臺灣博碩士論文加值系統

在切削製程中，切削時間與刀具壽命的長短，會影響到產品的成本與品質。過去對於切削時間與刀具壽命的衡量，主要是經由傳統的經驗方法來最小化製造成本，進一步達到品質的最佳化，在這種前提之下，通常是假設切削時間和刀具壽命方程式是已知的。除此之外，過去通常是將切削時間和刀具壽命分開來作考量，所以，通常不能確保所求得的參數值是真正的最佳值。最近，由於電腦輔助製造（Computer-Aided Manufacturing）軟體的發展，能夠幫助解決許多製程上的問題，本研究主要是經由電腦模擬（Computer Simulation）軟體CATIA V5R8和反應曲面法（Response Surface Methodology）來獲得銑削時間與刀具壽命方程式，然後將反應曲面法所配適之迴歸方程式配合數學規劃（Mathematical Programming）方法，找出最佳之銑削成本與參數值。

It is known that cutting time and tool life affects the cost and quality of a manufactured product. Most of the literatures on cutting time or tool life problems have focused on developing exact methods to minimize the manufacturing cost, or maximize the quality value. The inherent assumptions under these approaches are that the cutting time and the tool life equations are known before a problem being analyzed. However, most of time these equations are unknown during the early stage of process planning. In addition, previous works mainly consider the cutting time and tool life aspects as a separate issue for problem formulation. That usually can not ensure the found cutting parameter values are the truly optimal values. With the recent development in CAM (Computer-Aided Manufacturing) software, manufacturing engineers can proceed with the process planning problems, without knowing functional relationship between process input and process output in advance. In this study, the simulation is employed using CATIA V5R8 software to obtain the simulated outputs. The simulated outputs are analyzed by Response Surface Methodology (RSM) to have cutting time and tool life equations. Then, these two equations are placed in one cost function simultaneously which should be minimized in presented problem. Finally, with this function as an objective in problem formulation, the optimal cutting parameter values of milling operations can be found by optimization technique such as mathematical programming easily.

目 錄
中文摘要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅰ
英文摘要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅱ
目 錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅲ
圖 目 錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥Ⅵ
表 目 錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥VⅡ
第 一 章 緒 論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥1
1.1 研究背景與目的 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.2 研究範疇 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2
1.3 文獻探討 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
1.4 章節內容與研究架構 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥6
第 二 章 理論基礎及背景 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
2.1 切削理論與原理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥8
2.1.1 銑削原理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
2.2 銑削時間 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥10
2.3 銑削刀具壽命 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥11
2.4 銑削成本 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥12
2.5 銑削刀具選擇 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥13
2.6 銑削加工參數 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥14
2.6.1 進給率 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
2.6.2 主軸速率 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16
2.6.3 銑削深度 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
2.6.4 刀具重疊比例 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
2.6.5 刀痕高 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
2.7刀具路徑 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19
2.8反應曲面法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21
第 三 章 模 擬 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥24
3.1 CATIA V5R8模擬軟體 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥25
3.2 模擬實驗之工件 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥26
3.3 模擬實驗刀具選擇 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥28
3.4 模擬實驗參數選擇 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥28
第 四 章 實驗結果與討論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥33
4.1 粗銑作業之資料分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥33
4.1.1 粗銑時間之統計分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥33
4.1.2 粗銑刀具壽命之統計分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38
4.2 精銑作業之資料分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥41
4.2.1 精銑時間之統計分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥42
4.2.2 精銑刀具壽命之統計分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥46
4.3 銑削成本衡量 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 49
4.3.1 粗銑作業成本 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥50
4.3.2 精銑作業成本 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥51
第 五 章 結 論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥55
參考文獻 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥57
附錄一 三因子之全因子實驗矩陣 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥60
附錄二 四因子之全因子實驗矩陣 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥61

圖 目 錄
圖1-1 研究架構流程圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
圖2-1上銑法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
圖2-2下銑法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
圖2-3銑削深度 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
圖2-4刀具重疊比例 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
圖2-5刀具間距距離 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
圖2-6向外環繞 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19
圖2-7向內環繞 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥20
圖2-8單程路徑 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥20
圖2-9來回路徑 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21
圖3-1工件的胚料模型 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥26
圖3-2未經過加工模型 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27
圖3-3銑削加工區域的半剖面圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27
圖3-4粗銑作業刀具 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥29
圖3-5精銑作業刀具 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31

表 目 錄
表3-1粗銑階段之因子水準變動範圍 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥29
表3-2粗銑階段之因子高、中、低三水準 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥30
表3-3精銑階段之因子水準變動範圍 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31
表3-4精銑階段之因子高、中、低三水準 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥31
表4-1粗銑時間的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥34
表4-2自變數對粗銑時間的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥35
表4-3因子對粗銑時間影響的重要性順序 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥35
表4-4粗銑時間多項式模式的迴歸分析結果 ‥‥‥‥‥‥‥‥37
表4-5粗銑時間與各因子的最佳值 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥37
表4-6粗銑刀具壽命的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38
表4-7自變數對粗銑刀具壽命的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥39
表4-8因子對粗銑刀具壽命影響的重要性順序 ‥‥‥‥‥‥‥39
表4-9粗銑刀具壽命多項式模式的迴歸分析結果 ‥‥‥‥‥‥41
表4-10粗銑刀具壽命與各因子的最佳值 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 41
表4-11精銑時間的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥42
表4-12自變數對精銑時間的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥ ‥43
表4-13因子對精銑時間影響的重要性順序 ‥‥‥‥‥‥‥ ‥43
表4-14精銑時間多項式模式的迴歸分析結果 ‥‥‥‥‥‥ ‥45
表4-15精銑時間與各因子的最佳值 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥45
表4-16精銑刀具壽命的變異數分析表 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥46
表4-17自變數對精銑刀具壽命的變異數分析表 ‥‥‥‥‥ ‥47
表4-18因子對精銑刀具壽命影響的重要性順序 ‥‥‥‥‥ ‥47
表4-19精銑刀具壽命多項式模式的迴歸分析結果 ‥‥‥‥ ‥48
表4-20精銑刀具壽命與各因子的最佳值 ‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥49
表4-21粗銑作業最佳成本 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥51
表4-22精銑作業最佳成本 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥52
表4-23 RSM粗銑作業與數學規劃比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥53
表4-24 RSM精銑作業與數學規劃比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥54

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