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研究生:蔡隆泰
研究生(外文):Lung-Tai Tsai
論文名稱:熱縮刀桿內孔研磨參數最佳化研究
論文名稱(外文):Optimization of Internal Face Grinding for Shrink Fit Tool Holder
指導教授:林炎成林炎成引用關係楊進煌
指導教授(外文):Yan-Cherng LinGene-Huang Yang
口試委員:鄭朝旭黃立仁林炎成楊進煌
口試委員(外文):CHAO-SYU JHENGLI-REN HUANGYan-Cherng LinGene-Huang Yang
口試日期:2014-05-03
學位類別:碩士
校院名稱:南開科技大學
系所名稱:車輛與機電產業研究所
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:內孔研磨熱縮刀桿田口實驗計劃法
外文關鍵詞:internal grindingshrink fit tool holderTaguchi method
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本研究使用具高速主軸之內孔研磨機對SKD61熱縮刀桿進行內孔表面研磨精修加工實驗,探討熱縮刀桿內孔表面的精修效果。實驗的進行乃藉田口實驗計畫法之L18直交表規劃主要的研磨加工參數設定值,進行內孔表面的研磨精修實驗。內孔精修加工探討的加工特性選定真圓度、圓筒度、表面粗糙度及加工時間,而內孔研磨精修加工參數則選定為磨粒粒徑號數、磨輪速度、粗研磨進給速度、粗研磨每道次切深、精研磨進給速度、精研磨每道次切深、磨輪修整速度及主軸轉速。經實驗觀察所得之實驗數據經由田口方法(Taguchi method)依品質特性轉換成訊號雜訊比(Signal to noise ratio, S/N ratio)進行加工特性及變異數分析(ANOVA),以求取內孔研磨精修加工特性的最佳參數組合水準,並解析各加工參數對加工特性品質影響的程度,藉以提升加工效率及改善內孔精修加工品質。由研究的結果顯示,在SKD61熱縮刀桿內孔研磨精修加工中對真圓度影響較為顯著的加工參數為精研磨進給速度;而對圓筒度影響較為顯著的加工參數有磨料粒度號數;對表面粗糙度影響較為顯著的加工參數有磨料粒度號數、磨輪速度、粗研磨進給速度、粗研磨每道次切深、精研磨每道次切深與磨輪修整速度;而對加工時間影響最重要的參數為粗研磨進給速度、粗研磨每道次切深。而真圓度、圓筒度、表面粗糙度及加工時間之S/N ratio可分別較初始設定條件4.76 dB、7.30 dB、5.15 dB及4.12 dB。真圓度由0.728m改善到0.421m;圓筒度由1.741m改善到0.752 m;表面粗糙度由1.52 m降低到1.32m;加工所需時間660秒縮短到366秒,熱收縮刀桿內孔研磨精修加工經田口實驗計劃法最佳化參數分析,在最佳加工參數合水準下進行內孔研磨精修加工各加工特性都獲得明顯的提升。經由本研究可以了解內研磨精修加工參數與加工特性間的關係,並得到最佳之加工參數組合水準值,建立高效率、高精度及高品質加工表面之熱縮刀桿內孔表面研磨精修加工技術,提供工業與學術界參考。
The goal of this study was to investigate the optimal parameters settings in internal grinding for shrink fit tool holder. The effects of the main grinding parameters on surface finishing responses were comprehensively investigated based on Taguchi method to confirm the benefits of this finishing process. The main process parameters such as abrasive grain size, grinding wheel speed, feed rate for rough, depth for rough, feed rate for finishing, depth for finishing, dressing speed, and wokpiece rotational speed were chosen to determine their effects on grinding performance relating to roundness, cylindricity, surface roughness roundness, and machining elapsed time in the internal surface grinding of the shrink fit tool holder. The experimental response values were transferred to signal-to-noise (S/N) ratios according the types of quality characteristics, and then the significant machining parameters associated with the grinding performance were examined by analysis of variance (ANOVA). In addition, the optimal combination levels of the grinding parameters were also obtained from the response plots of S/N ratios to improve the machining efficiency and the quality of internal surface finishing. The experimental results showed that the significant machining parameters affecting the roundness was feed rate for finish; abrasive grain size was the significant parameter with relation to the cylindricity; in addition, the significant parameters with regard to surface roughness were abrasive grain size, grinding wheel speed, feed rate for rough, depth for rough, depth for finish, and dressing speed, as well as feed rate for rough, depth for rough were the significant parameters in regard to the machining elapsed time. Moreover, The S/N ratios were improved 4.76dB, 7.30 dB 5.15 and 5.12 dB at the optimal combination levels of machining parameters from the confirmation experiments for roundness, cylindricity, surface roughness and machining elapsed time, respectively. The roundness was improved from 0.728 m to 0.421 m, and the cylindricity was promoted from 1.741 m to 0.752 m, and the surface roughness was reduced from 1.52 m to 1.32 m, as well as the machining elapsed time was shortened from 660 s to 366 s. Therefore, the machining characteristics of internal surface grinding as for SKD 61 using in shrink fit tool holder would be improved apparently. The optimal machining parameter settings were achieved. Consequently, the machining performance of internal surface finishing could be enhanced the machining efficiency, precision and quality to meet the requirements of modern manufacturing applications.
目錄

