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研究生:何家強
論文名稱:金屬高速切削技術之研究
論文名稱(外文):Study of High Speed Machining Technology for Metal Cutting
指導教授:張錦鋒 博士阮昱霖 博士
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:高速切削高進給速度高主軸轉速
外文關鍵詞:HSMHigh axes feed rateHigh spindle revolution
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速加工(High Speed Machining, HSM)技術是切削條件採用高主軸轉速、高軸向進給率與加工淺切深的切削方式,以獲得最大材料移除率、加工精度佳、表面粗糙度品質高、切削扭力低及刀具熱變形少等特點。
本文以鋁合金材料為實測工件,依據各機型來選用切削刀具以表現出最佳之切削能力,分別在傳統立式中心加工機和高速切削加工機上做切削測試,同時分別以千分表及表面粗糙度測量儀進行實物測試,並比較兩機台在切削相同工件體積時所需的加工時間,以及比較兩者加工出來的工件的表面精度誤差,經過實際切削測試及檢驗工件後,可得知採用高速切削之方式進行切削,其加工時間比傳統切削速度切削加工時間減少48.23%,單位時間平均切削去除率增加44.53%,工件的表面粗糙度改善29.01%;因此利用高速切削所加工出之成品,在品質方面確實都能比一般切削速度所加工出之成品佳,也可減少加工產品時所需的加工時間,所以本測試能驗證高速切削技術的確能符合高速加工之訴求所提的高加工品質、高生產效率及降低生產成本的目標。
High Speed Machining (HSM) technology is a machining method which provided high spindle revolution, high axes feed rate and low cutting depth in order to reach the highest removal rate, precise accuracy and high surface appearance quality.
In the study, the material of aluminum is applied in the cutting experiment of traditional vertical machining center and high speed machining center to compare the processing time and surface precision of work pieces. The experiment result shows that the processing time of high speed cutting is about 48.23% faster than traditional vertical machining center. The average removal rate increases about 44.53% and the surface roughness of work pieces improved for about 29.01%. In comparing with the traditional machining center, the high speed machining center produces a better quality with faster processing time. Therefore, the experiment proves machining with high speeds (HSM) is one of the modern technologies, which in comparison with traditional cutting method which enables the improvement of efficiency, accuracy and quality of work pieces.
摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
附錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 論文架構 3
第二章 文獻探討 4
2.1 切削理論 4
2.2 高速切削技術探討 9
2.3 刀具 15
第三章 高速切削機型設計 19
3.1 傳統立式中心加工機探討 19
3.2 高速切削機型設計 25
3.3 機械結構探討 34

第四章 實驗結果與分析 49
4.1 切削方法與條件之探討 49
4.2 實驗參數規劃及實測結果 52
4.3 實測結果與分析 63
第五章 結論 65
5.1 結論 65
5.2..未來研究方向 66
參考文獻 67

