臺灣博碩士論文加值系統

由於高速切削長期廣泛的研究，使得相關技術如工具機、高速主軸、刀具材料有著顯著的進步，也使得高速切削達到實用的地步。高速切削為高轉速、淺切深、高進給的加工方式，對於高速切削，加工參數由不同的加工材料而有不同的切削參數選擇。不同切削參數的選擇也導致切削力的不盡相同，因此所得到的加工品質也不一樣。
本論文主要是雙軸振動加工改善高速微銑削之研究，並配合田口氏實驗設計法來對切削力、表面粗糙度、刀具磨耗量、加工硬化與銑削1/4圓弧之尺寸精度來進行分析，以期待振動加工參數的選擇對於加工品質有所助益。
本研究採用壓電致動器來產生微幅振動，針對加工的型式設計製作振動加工機構以進行銑削加工實驗，並配合動力計、表面粗糙度儀、微硬度試驗機、工具顯微鏡及數位相機分別來量測切削力、表面粗糙度、刀具磨耗量、加工硬化、尺寸精度及拍攝溝槽照片，最後利用田口氏實驗設計法進行分析。

Because of long and wide research of the High Speed Machining (HSM), relative techniques such as machine tools, high-speed spindles and materials of the tool have outstanding improvements and make HSM practicable. HSM is the process that has three characters: high spindle speed, shallow depth of cut and high feed. For HSM, selection of the cutting parameters also results in different cutting forces, which leads to different surface quality.
This thesis mainly studies the improvement of high speed micro milling quality with bi-axial vibration machining. We analyzed the cutting force, surface roughness of workpiece, tool wear, work-hardening and dimensional accuracy of the quarter-circular arc with the Taguchi method. We hope this will be helpful in selection of vibration machining parameters.
We used piezoelectrical actuator to create the vibration we desired. In accordance with the machining type, the vibration machining device was designed and manufactured to carry out the milling experiment. We then measured the cutting force, surface roughness, tool wear, work-hardening and dimensional accuracy of the quarter-circular arc by dynamometer, surface profilometer, microhardness testing machine, optical microscope and digital camera. Eventually, we analyzed the results by Taguchi method.

目 錄

中文摘要-----------------------------------------------------------------------i
英文摘要----------------------------------------------------------------------ii
誌謝-------------------------------------------------------------------------iii
目錄--------------------------------------------------------------------------iv
表目錄------------------------------------------------------------------------vi
圖目錄-----------------------------------------------------------------------vii
第一章 緒論-----------------------------------------------------------------1
1.1 前言-----------------------------------------------------------------1
1.2 文獻回顧-------------------------------------------------------------2
1.3 研究動機與目的-------------------------------------------------------3
1.4 本文架構-------------------------------------------------------------4
第二章 實驗原理-------------------------------------------------------------5
2.1 銑削工作原理---------------------------------------------------------5
2.2 振動切削原理---------------------------------------------------------6
2.3 刀具磨耗-------------------------------------------------------------6
2.4 表面粗糙度-----------------------------------------------------------8
2.5 加工硬化-------------------------------------------------------------8
2.6 壓電材料-------------------------------------------------------------9
2.6.1 壓電效應-------------------------------------------------------------9
第三章 設備及儀器----------------------------------------------------------12
3.1 精密綜合加工機------------------------------------------------------12
3.1.1 高速主軸------------------------------------------------------------13
3.1.2 精密定位床台--------------------------------------------------------13
3.2 微幅致動控制設備----------------------------------------------------15
3.3 量測及檢驗設備------------------------------------------------------18
3.4 微銑削刀具與加工工件材料規格----------------------------------------22
3.5 振動加工機構之設計與製作--------------------------------------------23
第四章 實驗規劃------------------------------------------------------------27
4.1 實驗方法與步驟------------------------------------------------------27
4.1.1 實驗方法------------------------------------------------------------27
4.1.2 實驗步驟------------------------------------------------------------27
4.1.3 田口法實驗----------------------------------------------------------29
4.2 振動加工機構振幅測試實驗--------------------------------------------29
4.3 振動高速微銑削實驗--------------------------------------------------31
4.4 振動高速微銑削1/4圓弧尺寸精度實驗-----------------------------------36
第五章 結果與討論----------------------------------------------------------39
5.1 振動加工機構振幅量測實驗結果----------------------------------------39
5.2 振動高速微銑削實驗結果----------------------------------------------41
5.2.1 切削力分析----------------------------------------------------------41
5.2.2 表面粗糙度分析------------------------------------------------------46
5.2.3 刀具磨耗分析--------------------------------------------------------50
5.2.4 加工硬化分析--------------------------------------------------------55
5.3 振動高速微銑削1/4圓弧尺寸精度實驗結果-------------------------------59
第六章 結論----------------------------------------------------------------63
參考文獻---------------------------------------------------------------------66
簡歷 --------------------------------------------------------------------68

