臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要在探討在振動高速銑削狀態時，以田口氏實驗比較類鑽碳膜(DLC)、氮化鋁鈦(TiAlN)及無鍍層等三種刀具，分別就表面粗糙度及尺寸精度等兩方面，進行實驗結果的分析與比較，並以實驗數據之分析結果比較此三種刀具之切削能力。且於相同切削條件下，改變切削速度，以比較各刀具之磨耗，藉此期望能對於鍍層刀具之銑削性能及破壞有進一步的了解。

本研究採用壓電致動器來產生微幅振動，利用振動加工機構進行振動高速銑削無氧銅，並使用表面粗度儀、工具顯微鏡來量測表面粗糙度、尺寸精度，利用田口氏實驗設計法進行分析。最後，以鍍層刀具進行高速銑削無氧銅，以工具顯微鏡量測各鍍層刀具之刀腹磨耗，觀察鍍層刀具的耐磨耗性。

This thesis mainly discussed the high speed milling (HSM) with vibration. We utilized the Taguchi method to discuss the experimental results of surface roughness and dimensional accuracy. Experiment were carried out with Diamond Like Carbon (DLC)-coated, TiAlN-coated, and uncoated cutters to investigate their cutting performance. Cutting speed was varied and tool wear was studied for further understanding of the fracture and milling performance of tools.

The vibration machining device is driven by piezoelectrical actuator. Oxygen-free copper was milled by the high speed milling mechanism with vibration. Then we measured the surface roughness, dimensional accuracy by surface profilometer and optical microscope. Eventually, we analyzed the results of the high speed milling with vibration by Taguchi method. On the side, coated tools were used to mill oxygen-free copper with high speed. Tool wear was measured by optical microscope in order to observe the wearability of coated tools.

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...................................................8
第二章 實驗原理..........................................................9
2.1 金屬切削原理.....................................................9
2.2 銑削原理........................................................10
2.3 振動銑削原理....................................................11
2.4 表面粗糙度......................................................12
2.5 刀具磨耗........................................................13
2.5.1 刀具磨耗之原因..............................................13
2.5.2 刀具磨耗之型態..............................................14
2.6 塗層薄膜........................................................16
2.6.1 薄膜製作技術................................................16
2.6.2 塗層薄膜的種類..............................................17
2.7 壓電致動原理....................................................17
2.7.1 壓電材料....................................................17
2.7.2 壓電效應....................................................18
第三章 實驗設備及儀器...................................................20
3.1 綜合加工機......................................................20
3.1.1 高速主軸及驅動系統..........................................21
3.1.2 三軸定位平台及驅動系統......................................22
3.1.3 氣壓供給系統................................................23
3.1.4 高速主軸冷卻系統............................................24
3.1.5 CCTV影像監視系統............................................25
3.2 微幅致動控制設備................................................25
3.3 銑削刀具及工件材料規格..........................................28
3.4 量測及檢測設備..................................................30
第四章 實驗規劃.........................................................33
4.1 實驗方法與步驟..................................................33
4.1.1 實驗方法....................................................33
4.1.2 實驗步驟....................................................33
4.1.3 田口法實驗..................................................35
4.2 振動加工機構振幅量測實驗........................................35
4.3 振動高速切削實驗................................................37
4.4 刀具磨耗實驗....................................................40
第五章 結果與討論.......................................................41
5.1 振動加工機構振幅量測結果........................................41
5.2 振動高速銑削實驗結果............................................44
5.2.1 表面粗糙度..................................................44
5.2.2 槽寬尺寸精度................................................52
5.3 高速銑削實驗結果................................................57
5.3.1 刀具表面溫度量測............................................57
5.3.2 刀腹磨耗實驗結果............................................59
第六章 結論.............................................................64
參考文獻.................................................................67
簡歷.....................................................................70