圖目錄
圖2-1 (a)正交切削示意圖及 (b)斜交切削示意圖 5
圖2-2 連續式積屑示意圖 6
圖2-3 不連續式積屑示意圖 7
圖2-4 刀口積屑的連續式切屑示意圖 7
圖2-5 不同工件材質對於高速切削速度之範圍示意圖 10
圖2-6 切削速度和加工精度之間相關圖 10
圖2-7 高速切削技術與相關技術配合圖 11
圖3-1 立式中心加工機外觀圖 19
圖3-2 硬軌-Y軸軌道外觀圖 21
圖3-3 皮帶式主軸示意圖 21
圖3-4 內循環式滾珠螺桿圖 22
圖3-5 立式加工機結構示意圖 24
圖3-6 V-30型高速中心加工機外觀圖 25
圖3-7 線性滑軌外觀圖 27
圖3-8 滑塊束制單元示意圖 28
圖3-9 線軌滑塊潤滑裝置示意圖 29
圖3-10 直結式主軸圖 30
圖3-11 高速加工機結構示意圖 37
圖3-12 工作台位移變形圖 39
圖3-13 工作台應力分布圖 39
圖3-14 鞍座位移變形圖 41
圖3-15 鞍座應力分布圖 42
圖3-16 鞍座位移量模擬分析結果 44
圖3-17 立柱位移量模擬分析結果 46
圖3-18 主軸頭位移量模擬分析結果 48
圖4-1 加工工件樣品圖 50
圖4-2 測試工件切削示意圖 51
圖4-3 實測流程圖 52
圖4-4 工件切削測試之情形 54
圖4-5 傳統立式中心加工機加工之工件成品圖 54
圖4-6 高速切削中心加工機加工之工件成品圖 55
圖4-7 工件量測情形 55
圖4-8 工件平行度測試示意圖 56
圖4-9 工件D和E側垂直度測試示意圖 56
圖4-10 工件F和G側垂直度測試示意圖 57
圖4-11 傳統立式中心加工機切削之工件成品圖 59
圖4-12 高速切削中心加工機切削之工件成品圖 59
圖4-13 表面粗糙度測量儀 60
圖4-14 表面粗糙度量測位置示意圖 61
圖4-15 工件量測情形 61
圖4-16 傳統立式中心加工機切削工件表面粗糙度圖 62
圖4-17 高速切削中心加工機切削工件表面粗糙度圖 62

表目錄
表3-1 文中本機立式中心加工機規格表 20
表3-2 傳統立式中心加工機之滾珠螺桿規範表 23
表3-3 V-30型CNC中心加工機規格表 26
表3-5 累積代表導程誤差和變動容許值 33
表3-6 高速切削機型螺桿規範表 34
表3-7 灰口鑄鐵機械性質表 35
表3-8 工作台模擬分析結果 38
表3-9 工作台對鞍座影響模擬分析結果 41
表3-10 底座模擬分析結果 43
表3-11 立柱模擬分析結果 45
表3-12 主軸頭模擬分析結果 48
表4-1 傳統立式中心加工機之切削參數 53
表4-2 高速切削中心加工機之切削參數 53
表4-3 槓桿千分表規格表 56
表4-4 工件測量數值表 57
表4-5 傳統立式中心加工機之切削參數 58
表4-6 高速切削中心加工機之切削參數 58
表4-7 表面粗糙度儀規格表 60
表4-8 傳統立式中心加工機切削工件表面粗糙度測量值 61
表4-9 高速切削中心加工機切削工件表面粗糙度測量值 62

附錄
附表1.1 2004~2011年全球前十大工具機出口國排名 71
附圖3.1 滾珠螺桿導程量測曲線圖 72
[1] 劉銘晃,臺灣中部地區工具機廠商競爭策略之分析-以高鋒公司為例,亞洲大學經營管理學研究所,碩士論文,2003。
[2] 陳永正,6061鋁合金之高速銑削行為與實驗探討,國立中興大學機械工程研究所,碩士論文,1999。
[3] 曹以明,受工件撓度影響之再生顫振穩定性分析,國立成功大學機械工程研究所,博士論文,2005。
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[5] 張金隆等四人,綠色切削與工具機技術之探討,機械月刊,pp.108-129, 2005。
[6] 黃炳誠,高速及綠色銑削模具鋼曲面時表面特性與刀腹磨耗之探討,國立屏東科技大學機械工程研究所,碩士論文,2009。
[7] 吳忠信,端銑刀銑削表面粗糙度之分析,逢甲大學材料與製造工程研究所,碩士論文,2008。
[8] 傅士桓,金屬正交切削切屑幾何和形成之有限元素模擬,大同大學機械工程研究所,碩士論文,2007。
[9] 林有鎰,林榮慶,應用有限元素法探討斜交切削連續切屑和不連續切屑之模式,國立台灣工業科技大學機械研究所,博士論文,1999。
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[34] 車床能力本位訓練教材-材料認識,行政院勞工委員會職業訓練局,2001。
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[41] 刀具切削條件表,鶴峻實業有限公司,鎢鋼端銑刀型錄,2011。
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