拋光加工(Polishing)是利用游離磨料搭配軟質拋光球頭或是拋光墊，使游離磨料對其工件表面進極微量的切削行為，並能改善工件表面粗糙度，常作為精加工之最後一道製程作業，本實驗利用切削中心機進行研究，探討不同的拋光參數，如磨料粒度、磨料種類、進給速率、進給間距、拋光壓力，及拋光球頭轉速，對塑膠模具壓鑄用鋼表面粗糙度的影響。
本研究首先完成擠光刀具的改良及夾持電動研磨機的夾持具之設計與製造，在球擠光刀具良方面，在進行平面及自由曲面加工時，可不用更換擠光之刀具頭，而在夾持具方面，可使電動研磨機順利的在切削中心機上完成拋光加工。而研究目的在於利用田口式實驗計畫法找出對表面粗糙度影響最大的因子，以決定最佳的拋光參數，利用田口式實驗計畫法之L18直交表、變異數分析(ANOVA)及全因子實驗之後，在針對PDS5試片而言，其最佳拋光參數組合為氧化鋁磨料、號數8000、進給速率100mm/min、進給間距40μm、壓力為4.21N及球頭轉速18000RPM。
利用最佳拋光參數於平面拋光加工，能使球擠光後Ra為0.067μm改善至0.023μm，在自由曲面則可由Ra為0.073μm改善至0.023μm。

The objective of this study is to introduce the possible ball burnishing and ball polishing surface finish process of a freeform surface plastic injection mold on a machining center. The design and manufacture of a polishing tool including a high-speed grinder mounted with felt ball and its holder was first accomplished in this study. The optimal plane polishing parameters were determined by utilizing the Taguchi’s orthogonal array method for plastic injection molding steel PDS5 on a machining center. Six grinding parameters, namely abrasive particle size, abrasive material, feed, step over distance, polishing force (depth of penetration) and the speed of the polishing ball were selected as the experimental factors of Taguchi’s Design of Experiment to determine the optimal grinding parameters, which have the dominant influence on surface roughness. The optimal grinding parameters have been determined after conducting the experiments of the Taguchi’s L18 orthogonal table, analysis of variation (ANOVA), and the full factorial experiment. The optimal plane polishing parameters for the plastic injection mold steel PDS5 were the combination of the PA abrasives of Al2O3 with grid no. 8000, the feed 100 mm/min., step over distance 40μ m, the polishing force 4.21N (depth of penetration 240μm) and the grinding speed 18000 rpm. The surface roughness Ra of the specimen can be improved from about 1.0μm to 0.067μm by using the optimal ball burnishing parameters for plane burnishing. The surface roughness Ra of the burnished specimen can be further improved from about 0.067 μm to 0.023μm by using the polishing process with the optimal polishing parameters. Applying the optimal plane burnishing and polishing parameters sequentially to a fine milled freeform surface mold insert, the surface roughness Ra of freeform surface region on the tested part can be improved from about 0.073 μm to 0.023μm.

中文摘要………………………………………………………………..Ⅰ
Abstract……………………………………………………………….…Ⅱ
誌謝…………………………………………………………………….Ⅳ
目錄……………………………………………………………….…….Ⅴ
圖索引……………………………………………………………….…Ⅸ表索引…………………………………………………………….…ⅩII
第一章 緒論…………………………..……………………….………..1
1.1 研究動機及目的………………………………………………1
1.2 文獻回顧………………………………………………………2
1.3 研究內容………………………………………………………6
第二章 拋光加工相關理論之介紹……………..……………………...8
2.1拋光(Polishing)加工原理及加工方法介紹………….……..8
2.1.1 轉速……………………………………………..………....9
2.1.2磨料………………………………….……………………10
2.1.3進給速率………………….……………………………...10
2.1.4 間距………………………………….…………………...10
2.1.5 壓深…………………………………………….………...11
2.2表面組織的定義與表示法……………………………….…11
第三章 實驗方法與程序……………………………………….……….18
3.1 實驗方法……………………………………….……………..18
3.2實驗試件與自由曲面戴具………………………………….23
3.2.1拋光實驗試片……………….………………………..23
3.2.2拋光試件與3D自由曲面之設計………………..…...24
3.3 擠光試件與載具(電子辭典外殼)…………………….………27
3.3.1 MV-3A立式綜合切削中心機……….…...…………...…27
3.3.2切削動力計………………….....…….…………………..27
3.3.3表面粗糙度量測儀…………………..………...………..28
3.3.4 觸發式探頭(MP10探頭)……..…..….…………….…….29
3.3.5電動研磨機配件……………….………………………….30
3.3.6三次元高速CNC掃瞄仿形量床Cyclone….……………31
3.4夾具設計及擠光刀具改良………….…….…………..……..32
3.5拋光加工參數……………………….………………………..36
3.6實驗步驟……………….………………………………….…..39
第四章 田口式實驗計劃法…………….….………………….42
4.1 田口式實驗計劃法簡介…………….………………………..42
4.2 參數設計……………………….……………………………..42
4.3 因子的分類……………………….…………………………..44
4.4 品質損失函數…………………….…………………………..45
4.5信號雜訊比……………………………………………...…..49
4.6變異數分析……….……………………………….….………..50
