臺灣博碩士論文加值系統

Ti-6Al-4V 鈦合金，已大量運用於各個行業，遍及航太工業、軍事武器、以及民生工業等，特別是航太工業最為廣泛使用，由於Ti-6Al-4V具有熱傳導率低、彈性係數小、高化學活性等，進而被歸納為難切削材，也因加工困難度較高，加上航空零件對於表面加工品質要求也較高，所以對於刀具及切削條件的選用，是相當重要的課題。
圓錐桶型刀因具有極大半徑圓弧切刃，在切削加工時與球刀相比，擁有較大的接觸面、切削步距更大、五軸刀具路徑減少等優點，除大幅縮短時間外，圓錐桶型刀更可以縮短刀具夾持長度，除了能夠獲得較好的角度避免碰撞之外，更能夠提高刀具加工時的剛性，獲得更好的表面品質。
本研究是探討圓錐桶型刀應用於Ti-6Al-4V 鈦合金曲面切削加工，利用與工件表面粗糙度有高度相關的加工參數為期望函數進行目標優化，運用田口品質法之望小特性以及表面粗糙度預測模型求得優化製程參數。本研究以hyperMILL編程圓錐桶型刀的五軸加工路徑，選用的製程參數為切削速度、每刃切削量、精加工預留量、精加工路徑間距，進行田口法直交表的調變規劃，由實驗結果進行變異數分析求得優化製程參數組合為切削速度80m/min、每刃切削量0.03mm、精加工路徑間距0.9mm、精加工預留量0.1mm，表面粗糙度為0.437μm，與刀具商所提供之原始參數比較下，表面粗糙度改善約45%。本研究實驗所得之圓錐桶型刀加工參數可作為往後加工Ti-6Al-4V鈦合金時的參考依據，進而提高表面粗糙度品質。

Ti-6Al-4V alloy has been widely used in various industries such as aerospace, military weapons, livelihood, and especially in aerospace. However, due to the low thermal conductivity, small elasticity coefficient, and high chemical reactivity, Ti-6Al-4V is classified as difficult-to-cut material, as well as high machining difficulty and high requirements on surface machining quality of aeronautical parts, the selection of cutting tool and machining conditions is a very important subject.
Compared with ball mill, conical barrel cutter has the advantages of a larger contact surface, larger cutting step, and reduced five-axis tool path due to its maximum circular radius of cutting edges. In addition to significantly reducing the time, conical barrel tools can shorten the tool clamping length, which can obtain a better tilt angle to avoid collisions and improve the rigidity of the tool during machining and obtain better surface machining quality.
This study is to investigate the application of conical barrel cutter for surface machining of Ti-6Al-4V alloy, to optimize the machining parameters that are highly correlated with the surface roughness of the workpiece as the expectation function, and to obtain the optimized process parameters by using the smaller-the-better characteristics from Taguchi method and the surface roughness prediction model. In this study, the five-axis machining path of the conical barrel tool is programmed by hyperMILL, and the selected process parameters are cutting speed, feed per tooth, finishing allowance, and finishing path interval, which are used to carry out the modulation planning of the Taguchi method orthogonal table. According to the analysis of variance with the experimental results, the resulting optimized parameter combination is cutting speed (80 m/min), feed per tooth (0.03 mm), finishing path interval (0.9 mm), finishing allowance (0.1 mm), and surface roughness (0.437μm). Compared with the original parameters provided by the tool manufacturer, the surface roughness is improved by about 45%. The machining parameters of the conical barrel cutter obtained in this study can be used as a reference for the future machining of Ti-6Al-4V alloy, thus improving the surface roughness quality.

摘要...i
Abstract...iii
誌謝...v
目錄...vi
表目錄...viii
圖目錄...ix
名詞中英對照表...xi
第一章 緒論...1
1.1 研究背景...1
1.2 研究動機與目的...2
1.3 文獻回顧...2
1.4 論文架構...6
第二章 理論基礎...7
2.1 鈦合金Ti-6AL-4V材料特性...7
2.2 圓錐桶型刀特性及加工原理...7
2.2.1圓錐桶型刀與切線桶型刀差異...8
2.3 表面粗糙度...9
2.3.1 表面粗糙度量測...9
2.3.2 表面粗糙度表示方法...10
2.4 田口實驗方法...14
2.4.1 田口法原理...15
2.4.2 田口品質三階段...15
2.4.3 品質損失函數...16
2.4.4 直交表...18
2.4.5 靜態特性方法...18
2.4.6 信號噪音比(S/N比)...19
2.4.7 變異數分析...20
2.5 hyperMILL CAD CAM...22
2.6 路徑粗糙度模型...23
2.7 間隔粗糙度模型及加工粗糙度預測...24
第三章 實驗規劃與實驗設備...26
3.1 實驗加工材料與刀具...27
3.1.1加工材料...27
3.1.2切削刀具...28
3.2 實驗儀器設備與規格...29
3.2.1 QUASER UX300...29
3.2.2接觸式表面粗度量測儀 30
3.3 實驗流程步驟...31
3.4 實驗規劃...32
3.5 加工路徑規劃...34
3.6 量測步驟與方法...38
第四章 實驗結果與討論...40
4.1 實驗結果...40
4.2 田口品質特性表面粗糙度變異數分析...41
4.2.1 S/N比計算...41
4.2.2 變異數分析-ANOVA...43
4.3優化參數...44
4.4實驗結果驗證...45
第五章 結論與未來展望...49
5.1 結論...49
5.2 未來展望...50
參考文獻...51
Extended Abstract...54

 

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