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研究生:張淵智
論文名稱:振動切削技術應用於微銑削之研究
論文名稱(外文):Study on Micro-Milling with Vibration Cutting Technology
指導教授:陳國亮陳國亮引用關係
指導教授(外文):Gwo-Lianq Chern
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程技術研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:微銑削兩軸振動切削振動平台
外文關鍵詞:Micro-millingBi-axial vibration cuttingVibration table
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本論文主要是針對運用兩軸振動切削改善微銑削品質之研究。近年來微銑削已經廣泛、有效地使用在工業界,尤其在電子產業,如主機板、鍵盤、半導體、複合材料等。在微銑削之過程中,因刀具直徑微小,刀具的偏擺、崩刃、破裂等,都會急遽降低微銑削的性能,切削力實為最主要的因素,而降低切削力進行高效率加工,仍為微銑削需要改進的領域,以提高銑削性。
刀具與工作物間因微小的振幅加入產生微小的空隙,由於這些空隙形成真空狀態,因此將切削液吸入,而在刀具與切屑接觸面間形成氧化膜,可降低界面摩擦,改善切削面粗糙度。振動切削能有效減小刀具摩擦,使切屑變薄,因而降低切削力。切屑流動方向的振動速度如超過切屑流動速度時,振動會把切屑加速推離,因而排屑容易,減低變質層的產生,可獲得較理想的微銑削性能。
本研究利用加入的振動切削方向包含X方向與Y方向(切削方向),在兩軸方向產生瞬間微幅的振動(≦10μm),在鋁合金6061-T6與SS41鋼材進行銑溝槽實驗,之後使用田口實驗計畫方法,來探討加上兩軸振動因素後,對微銑削各方面性能所造成的影響程度。
本振動切削實驗證實可對溝槽之尺寸、定位精度、表面粗糙度、刀具偏擺有顯著改善,分別在(6061-T6鋁合金)和(SS41)其尺寸精度平均改善有40%和30%,在定位精度平均改善有70%和50%,刀具壽命分別提升有15%和11%。
This thesis mainly aims at the study on the improvement of micro-milling quality with bi-axial vibration. For recent years, micro-milling has been utilized widely and efficiently in the industry, especially on the production industry of electronics, such as motherboards ,keyboards, semi-conductors, composite materials, etc. In the process of micro-milling, due to the micro-diameter of tools, the deviation of the cutter, break-down of edges, the tool failure, etc, the performance of micro-milling will rapidly degrade. The cutting force is truly the principal factor, and reducing cutting force for high-efficiency process is still a realm requiring improvement for micro-milling to enhance machinability.
The micro-clearance produced by the micro-amplitudes between cutters and workpieces will suck the cutting fluids and form an oxide film between the contact surfaces of the cutter and chips because of the vacuum-state clearance ,and hence reduce the interfacial friction. Cutting with vibrations can efficiently reduce the friction of the tools, make chips thinner, and lower the cutting force. If the vibration velocity of along the flow of chips exceeds that of the chip flow, vibrations will more quickly push away chips that can be easily discharged, and reduce the generation of property-varied layers, and eventually better performance of micro-milling can be obtained.
This research made use of the micro-amplitude vibration (0.01mm) produced instantaneously by adding bi-axial vibration in the cutting directions of X-andY-axial to proceed with the milling of flutes for Al alloys 6061-T6 and SS41 steels. And then ,Taguchi Quality Engineering is adopted to inquire the effects of bi-axial vibration, on all aspects of micro-milling performance.
This vibration-cutting experiment has proven that signficant improvements on the size and position accuracy of flutes, surface roughness, and the tool deviation can be achieved. The average improvements of Al alloys 6061-T6 and SS41 steels on size accury are respectively 40 percent and 30 percent, on position accuracy 70 percent and 50percent, and on the tool life to promote 15percent and 11 percent.
中文摘要 -------------------------------------------------- i
英文摘要 -------------------------------------------------- ii
誌謝 ------------------------------------------------- iii
目錄 -------------------------------------------------- iv
表目錄 --------------------------------------------------- v
圖目錄 -------------------------------------------------- vi
符號說明 ------------------------------------------------- vii
一、緒論 ------------------------------------------------- 1
1.1 前言 ------------------------------------------------- 1
1.2 研究動機與目的---------------------------------------- 5
二、切削理論分析------------------------------------------- 7
2.1 振動切削原理----------------------------------------- 7
2.1.1 振動對切屑型式的影響--------------------------------- 7
2.1.2 振動對切削溫度的影響--------------------------------- 8
2.1.3 振動對切削刀具摩耗與壽命的影響------------------------ 9
2.2 微銑削特性------------------------------------------- 10
2.2.1 切削機構------------------------------------------ 10
2.2.2 銑削力-------------------------------------------- 10
2.2.3 銑削速度與進給量---------------------------------- 12
2.3 微銑削加工的問題點-------------------------------- 12
三、實驗設備----------------------------------------------- 14
3.1 微銑削加工機器設備----------------------------------- 14
3.2 微幅作動控制設備------------------------------------- 15
3.2.1 微幅作動設備----------------------------------------- 15
3.2.2 壓電材料作動基本理論------------------------------ 20
3.3 量測與檢驗設備---------------------------------- 22
3.4 微銑削刀具與工件材料規格------------------------ 25
3.5 兩軸振動加工平台之設計與製作-------------------- 26
四、實驗規劃----------------------------------------------- 32
4.1 實驗方法----------------------------------------------- 32
4.2 實驗步驟----------------------------------------------- 32
4.2.1 壓電材料振幅大小實驗----------------------- 32
4.2.2 微銑刀磨耗實驗--------------------------------------- 33
4.2.3 先期振動微銑削實驗(6061-T6鋁合金)-------------------- 35
4.2.4 兩軸振動微銑削實驗(6061-T6鋁合金)-------------------- 38
4.2.5 田口氏實驗設計(6061-T6鋁合金)------------------------ 38
4.2.6 綜合實驗(6061-T6鋁合金)------------------------------ 41
4.2.7 兩軸振動微銑削實驗(SS41鋼材)------------------------- 42
4.2.8 田口氏實驗設計(SS41鋼材)----------------------------- 43
4.2.9 綜合實驗(SS41鋼材)----------------------------------- 45
五、結果與討論--------------------------------------------- 47
5.1 壓電材料振幅大小與輸入電壓之關係----------------------- 47
5.2 微銑刀磨耗分析----------------------------------------- 50
5.3 單軸振動對微銑削品質的探討(6061-T6鋁合金)-------------- 52
5.4 兩軸振動對微銑削品質的探討(6061-T6鋁合金)-------------- 57
5.5 綜合討論(6061-T6鋁合金)-------------------------------- 61
5.5.1 溝槽形狀精度----------------------------------------- 61
5.5.2 切屑形式--------------------------------------------- 61
5.5.3 工件表面情況----------------------------------------- 64
5.5.4 溝槽兩測表面粗糙度----------------------------------- 66
5.6 兩軸振動對微銑削品質的探討(SS41鋼材)------------------- 66
5.7 田口氏實驗設計法分析----------------------------------- 71
5.7.1 尺寸精度分析 ------------------------------------- 71
5.7.2 定位精度分析----------------------------------------- 74
5.8 綜合實驗分析------------------------------------------- 78
六、結論與建議--------------------------------------------- 80
6.1 結論--------------------------------------------------- 80
6.2 建議及未來研究方向------------------------------------- 80
參考文獻
自傳
授權書
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