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研究生:徐上祐
研究生(外文):Shu, Shang-Yu
論文名稱:雷射切割6061鋁合金薄板之製程參數最佳化分析
論文名稱(外文):An Analysis on the Optimum Parameters in Laser Cutting 6061 Aluminum Alloy Thin Plates
指導教授:簡文通
指導教授(外文):Chien, Wen-Tung
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:機械工程系所
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:2008
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:雷射切割6061鋁合金田口法灰關聯分析
外文關鍵詞:Laser Cutting6061Aluminum AlloyTaguchi MethodGrey Relational Analysis
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本研究是利用Nd:YAG 雷射對6061鋁合金薄板進行切割,探討雷射加工參數對工件切割斷面之表面粗糙度、熔渣高度及錐度之品質特性,並建立單一及多重目標品質之最佳參數模式。研究流程可分為實驗架構、單一目標及多重目標品質之最佳參數分析等階段。首先利用田口法直交表規劃實驗配置,並選擇氣體種類、尖峰功率、脈衝寬度、脈衝頻率、聚焦位置、切割速度、脈衝重複率及氣體壓力等為雷射切割參數。以表面粗糙度,熔渣高度及錐度作為量測目標,並藉由田口法個別選擇上述之雷射切割品質進行單一目標最佳化分析,經由平均數分析及變異數分析找出對雷射切割品質影響最重要的因子及雷射切割最佳參數組合。接著利用灰關聯分析,找出以表面粗糙度、熔渣高度及錐度為多重目標品質之最佳參數組合。結果顯示在單一目標品質最佳參數分析中,分別得到切割處表面粗糙度為3.343 m、溶渣高度為0.184mm及錐度為3.246°。當加入灰關聯分析後,得知直交表內及值交表外灰關聯分析所得最佳參數結果相同,其切割斷之表面粗糙度為3.177 m、溶渣高度為0.233mm及錐度為3.231°。在多重目標品質與單一目標品質相較後得知以灰關聯內、外值交表分析結果為最佳,上述單一及多重目標品質最佳參數模式均可用做為雷射切割相關研究的參考,並提供雷射切割相關產業之參考及應用。
The purpose of this study is to investigate the characteristics of workpiece cutting cross section quality to surface roughness, dross height of workpiece and cutted taper in laser cutting 6061Aluminum Alloy by Nd:YAG, and construct the optimized parameters model for single and multiple quality objectives. Research procedure can be divided into experimental frame, and analysis for single and multiple quality. Firstly, an orthogonal array of Taguchi method is used to arrange the experimental configuration. The selected laser cutting parameters include gas type, peak power, impulse width, impulse frequency, focusing point, cutting speed, impulse repeatability and, gas pressure. The cutting qualities of surface roughness, dross height of workpiece and cutted taper are then measured and the set above objective of cutting qualities advance to analysis on the optimized parameters for single quality respectively by using Taguchi method. Furthermore, find affects the most important factor of cutting qualities and optimum laser cutting parameter by analysis of mean(ANOM) and analysis of variance(ANOVA). The results of analysis show that the surface roughness is 3.343 m, dross height is 0.184 mm and cutted taper is 3.246° in the single quality objective analysis by using Taguchi method. Finally, after introducing grey relational analysis, it can be found that in the orthogonal array and out of the orthogonal array of grey relational analysis, get the same of parameters. The results of analysis show that the surface roughness is 3.177 m, dross height is 0.233 mm and cutted taper is 3.231°. After the single and multiple quality objectives were
compared. It can seen that the in and out of orthogonal array of grey relational analysis to obtain the optimum results. Above could deduce from the optimized parameters model of single and multiple quality objectives are good enough for the relational research in laser cutting and could be used for practical applications in related industry.

目錄
中文摘要.I
Abstract.II
謝誌IV
目錄Ⅴ
表目錄IX
圖目錄XII
符號索引XV
第1章緒論1
1.1前言1
1.2文獻回顧2
1.2.1 雷射切割2
1.2.2田口法3
1.2.3 灰關聯分析4
1.3研究範圍與目的5
第2章雷射切割7
2.1前言7
2.2雷射原理7
2.2.1 雷射的由來7
2.2.2雷射產生之過程.8
2.2.3雷射束的特性及應用11
2.3雷射切割12
2.3.1雷射切割原理.12
2.3.2雷射切割參數之選擇..13
2.3.3雷射切割的優缺點15
第3章田口法16
3.1前言16
3.2田口法原理.16
3.2.1損失函數16
3.2.2品質特性的種類18
3.2.3直交表19
3.3最佳參數組合程序20
3.3.1定義目標函數20
3.3.2定義設計參數及水準值.20
3.3.3選擇直交表21
3.3.4平均數分析21
3.3.5變異數分析24
3.4田口法的應用26
第4章灰關聯分析27
4.1前言27
4.2灰色系統理論起源與本質27
4.3灰色系統理論應用現況27
4.4灰關聯理論分析27
4.4.1因子空間. 28
4.4.2建立序列之可比性28
4.4.3灰關聯度四大公理29
4.4.4灰關聯係數30
4.4.5辨識係數31
4.4.6灰關聯度31
4.4.7熵測度法為灰關聯度中權重值之決定31
4.4.8灰關聯序33
4.5實驗設計35
4.5.1灰關聯分析應用於多重目標品質問題35
4.5.2定義多重目標函數37
4.5.3定義加工參數水準值及直交表.37
4.5.4直交表內及直交表外灰關聯分析37
4.5.5實驗數據生成及無因次化39
4.5.6灰關聯度之權重值.41
4.5.7灰關聯分析.43
第5章實驗程序44
5.1實驗材料與設備44
5.2實驗目的50
5.3實驗設計51
5.4實驗步驟53
第6章結果與討論55
6.1雷射切割條件單一目標最佳化分析55
6.1.1單一目標品質為表面粗糙度之最佳參數組55
6.1.2 單一目標品質為熔渣高度之最佳參數組合57
6.1.3 單一目標品質為錐度之最佳參數組合60
6.2灰關聯多重目標品質最佳參數組合62
6.2.1直交表內灰關聯多重目標品質最佳參數組合63
6.2.2直交表外灰關聯多重目標品質最佳參數組合66
6.3變異數分析及重要參數對目標函數之影響73
6.3.1單一目標品質為表面粗糙度之變異數分析73
6.3.2單一目標品質為熔渣高度之變異數分析76
6.3.3 單一目標品質為錐度之變異數分析78
6.3.4氣體種類對表面粗糙度之影響.81
6.3.5 切割速度對熔渣高度之影響. 82
6.3.6聚焦位置對錐度之影響84
6.3.7 氣體壓力對多重目標品質之影響86
6.4單一及多重目標品質最佳參數組合確認實驗結果比較91
第7章結論與建議95
7.1結論95
7.2建議98
參考文獻99
附錄 A 直交表量測值與S/N比102
附錄 B 實驗設備規格106
作者簡介.108

參考文獻
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