表 目 錄
表3.1 精密定位平台規格表--------------------------------------------------14
表3.2 壓電致動器規格表----------------------------------------------------15
表3.3 線性滑軌規格表------------------------------------------------------18
表3.4 切削動力計規格------------------------------------------------------20
表3.5 微動平台規格表------------------------------------------------------20
表3.6 無氧銅之化學成份----------------------------------------------------22
表3.7 無氧銅之機械性質----------------------------------------------------22
表4.1 切削動力計之參數----------------------------------------------------31
表4.2 振動銑削實驗參數表--------------------------------------------------34
表4.3 振動銑削振動銑削L18(21×37)實驗直交表--------------------------------34
表4.4 振動銑削1/4圓弧尺寸精度實驗參數表-----------------------------------38
表4.5 振動銑削1/4圓弧尺寸精度L9(34)實驗直交表-----------------------------38
表5.1 實驗分析切削力結果表------------------------------------------------42
表5.2 實驗分析切削力回應表------------------------------------------------42
表5.3 實驗分析切削力變異數分析結果表--------------------------------------43
表5.4 實驗分析表面粗糙度結果表--------------------------------------------46
表5.5 實驗分析表面粗糙度回應表--------------------------------------------47
表5.6 實驗分析表面粗糙度變異數分析結果表----------------------------------47
表5.7 實驗分析刀具磨耗結果表----------------------------------------------51
表5.8 實驗分析刀具磨耗回應表----------------------------------------------51
表5.9 實驗分析刀具磨耗變異數分析結果表------------------------------------52
表5.10 實驗分析加工硬化結果表----------------------------------------------55
表5.11 實驗分析加工硬化回應表----------------------------------------------56
表5.12 實驗分析加工硬化變異數分析結果表------------------------------------56
表5.13 實驗分析1/4圓弧尺寸精度結果表---------------------------------------59
表5.14 實驗分析1/4圓弧尺寸精度回應表---------------------------------------59
表5.15 實驗分析1/4圓弧尺寸精度變異數分析結果表-----------------------------60

