臺灣博碩士論文加值系統

傳統車削時，由於刀具與工件的切削點一直處於連續接觸狀態，切削液的潤滑與冷卻效果受到限制，刀具在加工過程中產生過熱現象與快速磨損，尤其在脆硬材料如不銹鋼的車削，常導致加工精度降低與成本提高。為克服上述傳統加工的缺點，本論文研究振動輔助車削，其特性為在加工過程中，控制刀具或工件產生高頻微幅的振動，使得刀具與工件的切削點保持間歇性的接觸，此種加工方式可有效減少刀具磨耗與改善工件表面粗糙度。γ
在本文中，根據振動切削理論設計壓電振動刀具，主要原理為將兩平行壓電致動器置於車削刀具之兩側，利用壓電致動器產生機械能驅動刀具，使得刀具尖端具有高頻的微幅橢圓振動。為方便日後機構性能的改善，利用有限元素法(ANSYS 軟體)模擬實際壓電振動刀具，將模態分析模擬結果與敲擊試驗的實驗結果比較，確認有限元素模型的正確性。
比較傳統車削與壓電振動輔助車削，直徑為10mm之SUS304不銹鋼棒的實驗結果，驗證了振動切削，對於改善工件表面粗糙度與減小刀具磨耗的效果，皆優於傳統車削加工方式。另外，由改變壓電致動器的頻率與相位對壓電振動輔助車削效能影響實驗，結果顯示在頻率800Hz、相位差900時，橢圓振動切削可改善刀具的磨耗，並降低表面粗糙度約40%。

Stainless steel (SUS304) is a widely used material, but its processing method is more complicated than most metals. The hard brittle properties of stainless steel makes the tool wear off rapidly while cutting, resulting in lower surface accuracy, reduces the expectancy of tools, and increases the cost of processing. In this study, the piezoelectric actuator will be combined with traditional tools. The design will facilitate the process by producing intermittent elliptical vibration cutting. Through the control input of the piezoelectric actuator voltage、frequency and phase, it can change the path of elliptical vibration cutting tip and intermittent artifacts which help reduce processing time. The result of the Stainless steel (SUS304) cutting test shows, when the frequency is at 800Hz and phase difference of 90o, elliptical vibration cutting can improve the tool ware and reduce the surface roughness of about 40%.

摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文架構 3
第二章 振動輔助車削原理 4
2.1 前言 4
2.2 一般車削加工 4
2.2-1 一般車削原理 4
2.2-2 切屑的形成及其形狀 5
2.2-3 切削溫度 6
2.3 壓電振動輔助加工之原理 8
2.3-1 壓電振動輔助加工 8
2.3-2 振動輔助車削之振動路徑 10
2.3-3 振動路徑座標系統 10
第三章 壓電振動刀具之設計 13
3.1 壓電致動器的特性與應用 13
3.1-1 壓電材料特性 13
3.1-2 壓電制動器的特性 15
3.1-3 壓電制動器之應用 16
3.2 壓電振動刀具設計 17
第四章 壓電振動刀具之有限元素模擬與驗證 21
4.1 有限元素模擬 21
4.1-1 刀具機構模型建立 21
4.1-2 刀具機構模態分析 22
4.1-3 壓電致動器模態分析 25
4.2 有限元素模型驗證 28
4.2-1 敲擊試驗設備 28
4.2-2 敲擊試驗 29
4.2-3 模型驗證 32
4.3 刀具振動路徑預測及驗證 34
4.3-1 實驗設備 34
4.3-2 振動位移量測與驗證 37
第五章 振動輔助車削實驗與結果討論 42
5.1 振動輔助車削加工之參數設計 42
5.1-1 實驗設備 42
5.1-2 實驗步驟 46
5.1-3 實驗流程 50
5.1-4 實驗參數設計 51
5.2 實驗結果與討論 52
5.2-1 傳統車削與壓電振動輔助車削效能比較實驗結果 52
5.2-2 改變壓電致動器的頻率與相位差對振動輔助車削效能比較實驗結果 74
第六章 結論與未來展望 76
6.1 結論 76
6.2 未來展望 77
參考文獻 78

1.C. Nath, M. Rahman, K.S. Neo, A study on ultrasonic elliptical vibration cutting of tungsten carbide.209(2009)4459-4464
2.Xinquan Zhang, A. Senthil Kumar, MustafizurRahman, Chandra Nath, Kui Liu，An analytical force model for orthogonal elliptical vibration cutting technique.14(2012)378-387
3.Chandra Nath, M. Rahman，Effect of machining parameters in ultrasonic vibration cutting.48(2008) 965-974
4.V.IBabitskya,A.N.Kalashnikovb,A.Meadowsa,A.A.H.PWijesundarac,Ultrasonically assisted turning of aviation materials.January 2003, Pages 157–167
5.G. F. Gao, B. Zhao, F.Jiao, C. S. Liu, Researth on the influence of the cutting conditions on the surface microstructure of ultra-thin wall parts in ultrasonic vibration cutting.129(2002)66-70
6.GiDae Kim, Byoung Gook Loh, An ultrasonic elliptical vibration cutting device for micro V-groove machining: Kinematical analysis and microV-groove machining characteristics.190(2007) 181-180
7.Young Chan Song, Chun-Hong Park, ToshimichiMoriwaki, Mirror finishing of Co–Cr–Mo alloy using elliptical vibration cutting.34(2010)784-789
8.簡國諭，陳政雄，超音波振動輔助車削之研究，2009年
9.劉恩廷，蘇裕軒，運用超音波於硬脆材料之精密加工之發展與評估，2009年
10.張勝傑，林正平，不銹鋼之振動輔助車削製程研究，2009年
11.傅光華，機械製造(Kalpakjian&;Schmid：Manufacturing Engineering and Technology 6/E(Brief Version) ，高立圖書，2012年
12.陳晟源，翁豊在，超音波輔助洗削加工之研究，2007年
13.郭韋志，吳忠恕，振動頻率對不銹鋼振動輔助車削品質影響之研究，2004年
14.張瑞慶，張浮明，周志忠，非傳統加工，高立圖書，2008年
15.潘冠衛，陳國亮，振動加工應用於高速微銑削之研究，2004年
16.柯博偉，王俊志，雙軸向振動切削之相位與振幅對單晶矽延脆轉換深度之影響，2011年
17.吳朗，電子陶瓷(壓電)，全新科技圖書，1994年。
18.Jun Kondoh and ShoheiTabushi and Yoshikazu Matsui and ShowkoShioka-wa,elop¬ment of methanol sensor using a shear horizontal surface acoustic wave de¬vice for a direct methanol fuel cell, Sensors and Actuators B 129, pp. 575-580, 2008
19.陳泳潤，洪瑞斌，主軸與基柱結構對工具機動態穩定性之影響，2012年
20.賀喜揚，劉晉奇、壓電扇熱風扇之動態特性研究2012年
21.夸克工作室、謝忠祐、蔡國銘、莊薰仁、陳立罡，電腦輔助工程分析進階範例，易習出版社，2013年