中文摘要…………………………………………………………………i
英文摘要…………………………………………………………………iii
致謝………………………………………………………………………v
目錄………………………………………………………………………vi
表目錄……………………………………………………………………viii
圖目錄……………………………………………………………………ix
第一章 緒論………………………………………………………………1
1.1 研究動機……………………………………………………………1
1.2 研究目的……………………………………………………………2
1.3 研究限制……………………………………………………………3
1.4 文獻回顧……………………………………………………………3
1.4.1 研磨加工之相關研究……………………………………………3
1.4.2 田口實驗計畫方法之相關研究…………………………………4
第二章 基本原理…………………………………………………………5
2.1 合金鋼的基本性質…………………………………………………5
2.1.1 合金鋼的種類…………………………………………………5
2.1.2 合金鋼的成份…………………………………………………5
2.2 材料的選用…………………………………………………………7
2.3 研磨加工……………………………………………………………8
2.3.1 研磨加工基本原理……………………………………………8
2.3.2 研磨加工的參數………………………………………………11
2.4 田口實驗計畫………………………………………………………12
2.4.1 直交表…………………………………………………………13
2.4.2 變異數分析……………………………………………………15
2.4.3 驗證實驗………………………………………………………16
第三章 實驗儀器及實驗方法……………………………………………17
3.1 實驗方法……………………………………………………………17
3.2 實驗儀器設備………………………………………………………17
3.3 實驗參數……………………………………………………………21
3.3.1 研磨加工的參數及定義………………………………………21
3.3.2 實驗觀察值與說明……………………………………………21
3.3.3 參數設定水準及實驗觀察值…………………………………22
3.4 實驗材料……………………………………………………………22
3.5 實驗流程……………………………………………………………23
3.5.1 研磨刀桿………………………………………………………23
3.5.2 量測尺寸…………………………………………………………26
第四章 結果與討論………………………………………………………30
4.1 L18直交表及實驗數據……………………………………………30
4.2 內孔研磨精修加工之真圓度分析…………………………………33
4.3 內孔研磨精修加工之圓筒度分析…………………………………37
4.4 內孔研磨精修加工之表面粗糙度分析……………………………41
4.5 內孔研磨精修加工之加工時間分析………………………………44
4.6 驗證實驗……………………………………………………………47
第五章 結論………………………………………………………………49
參考文獻……………………………………………………………………51
表目錄

