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研究生:陳柏安
研究生(外文):PO-AN CHEN
論文名稱:微細線切割放電加工對微勾角加工精度與品質之研究
論文名稱(外文):The Machining Accuracy and Surface Quality of Micro Hook by Micro-WEDM Technique
指導教授:戴子堯戴子堯引用關係
指導教授(外文):Tzu-Yao Tai
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:機械工程系
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:103
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:178
中文關鍵詞:微細線切割放電加工304L不銹鋼微勾角加工旋轉定位平台微型模仁
外文關鍵詞:micro-WEDM304Lstainless steelrotary positioning platformmicro-hook
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本研究使用線徑30μm之微細鎢線,加工厚度為3mm之304L不銹鋼環型微勾角模仁,並藉由田口實驗法分析放電電流(I)、開路電壓(UHP)、伺服間隙電壓(Ssoll)及放電持續時間(Ton)等放電參數對於槽寬加工、表面粗糙度和材料移除率之影響,藉由田口法所得之結果,再進行全因素實驗法,最終以全因素之最佳參數組,搭配所開發之第六軸立式旋轉定位平台,完成最終之微勾角模仁加工。
由田口實驗可得知,影響槽寬加工、表面粗糙度及材料移除率最主要的兩個放電參數為放電電流(I)與開路電壓(UHP),以此兩個參數進行全因素實驗結果得知放電電流(I)與開路電壓(UHP)之設定值皆為1時,因放電能量小表面飛濺物相對減少,故表面粗糙度佳,也因放電能量小,再鑄層厚度相對縮小,但在尺寸精度上則較不如預期,原因為0.8N之線張力不足以拉緊線電極,線電極在轉角處容易產生延遲,使線電極未達設定之微勾角加工路徑,進而造成尺寸上的誤差,故在最終微勾角模仁加工時,略微調整線張力為1.5N,俾能使尺寸精度有所提升。
由微勾角模仁加工分析可得知,在360°度的模仁中,共加工36個微勾角結構,量測取90度內9個微勾角結構進行量測,得知角度定位平均誤差為0.043°,旋轉角度定位情況良好,而平均偏心量X方向約為7.3μm與Y方向2.6μm,提升線張力為1.5N後,加工微勾角結構誤差值僅在3μm以內,同一結構左右兩邊之誤差也在5μm左右,尺寸精度與再現性佳,最終搭配第六軸立式旋轉定位平台加工微勾角結果,其圓弧部位尺寸最大誤差量僅達5μm,其餘尺寸最大誤差值為2μm,可得到精準之微勾角模仁。
In this study, the micro tungsten wire is used with a diameter of 30μm to fabricate micro hooks which are located around a 304L stainless steel ring with 3mm thickness. The effects of discharge current (I), the open circuit voltage (UHP), the servo gap voltage (Ssoll) and the discharge duration (Ton) on cutting width, surface roughness and material removal rate as well as the optimal condition of experiment are obtained through Taguchi method. Base on the optimal value, the sixth vertical rotary axis positioning platform is employed to finish the micro-mold insert hook.
The results suggest that the discharge current (I) and the open circuit voltage (UHP) are the two most important parameters for cutting width, surface roughness and material removal rate. The best surface roughness is found at small energy due to reduction in thickness of recast layers and craters on the surface. However, the machining accuracy is not as good as expectation because the 0.8N wire tension is insufficient leading to the delay of wire electrode at the corner position. The wire follows the set of machining path, therefore causing size errors. From this study, the wire tension of 1.5N is possible to improve the dimensional accuracy and get the finish micro angular mold insert hook.
There are 36 micro hooks which machined on the workpiece with correspondence to an angle of 360°. The measurement is taken in range 90o angle (9 micro-hooks). The average error of the angle position is 0.043°. The everage deviation of angle position in the X direction and the Y direction is 7.3μm and 2.6μm, respectively. When the wire tension is increased to 1.5N, the error value is within 3μm. The deviation of angle position along two directions is the same (5μm) so the dimensional accuracy and reproducibility are good. The maximum size of the arc parts only reaches to 5μm of error; meanwhile, 2μm is the deviation of other dimensions.
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
總目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2文獻回顧 3
1.2.1放電加工的起源 3
1.2.2 線切割放電加工精度之研究 3
1.2.3 微細線切割放電加工之研究 7
1.2.4 微小結構加工之研究 8
1.2.5線切割放電加工搭配旋轉平台應用與探討 10
1.2.6旋轉平台資料收集與分析 12
第二章理論說明 17
2.1放電加工原理 17
2.1.1放電加工之材料移除過程 17
2.1.2 放電現象的基本轉換過程 19
2.2放電電源供應系統 21
2.2.1放電迴路形式 21
2.2.2放電控制形式 23
2.3線切割放電加工的特性 24
2.3.1加工速度 24
2.3.2加工精度 25
2.3.3表面品質 26
2.4田口式品質工程實驗設計方法 28
2.4.1田口式參數設計 28
2.4.2 直交表簡介 29
2.4.3品質損失函數 30
2.4.4訊號雜訊比 31
2.4.5變異數分析 33
2.4.6驗證實驗 35
第三章實驗內容 36
3.1 實驗流程 36
3.2實驗材料 38
3.3實驗參數規劃 39
3.4第六軸立式旋轉加工平台設計 46
3.4.1平台主體 47
3.4.2主軸 48
3.4.3蝸桿與蝸輪 49
3.4.4前套筒與後套筒 50
3.4.5旋轉固定盤 51
3.4.6其他零件 52
3.4.7第六軸立式旋轉平台成品 53
3.4實驗設備 54
第四章實驗結果 59
4.1田口式實驗結果與分析 59
4.1.1加工槽寬之田口分析 59
4.1.2表面粗糙度之田口分析 65
4.1.3材料移除率之田口分析 70
4.1.4驗證實驗 75
4.1.5 經田口實驗法分析影響放電加工之主要參數 77
4.2全因素實驗 79
4.2.1放電加工參數之解碼 80
4.2.2放電加工參數對表面粗糙度之影響分析 83
4.2.3放電加工參數對表面形貌之影響分析 85
4.2.4放電加工參數對微結構加工之影響分析 88
4.2.5放電加工參數對再鑄層厚度之影響 105
4.2.6平台實際旋轉角度分析 108
4.2.7 各實驗參數分析與放電模組最佳參數組挑選 109
4.3線切割搭配第六軸旋轉平台加工之分析 110
4.3.1環型工件微結構圓弧尺寸分析 110
4.3.2環型工件微結構長寬尺寸分析 115
4.3.3旋轉平台環型微結構角度分析 121
第五章討論 123
5.1放電能量對微型模具加工之影響 123
5.1.1 田口最佳參數組與原機台參數組之分析 123
5.1.2 田口最佳參數組與機台原參數組之再鑄層分析 140
5.1.3全因素實驗之再鑄層分析 143
5.2第六軸立式旋轉平台對線切割加工之影響 144
5.2.1搭配旋轉平台加工後之微結構尺寸分析 144
5.2.2 旋轉平台精度誤差分析 145
第六章結論 149
第七章未來研究與發展 151
參考文獻 152
作者簡介 158
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