臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要在探討與分析氧化鋯陶瓷射出工件使用三軸CNC加工機進行平面磨削加工與曲面磨削加工參數對於陶瓷磨削後表面粗度品質之影響的研究，探討不同的研磨參數，如主軸轉速、研磨深度、研磨速率、研磨間距及刀具種類等，對其表面粗糙度之影響，進而決定最佳的研磨參數。
以田口式實驗計畫法之L18直交表進行實驗與變異數分析(ANOVA)結果，針對燒結後氧化鋯陶瓷射出工件研究結果發現，其最佳研磨參數為電鍍黏結法鑽石磨棒(Factor A)、研磨深度20μm(Factor B)、進給速率1200mm/min(Factor C)、研磨間距10μm(Factor D)、主軸轉速60,000RPM(Factor E)。且Factor B、D、E為重要控制因子，對於氧化鋯表面粗度具極大影響且呈現線性關係，而Factor A及C對於氧化鋯表面粗度影響不大，可應用於製程成本之降低。
將最佳研磨參數應用於平面研磨加工，工件之表面粗糙度可達Ra=0.071μm，應用於自由曲面加工，工件之表面粗糙度為Ra=0.128μm，本研究的陶瓷研磨加工技術可做為未來利用CNC數控工具機加工氧化鋯陶瓷粉末燒結體表面精密加工的一項技術研究之參考。

The objective of this study is to introduce the effect of roughness for different parameters such as spindle speed, grinding depth, grinding speed, step over distance, and diamond tools in ceramics injection molding sintered part by using Taguchi’s method on a three-axis engraving machine and then to determine the optimal grinding parameters.
The optimal parameters have been determined after using the experiments of the Taguchi’s L18 orthogonal array, analysis of variation (ANOVA). The optimal grinding parameters for the ceramics injection molding sintered part were combination of the electroplate diamond tools(Factor A), grinding depth 20μm(Factor B), feed rate 1200mm/min(Factor C) , step over 10μm(Factor D) , and spindle speed 60000 RPM(Factor E) . And Factor B, D, E as an important control factor, the surface roughness of zirconia and a great impact on a linear effect, while the Factor A and C for the zirconia surface roughness has little effect, can be applied to reduce process costs.
The surface roughness Ra=0.071 μm of the ceramics injection molding sintered part was obtained by using the optimal grinding parameters for plane surface grinding, More over, the surface roughness value Ra=0.128 μm was obtained by using the optimal parameters for freeform surface grinding.

中 文 摘 要 I
Abstract II
誌謝 II
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 3
1.3研究範疇與論文架構 5
第二章 研磨加工與氧化鋯材料相關理論介紹 6
2.1 研磨加工法分類與一般特徵 6
2.2 陶瓷材料簡介 7
2.3 陶瓷切削特性 9
2.4研磨概述 11
2.5 磨削理論 13
2.6 陶瓷破壞與缺陷 16
2.7 研磨阻力 17
2.8切削與研磨溫度 19
2.9研磨液 20
2.10研磨面的粗糙度 21
2.11表面粗糙度量測原理 22
2.11.1表面組織定義 22
2.11.2表面粗糙度參數之表示方法 23
2.12 粒度 29
2.13 結合度 29
2.14 集中度 29
2.15刀具磨耗檢測 30
第三章 實驗方法及步驟 33
3.1 田口品質工程 33
3.1.1 田口方法步驟 34
3.1.2穩健參數設計 34
3.1.3信號雜訊比(Signal to noise ratio) 36
3.1.4 變異數分析 37
3.2實驗方法 39
3.3實驗試件與自由曲面載具 41
3.3.1實驗試件 42
3.3.2實驗砂輪規格 43
3.2.3 3D自由曲面之設計 44
3.3實驗系統架構 45
3.4 實驗設備 47
3.4.1 TL-SVF3三軸雕刻機 47
3.4.2 表面粗糙度量測儀 48
3.4.3 維克氏硬度試驗機 50
3.5表面研磨精加工參數 51
3.6實驗步驟 53
第四章實驗結果與分析 55
4.1 實驗流程 55
4.2 精加工直交表實驗 55
4.3 S/N ratio 計算 58
4.4 ANOVA變異數分析 63
4.5預測最佳值與驗證實驗 67
4.6 研磨加工參數對表面粗糙度的影響 69
4.6.1鑽石結合法研磨刀具(Factor A)對表面粗糙度的影響 69
4.6.2 磨削深度(Factor B)對表面粗糙度的影響 70
4.6.3進給速度(Factor C)對表面粗糙度的影響 70
4.6.4磨削間距(Factor D)對表面粗糙度的影響 71
4.6.5主軸轉速(Factor E)對粗糙度的影響 72
4.7最佳精加工參數應用於3D自由曲面 72
4.8 2D平面與3D曲面之表面粗糙度比較 74
第五章 結論與建議 76
5.1 結論 76
5.2未來展望 79
參考文獻 80
附錄 83