4.7直交表介紹……….……………………………….….………..52
4.8最適條件下的最佳值預估與驗証實驗…….…….………..54
第五章 實驗結果及數據分析……..………………….……….55
5.1 拋光加工之直交表實驗…………………………….…….…..55
5.2 S/N ratio 計算…………………………………….………59
5.3 ANOVA變異數分析………..…………….……….……..63
5.4 表面粗糙度預測值…………………...……………..….……67
5.5 全因子實驗……………………………………………………67
5.6 驗證實驗……………….………………………….…………..70
5.7 拋光加工參數對表面粗糙度的影...………….…………...74
5.7.1 轉速對粗糙度的影響………….………….….………...74
5.7.2 磨料對粗糙度的影響………..………..…..…………...74
5.7.3 進給對粗糙度的影響………….……...…..…………...75
5.7.4 間距對表面粗糙度的影響…………………….……..75
5.7.5 壓深對表面粗糙度的影響………....……….……….76
5.8 2D最佳拋光參數應用於3D自由曲面粗糙度之改善....78
5.9 以球銑刀精銑模式之球擠光加工….…...…….………….81
5.10應用於自由曲面之拋光加工…...…..……………………..83
5.11 AFM下擠光、拋光加工的顯微組織………………………..85
5.11.1 AFM下的擠光顯微組織及粗糙度………..….…..…...85
5.11.2 AFM下的拋光顯微組織及粗糙度………..…...……..88
5.12粗糙度值之預估………….……………...…..……………90
5.13實驗結果討論………………………………………………...92
第六章 結論與建議………………………..………..………...93
6.1 結論………………………………..…….……………………93
6.2 未來展望………….……………………………….………….94
參考文獻……………….…………………………………………..…...96
附錄一………….……………………………………………………...101
附錄二…………….…………………………………………………...102
附錄三…………………………………………………………………103

1.H.Weule,S.Timmermann, ”Automation of the Surface Finishing in the Manufacturing of Dies and Molds”,Annals of the CIRP, Vol. 39 1/1990
2.N.A.Duffie,S.C.Feng, ”Surface Finishing with Automatedinspection and Grinding”, Computer-Aided Design and Manufacture of Dies and Molds,The Winter Annual Meeting of The American Society of Mechanical Engineering Chicago,lllinois,1998
3.T.FURUKAWA, D.C.RYE, M.W.M.G.D.DISSANAYAKE and A.JBARRATT, “AUTOMATED POLISHING OF AN UNKNOW THREE-DIMENSIONAL SURFACE”, Robotics & Computer-integrated Manufacturing, Vol.12, No.3, pp.261-279, 1996
4.K.Suzuki, T.Uematsu, K.Kitajima, P.J Chung and T.Kitajima,”Applicattions of a New Magnetic Polishing Method Utilizing Centrifugal Force on Abrasives”, Second International ABSTEC,Conf.(Taiwnan,Nov.,1995)
5.Fusaomi NAGATA and Keigo WATANABE, ”Teaching System for a Polishing Robot Using a Game Joystick”,SICE 2000 July 26-28,2000
6.Y.Mori,K.Yamauchi and K.Endo, ”Mechanism of atomic removal in elastic emission maching”,Butterworth & Co(Publishers)Ltd 1988 Vol10, No.1
7. Chao-Chang Arthur Chen, Neil A. Duffie and Wei-Chung Liu, “A Finishing Process Model of Spherical Grinding Tools for Automated Surface Finishing Systems”,The International Journal for Manufacturing Science & Production.Vol.1, No.1,1997
8.K.Saito, ”Automation of Polishing Process for a Cavity Surface on Dies and Molds by Using an Expert System”,Annals of the CIRP Vol.42 1/1993
9.Kwan S.Kwok,Cliff s,Loucks,and Brian Driessen, ”Automatic Tool Path Generation for Finish Machining”,International Conference on Robotics and Automation,7/1997 IEEE
10.Chao-Chang A.Chen and Neil A.Duffie, ”DEVELOPMENT OF AN AUTOMATICS SURFACE FINISHING SYSTEM BASED ON CLOSED-LOOP SURFACE TOPOGRAPHY CONTROL”,Journal of Materials Processing Technology,Vol.62,No.4,1996
11.Y.Mizugaki,M.Sakamoto,”Development of a Metal-Mold Polishing Robot System with Contact Pressure control Using CAD/CAM data”,Annals of the CIRP ,Vol.39,1990
12.o.Prof.Dr.-lng.E.Salje,Dipl.-lng.R.Paulmann, ”Relation Between Abrasive Process”,Annals of the CIRP Vol.37,n2,1988
13.Youngsong Xie,Bharat Bhushan, ”Effect of particle size,Poishing pad and contact pressure in free abrasive polishing”,Wear200,1996
14.R.L.AGHAN and L.E.SAMUELS, ”MECHANISMS OF ABRASIVE POLISHING” , WearI6,1970
15.MIKELL P. GROVER,”FUNDAMENTALS OF MODERN MANUFACTURING” ,WILEY,1996
16.C.B.Zhu,P.S.Midha,G.J.Trmal, ”Transformation and evaluation of grinding parameters for CAM/CIM application” ,Journal of Materials Processing Technology 49,p445-455,1995
17.B.W. Kruszynski, C.A. van Luttervelt, “An Attempt to Predict Residual Stresses in Grinding of Metals with the Aid of a New Grinding Parameter”, Annals of the CIRP, Vol. 40/1(1991).