表2.1 SKD61合金成份……………………………………………………8
表2.2 L18直交表金成份…………………………………………………14
表3.1 UGC內孔研磨機規格………………………………………………18
表3.2 DH-5表面粗度儀規格………………………………………………19
表3.3 東京精密真圓度量測儀規格………………………………………20
表3.4 參數設定水準及實驗觀察值………………………………………23
表3.5 SKD 61模具鋼基本性質……………………………………………24
表4.1 L18直交表的實驗參數水準…………………………………………31
表4.2 內孔研磨精修加工L18直交表實驗參數水準及觀察值……………32
表4.3 內孔研磨精修加工L18直交表的實驗參數水準……………………32
表4.4 L18直交表的實驗參數組合及實驗觀察值的S/N ratio…………………33
表4.5 內孔研磨精修加工真圓度量測值……………………………………34
表4.6 內孔研磨精修真圓度之變異數分析及F檢定…………………………36
表4.7 內孔研磨精修加工圓筒度量測值……………………………………38
表4.8 內孔研磨精修加工圓筒度之變異數分析及F檢定……………………40
表4.9 內孔研磨精修加工表面粗糙度量測值………………………………41
表4.10 內孔研磨精修加工表面粗糙之變異數分析及F檢定………………43
表4.11 內孔研磨精修加工所需加工時間的量測值…………………………45
表4.12 內孔研磨精修加工所需加工時間之變異數分析及F檢定…………46
表4.13 驗證實驗結果…………………………………………………………48


圖目錄

圖2.1 磨輪的組成及磨耗的型態……………………………………………9
圖2.2 切屑產生的過程-磨粒的犂割示意圖…………………………………9
圖2.3 切屑產生的過程-平坦化磨粒表面的切削示意圖…………………10
圖2.4 研磨加工切屑產生的過程……………………………………………10
圖2.5 不同破壞加工模式下-切屑生成的示意圖…………………………11
圖2.6 內孔研磨加工型態……………………………………………………12
圖3.1 UGC內孔研磨複合機…………………………………………………17
圖3.2 瑞士DIAVITE DH-5表面粗度儀…………………………………18
圖3.3 東京精密真圓度量測儀………………………………………………20
圖3.4 實驗所用之熱縮刀桿圖面……………………………………………24
圖3.5 砂輪修整………………………………………………………………25
圖3.6 粗研磨加工……………………………………………………………25
圖3.7 內徑線上尺寸量測情形………………………………………………26
圖3.8 精研磨加工……………………………………………………………26
圖3.9 定寸量測值……………………………………………………………27
圖3.10 加工時間………………………………………………………………27
圖3.11 中心調整圖示…………………………………………………………28
圖3.12 傾斜調整圖示…………………………………………………………28
圖3.13 熱縮刀桿內孔真圓度量測情形.………………………………………28
圖3.14 圓筒度量測圖示………………………………………………………29
圖3.15 圓筒度量測值計算……………………………………………………29
圖3.16 熱縮刀桿內孔表面粗糙度量測情形…………………………………30
圖4.1 研磨後真圓度(佳)………………………………………………………35
圖4.2 研磨後真圓度(中)………………………………………………………35
圖4.3 研磨後真圓度(差)………………………………………………………36
圖4.4 內孔研磨精修加工真圓度之S/N ratio回應圖………………………37
圖4.5 熱縮刀桿內孔研磨精修加工後圓筒度(佳)……………………………38
圖4.6 熱縮刀桿內孔研磨精修加工後圓筒度(中)……………………………39
圖4.7 熱縮刀桿內孔研磨精修加工後圓筒度(差)……………………………39
圖4.8 內孔研磨精修加工圓筒度之S/N ratio回應圖………………………40
圖4.9 研磨後粗糙度(佳-RZ=0.6).............................42
圖4.10 研磨後粗糙度(中-RZ=1.1)............................42
圖4.11 研磨後粗糙度(差-RZ=2.7)............................43
圖4.12 內孔研磨精修加工表面粗糙度之S/N ratio回應圖………………44
圖4.13 內孔研磨精修加工時間之S/N ratio回應…………………………46



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