量表...)
  5. 胚料必須預留最適當加工預度,預度太大則浪費材料且浪費時間,太小則不利加工甚至影響實際尺寸
  6. 不同尺寸或形狀之材料選擇適合的加工母機和夾具,夾具的選擇不得馬虎以免發生傷害
  7. 精密加工時可利用工具機上之電阻尺座標做定位(選購配備),或以數值工具機可程式控制定位
  8. 焊接加工依照不同材質選用不同焊接法,如錫焊、乙炔焊、CO2焊、電焊

機電整合-

  1. 選擇適當的控制器,例如專門在做順序及步階控制的PLC控制器;體機小專門做A/D D/A I/O的8051微電腦單晶片;及直接由PC上做訊號輸出入的RS232或相關的I/O介面卡...等
  2. 感測器最常用的包括微動開關、磁感開關、光阻式開關、紅外線感測器、水銀開關、接近感測器、電阻尺...等
  3. 機構包括線性軸承、齒條齒輪、渦桿渦輪、螺桿、四連桿機構.....等

 

四、開發案例
A.精密機械-快速成型與逆向工程之應用

使用設備:

美國3DSystem公司之Actua2100快速成型機、英國DELCAM公司之『DUCT』CAD/CAM系統、雷射三次原帶狀掃瞄機、高速雕銑機、ARTCAM浮雕製作CAD/CAM系統、PC

使用材料:Thermopolymer Plastic(快速成型機用)、陶木(雕銑用)、壓克力(雕銑用)

製作方法:

1.逆向工程1 - 取一玩具模型將其表面噴上白漆,以三次元雷射帶狀掃瞄機擷取3D數位化點資料,再進行數位模型表面之破動修補,經由轉檔(CAM),送至高速雕銑機,加工陶木,使產生與實體玩具模型一模一樣之陶木模型。(總時程:約三週)

2.逆向工程2 - 取一簡單卡通圖樣(米老鼠、鴨子),經由掃瞄機掃瞄成*.JPG之圖片檔,送至ARTCAM浮雕製作軟體,經由設定圖面上各顏色的高度差,轉成CAM檔送至高速雕銑機加工,以R1.5MM之球銑刀雕銑壓克力材,加工後拋光研磨,使產生立體浮雕之卡通圖樣。(總時程:約二週)

2.快速成型 - 以DUCT軟體建立3D立體模型(飛彈模型),建立後修補破洞,使產生完整表面之模型,曲面建構完成後儲存為三角曲面檔案格式(Duct Triangle Format),再將檔案在Trifix模組下轉檔成STL,再經由Allegro程式轉換成機械碼輸入RP(Rapid Prototyping)機器,加工完的成品進行後處理(修除支撐料)即完成。(總時程:約三週)

B.機械設計-立體停車場之研究與開發

使用設備:

士林牌PLC、車床、銑床、摺床、PC加Autocad

使用材料:

L型鋁、T型鋁、砲銅管、銅棒、不鏽鋼板、軸承、鋼線、螺絲、導螺桿和螺帽、24V直流馬達和減速機、電線、24V燈泡、

製作方法:(1/10 模型)

材料採購 - 台中建國路市場旁邊一條專賣機械五金的巷子

設計規範 及特色 - 參考交通部運輸所所公布之立體停車場設計安全規範,做為設計之依據,並分析現有立體停車場設計之缺失進而改善之,我們以螺桿方式做動力傳輸,其優點是以螺桿本有的自鎖力做為防墜落之安全措施,,並且克服鋼索傳動之絞死、脫落之缺失,和油壓傳動之漏油及高成本的缺點,開發出更新型的立體停車場,近幾年內已被應用於各百貨公司、商場(新莊洪金寶商場地下室)、大樓之地下停車場,由此也證明本設計之可行性

骨架 - L型鋁合金

軌道-T型鋁再加工

滑輪-將砲銅車成滑輪狀,選擇砲銅管材其內徑和軸承外徑緊配合

鋼索-鋼絲釣魚線

螺桿-選用工具機用傳動螺桿,量取適合長度切斷並車出兩端支撐軸配合軸承

車台-鋁版配合T型鋁

 

作者 陳世宏

~待續~