圖 目 錄
圖2.1 振動切削示意圖-------------------------------------------------------6
圖2.2 刀具磨耗的形態-------------------------------------------------------7
圖2.3 壓電效應------------------------------------------------------------11
圖3.1 精密綜合加工機------------------------------------------------------12
圖3.2 精密綜合加工機系統示意圖--------------------------------------------13
圖3.3 XY精密定位平台實際圖------------------------------------------------14
圖3.4 壓電致動器----------------------------------------------------------15
圖3.5 寬頻電源放大器------------------------------------------------------16
圖3.6 波形產生器----------------------------------------------------------17
圖3.7 線性滑軌結構圖------------------------------------------------------17
圖3.8 工具顯微鏡及數位相機------------------------------------------------18
圖3.9 雷射測距儀----------------------------------------------------------19
圖3.10 表面粗糙度儀--------------------------------------------------------19
圖3.11 切削動力計及訊號放大器----------------------------------------------19
圖3.12 微動平台實際圖------------------------------------------------------21
圖3.13 微硬度試驗機--------------------------------------------------------21
圖3.14 超音波洗淨機--------------------------------------------------------21
圖3.15 微銑刀--------------------------------------------------------------22
圖3.16 振動銑削功能概念圖--------------------------------------------------23
圖3.17 振動加工機構圖------------------------------------------------------24
圖3.18 原始振動加工機構之實體照片------------------------------------------24
圖3.19 振動加工機構之實體照片----------------------------------------------25
圖4.1 實驗流程圖----------------------------------------------------------28
圖4.2 振幅量測裝置示意圖--------------------------------------------------30
圖4.3 切削力量測訊號圖----------------------------------------------------32
圖4.4 切削力量測設備配置圖------------------------------------------------32
圖4.5 刀具之刀腹實體圖----------------------------------------------------33
圖4.6 量測VB值示意圖------------------------------------------------------33
圖4.7 實驗裝置配置圖------------------------------------------------------35
圖4.8 銑削全圓圖----------------------------------------------------------36
圖4.9 量測1/4圓弧尺寸精度示意圖-------------------------------------------37
圖5.1 X軸振幅-電壓圖(100Hz)-----------------------------------------------39
圖5.2 X軸振幅-電壓圖(500Hz)-----------------------------------------------39
圖5.3 X軸振幅-電壓圖(5kHz)------------------------------------------------39
圖5.4 X軸振幅-電壓圖(15kHz)-----------------------------------------------40
圖5.5 Y軸振幅-電壓圖(100Hz)-----------------------------------------------40
圖5.6 Y軸振幅-電壓圖(500Hz)-----------------------------------------------40
圖5.7 Y軸振幅-電壓圖(5kHz)------------------------------------------------41
圖5.8 Y軸振幅-電壓圖(15kHz)-----------------------------------------------41
圖5.9 確認實驗之平均切削力------------------------------------------------44
圖5.10 AVE：1.15N----------------------------------------------------------45
圖5.11 AVE：0.96N----------------------------------------------------------45
圖5.12 AVE：0.99N----------------------------------------------------------45
圖5.13 AVE：0.79N----------------------------------------------------------45
圖5.14 AVE：0.71N----------------------------------------------------------45
圖5.15 AVE：0.58N----------------------------------------------------------45
圖5.16 確認實驗表面狀況照片(×200)------------------------------------------48
圖5.17 確認實驗表面粗糙度圖------------------------------------------------48
圖5.18 Ra：0.2358μm -------------------------------------------------------49
圖5.19 Ra：0.1156μm -------------------------------------------------------49
圖5.20 Ra：0.1132μm -------------------------------------------------------50
圖5.21 Ra：0.0560μm -------------------------------------------------------50
圖5.22 Ra：0.0835μm -------------------------------------------------------50
圖5.23 Ra：0.0407μm -------------------------------------------------------50
圖5.24 確認實驗刀腹磨耗圖(×500)--------------------------------------------53
圖5.25 VB：16μm -----------------------------------------------------------54
圖5.26 VB：18μm -----------------------------------------------------------54
圖5.27 VB：12μm -----------------------------------------------------------54
圖5.28 VB：14.5μm ---------------------------------------------------------54
圖5.29 VB：15μm -----------------------------------------------------------55
圖5.30 VB：17μm -----------------------------------------------------------55
圖5.31 加工硬化之趨勢圖 ---------------------------------------------------58
圖5.32 確認實驗之振動銑削1/4圓弧尺寸精度表面照片---------------------------61
圖5.33 誤差值：0.0576mm ---------------------------------------------------62
圖5.34 誤差值：0.0537mm ---------------------------------------------------62
圖5.35 誤差值：0.0501mm ---------------------------------------------------62
圖5.36 誤差值：0.0463mm ---------------------------------------------------62
圖5.37 誤差值：0.0422mm ---------------------------------------------------62
圖5.38 誤差值：0.0382mm----------------------------------------------------62

參考文獻
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