[1] 蔡志成，陳定宇，“高速切削加工條件最佳化技術”，機械月刊雜誌，26卷，3期，
第383頁-390頁，2000年3月。
[2] 葉恆甫，“高速切削是模具製造實習的有效方法”，機械工業雜誌，242期，第121頁- 131頁，2003年。
[3] 鐘清枝，林陽泰，“振動切削特性分析”，國立台灣大學機械所碩士論文。
[4] Z.G. Wang, Y.S. Wong, M. Rahma, “High-speed milling of titanium alloys
using binderless CBN tools”, International Journal of Machine Tools &
Manufacture, vol.45, pp.105-114, 2005。
[5] S. Dolinsek, S. Ekinovic, J. Kopac, “A contribution to the understanding
of chip formation mechanism in high-speed cutting of hardened steel”,
Journal of Materials Processing Technology, vol.157-158, pp.485-490, 2004。
[6] Eiji Shamoto, Toshimichi Moriwaki, “Study on Elliptical Vibration
Cutting”, Annals of the CIRP, vol.43/1, pp.35-38, 1994。
[7] Toshimichi Moriwaki, Eiji Shamoto, “Ultrasonic Elliptical Vibration
Cutting”, Annals of the CIRP, vol.44/1, pp.31-34, 1995。
[8] Toshimichi Moriwaki, Eiji Shamoto, YoungChan Song, Seido Kohda,
“Development of a Elliptical Vibration Milling Machine”, Annals of the
CIRP, vol.53/1, pp.341, 2004。
[9] J.A. Ghani, I.A. Choudhury, H.H. Masjuki, “Wear mechanism of TiN coated
carbide and uncoated cermets tools at high cutting speed applications”,
Journal of Materials Processing Technology, vol.153-154, pp.1067-1073,
2004。
[10] Z.N. Farhat, “Wear mechanism of CBN cutting tool during high-speed
machining of mold steel”, Materials Science and Engineering, vol.A361,
pp.100-110, 2003。
[11] Chen Ming, Sun Fanghong, Wang Haili, Yuan Renwei, Qu Zhenghong, Zhang
Shuqiao, “Experimental research on the dynamic characteristics of the
cutting temperature in the process of high-speed milling”, Journal of
Materials Processing Technology, vol.138, pp.468-471, 2003。
[12] Mirjam Arndt, Thorsten Kacsich, “Performance of new AlTiN coating in dry
and high speed cutting”, Surface and Coatings Technology, vol.163-164,
pp.674-680, 2003。
[13] C.S. Liu, B. Zhao, F. Jiao, “Research on the Characteristics on the
Cutting Force in the Vibration Cutting of a Particle-Reinforced Metal
Matrix Composites SiCp/Al”, Journal of Materials Processing Technology,
vol.129, pp.196-199, 2002。
[14] 陳國亮，張淵智，“利用兩軸振動切削運用在鋁合金微銑削之研究”，第十四屆全國
技術與職業教育研討會論文集，第25頁-34頁，1999年5月。
[15] 張淵智，“振動切削技術應用於微銑削之研究”，國立雲林科技大學機械所碩士論
文，1999年。
[16] 潘冠衛，“振動加工應用於高速微銑削之研究”，國立雲林科技大學機械所碩士論
文，2004年。
[17] Li Jing Wang, Ji Zhao, “Influence on Surface Roughness in Turning with
Ultrasonic Vibration Tool”, International Journal of Machine Tool and
Manufacture,vol.27(2), pp.181-190, 1987。
[18] Toshimichi Moriwaki, Eiji Shamoto, “Ultraprecision Diamond Turning of
Stainless Steel by Ultrasonic Vibration”, Annals of the CIRP, vol.40/1,
pp.559-562, 1991。
[19] Eiji Shamoto, Norikazu Suzuki, Toshimichi Moriwaki, “Development of
Ultrasomic Elliptical Vibration Controller for Elliptical Cutting”,
Annals of the CIRP, vol.51/1, pp.327, 2002。
[20] K. Egashira, K. Mizutani, “Ultrasonic Vibration Drilling of Microholes in
Glass”, Annals of the CIRP, vol.51/1, pp.339, 2002。
[21] 陳國亮，李漢州，“利用振動切削運用在鋁合金小徑孔鑽削之研究”，第十屆
全國技術及技職教育研討會論文集，第50頁-60頁，1998年3月。
[22] 李漢州，“利用振動切削運用在鋁合金小徑孔鑽削之研究”，國立雲林科技大
學機械所碩士論文，1999年。
[23] 楊仁豪，“振動鑽削技術應用於鋁合金及複合材料加工之研究”，國立雲林科
技大學機械所碩士論文，2004年。
[24] E. Siores, W. C. Wong, J. G. Wager, “Enhancing Abrasive Waterjet Cutting
of Ceramics by Head Oscillation Techniques”, Annals of the CIRP,
vol.45/1, pp.327, 1996。
[25] 莊殷，“振動放電加工機制與微孔量產技術之研究”，國立雲林科技大學機械
所碩士論文，2002年。
[26] 周至宏，“品質工程講義”，雲林科技大學機械所課程講義，2004。
[27] 蘇朝墩，“產品穩健設計─田口品質工程方法的介紹與應用”，中華民國品質
協會2000年1月。
[28] 鐘清章，“田口式品質工程導論”，中華民國品質管制協會，1993年2月。
[29] 李鈞澤，“切削刀具學”，文京圖書，1997年。
[30] 唐文聰，韓尚智，“端銑刀使用技術”，機械技術出版社，1992年11月。
[31] 羅吉宗，“薄膜科技與應用”，全華科技圖書股份有限公司，2004年9月。
[32] 林振華，“電子材料”，全華科技圖書股份有限公司，2001年8月。