1.Z.J. Pei, D. Prabhakar, P.M. Ferreira, “A mechanistic Approach to the Prediction of Material Removal Rates in Rotary Ultrasonic Machining” Department of Mechanical and Industrial Engineering, Vol. 117, pp.142-151, May, 1995.
2.I. Inasaki, “Grinding of Hard and Brittle Materials”, Annals of the CIRP, Vol. 36, February, 1987.
3.T.G. Bifano, T.A. Dow, R.O. Scattergood, “Ductile-Regime Grinding: A New Technology for Machining Brittle Materials”, Journal of Engineering for Industry, Vol. 113, pp.184-189, May 1991.
4.郭世炫，”光學元件延性輪磨的現況與未來”，機械月刊第十八卷第五期，1992.
5.郭志強，“表面加工對氧化鋁機械性質的影響”，國立台灣大學材料科學(工程)研究所碩士論文，1996.
6. H. Huang, L. Yin, L. Zhou, “High speed grinding of silicon nitride with resin bond diamond wheels,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 141, pp.329-336, 2003.
7.H. Huang, Y.C. Liu “Experimental investigations of machining
characteristics and removal mechanisms of advanced ceramics in high speed deep grinding”, International Journal of Machine Tools & Manufacture 43, pp. 811-823, 2003.
8.Han Huang, “Machining characteristics and surface integrity of yttria stabilized tetragonal zirconia in high speed deep grinding”, Materials Science and Engineering A345, pp.155-163, 2003.
9.左培倫，“超高速磨削技術的發展與應用”，機械工業雜誌，第254 期，pp.116-123，2004 。
10.汪建明,“陶瓷技術手冊(下)“,經濟部技術處發行,pp.276-287,1994
11.汪建明,“陶瓷技術手冊(上)“,經濟部技術處發行,pp.643-699,1994
12.詹福賜編著,精密陶瓷加工法,全華科技圖書股份有限公司,pp.330-363,1994.
13.Serope Kalpakjian “Manufacturing engineering and technology”, 3rd Addison-Wesley Publishing company, 1995.
14.賴耿楊 譯著，“精密加工新技術全集”，復漢出版社，2001.
15.L. Yin, S. Jahanmir., L.K. “Ives, Abrasive machining of porcelain and zirconia with a dental handpiece”, Mach. Sci. Wear. 255, pp. 975-989, 2003.
16.H. F. Kappert, H. Knode, and L. Manzotti, Metallfreie Br?佟ken f?卣 den Seitenzahnbereich. Dent Labor, 38, pp. 177-182,1990.
17.Mikell, P. Groover., “Fundamentals of modern manufacturing”, John Wiley & Sons, Inc, 1999.

18.Lng. E. Salje ,Dipl.-Lng. R. Paulmann.,“Relations Between Abrasive Processes ”, Annals of the CIRP , Vol.37/2, pp. 641-648,1988.

19.V. Sinhoff., “Generative Precision Grinding of Optical Glass” Annals of the CIRP, Vol. 38/1, pp. 253-258, 1998.
20.C.B. Zhu, P.S. Midha, G.J.Trmal, “Transformation and evaluation of grinding parameters for CAM/CIM applications”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 49, pp. 445-455, 1995.
21.張嘉隆，周至宏，姚文隆，蘇安瑜，”田口方法在凸輪軸頸研磨之最佳化參數設計之應用”，第十七屆機械工程研討會論文集，國立高雄第一科技大學，2000。
22.王建仁，“於CNC多軸加工機作滲透式之最佳化參數研究”， 國立台灣科技大學機械工程學系碩士班碩士論文，2003。
23.李輝煌 著，“田口方法 - 品質設計的原理與實務”，高立圖書有限公司，2000。
24.MADHAV S. PHADKE 著 黎正中 編譯，“穩建設計之品質工程”，台北圖書有限公司，1993。