18.章少衡, ”液動壓拋光加工法之參數模式” ,國立中山大學機械工程研究所碩士論文，1993
19.王同世, ” 使用撓性臂之拋光加工分析” ,國立交通大學機械工程研究所碩士論文，1997
20.洪春琪, ”複合式液壓拋光法之設計與特性分析” ,國立中山大學機械工程研究所碩士論文，1993
21.張永沂, ”液動壓拋光法於半接觸潤滑狀態下之加工率特性” ,國立中山大學機械工程研究所碩士論文，1995
22.黃正河, ”模具曲表噴射研拋理論之探討與實作” ,國立成功大學機械工程研究所碩士論文，1997
23.陳原彰, ”機器人系統於具自由曲面具之拋光路徑規劃” ,國立成功大學機械工程學系碩士論文，1997
24.莊政潔, ”機器人於具平面分模線之模具拋劃路徑規劃” ,國立成功大學機械工程學系碩士論文，1995
25.沈育正, ”自動拋光系統中接觸力量控制之研究” ,淡江大學機械工程學系碩士論文，1996
26.黃健勝, ”使用撓性機構以降低拋光力量變化” ,淡江大學機械工程學系碩士論文，1999
27.石淵任, ”自動化模具拋光系統效率之參數研究” ,國立成功大學機械工程學系碩士論文，1997
28.林嘉彥, ”模具研磨過程中之三維研磨力量量測” ,淡江大學機械工程學系碩士班碩士論文，1999
29.嚴文雄, ”自動化磨拋路徑及其磨拋參數之研究” ,淡江大學機械工程學系碩士班碩士論文，1999
30.康弘宗, ”創成式曲面研拋路徑規劃與系統設計” ,國立成功大學機械工程研究所碩士論文，1997
31.李伯益, ”撓性夾持機構應用在研磨與拋光之研究” ,淡江大學機械工程學系碩士論文，1998
32.陳建樺, ”塑膠模壓鑄用鋼之球擠光加工研究” ,國立臺灣科技大學機械工程系碩士學位論文，2001
33.陳耀茂譯, ”田口實驗計畫法” ,滄海書局，1997
34.劉克琪, ”實驗設計與田口式品質工程” ,華泰書局，1994
35.林秀雄, ”田口方法與品質工程” ,新知企業管理顧問有限公司,1997
36.鄭燕琴, ”田口品質工程技術-理論與實務” ,中華民國品質管制學會，1993
37.李輝煌, ”田口方法-品質設計的原理與實務” ,高立圖書有限公司，2000
38.黎正中譯, ”穩健化設計之品質工程” ,高立圖書有限公司，1993
39.周至宏, ”品質工程講義”,國立雲林科技大學機械工程研究所,1997
40.彭德禮, ”表面粗糙度及疲勞壽命之相關性研究”,國立台灣科技大學機械工程技術系碩士論文，1994
41.范光照，黃偉明, ”精密曲面加工與機上量測系統的研製”，中國機械工程學會第14屆全國學術研討會論文集，1997。
42.宋友華，張郭益, “表面粗糙度量測參數之新趨勢”，機械月刊第二十七卷第十一期，二00一年十一月號。
43.陳漢榮, ”CNC拋光之原理及應用”,機械工業雜誌一九九一年十月號,p210-217
44.”精密模具研削工具拋光材料綜合型錄” ,新培鋐企業有限公司,1999
45.”塑膠模具鋼材之選擇” ,塑膠模具鋼材研討會技術資料,1985
46.范光照，張郭益,”精密量具及機件檢測” ,高立圖書有限公司,1998