臺灣博碩士論文加值系統

針對6061鋁合金鏡面加工使用單晶鑽石刀具切削，表面粗糙度為評估品質的指標，並以金相實驗先記錄了材料組織。使用田口法「望小」來達到品質特性的最佳化生產，依轉速、進給率、軸向切深等，四因子三水準選定L9(34)直交表作試驗。經變異數分析得到貢獻度為轉速44.03%與進給40.14%。並對兩項重要因子做逐一因子實驗，實驗結果得知轉速並非越高越好，主軸轉速到達6000轉時，加劇了切削震動 ; 進給也並非越慢越好，進給率在F770時，雖出現了極致細密Ra0.025µm以下的表面粗糙度，但過度的磨損刀具影響了刀具壽命，且降低了生產的效率。分析L9(34)最佳化參數及逐一因子中重要因子的收斂狀態，期使大型(3011.78*2681.63*180mm)鋁合金反光背板的表面粗糙度與生產件數可以有所提升。
本研究從初始加工Ra0.089µm及最佳化加工結果Ra0.0315µm比較，整體效益提升了64.6%。在各9件生產中也量化了刀具損壞量測過程，數據再次證明了實驗中轉速與進給參數的最適性能，有效減少刀具積屑瘤及其壽命，並降低對大型工件加工鏡面的影響，達成穩健化加工系統。

This paper involved the use of single crystal synthetic diamond cutting for processing the 6061-T6 aluminum alloy mirror and investigated the surface roughness as an indicator of quality, where the material structure was first recorded by the metallographic experiment. By using the Taguchi method based on "smaller-the better" to achieve optimal production of quality characteristics, the L9 (34) orthogonal table including four factors of speed, feed rate, axial cut depth and other at three levels was selected for testing. The contribution of the variance analysis showed 44.03% for speed and 40.14% for the feed rate. Two important factors were subsequently analyzed by factorial experiment, which showed that higher speed was not necessarily better, as it would increase the vibration during cutting when the axial rotation reached 6000rpm. However, the feed rate should not be too slow, as well, that althoughugh processing with a feed rate of F770 would produce the most delicate surface roughness below Ra 0.025μm, excessive wear of tool would affect its durability and thus, reduce the production efficiency. When analyzing the optimal parameters of L9 (34) and the convergence This paper involved the use of single crystal synthetic diamond cutting for processing the 6061-T6 aluminum alloy mirror and investigated the surface roughness as an indicator of quality, where the material structure was first recorded by the metallographic experiment. By using the Taguchi method based on "smaller-the better" to achieve optimal production of quality characteristics, the L9 (34) orthogonal table including four factors of speed, feed rate, axial cut depth and other at three levels was selected for testing. The contribution of the variance analysis showed 44.03% for speed and 40.14% for the feed rate. Two important factors were subsequently analyzed by factorial experiment, which showed that higher speed was not necessarily better, as it would increase the vibration during cutting when the axial rotation reached 6000rpm. However, the feed rate should not be too slow, as well, that althoughugh processing with a feed rate of F770 would produce the most delicate surface roughness below Ra 0.025µm, excessive wear of tool would affect its durability and thus, reduce the production efficiency. When analyzing the optimal parameters of L9 (34) and the convergence state of the important factors in sequence, that would allow improvement to the roughness of large (3011.78 *2681.63 * 180mm) aluminum alloy reflective surface and its production efficiency.

The comparison of the initial processing with yield of Ra 0.089µmm and the optimized result of Ra 0.0315µm showed an overall improvement by 64.6%. The measurement for tool damage was also quantified in each of the 9 pieces of production. The data again proved the optimal speed and feed parameter for performance in the experiment, to effectively reduce built-up edge and extend its durability, as well as reducing the impact on the mirror surface of large workpiece, in order to achieve a robust processing system.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章 緒論
1. 1前言 1
1. 2研究背景 2
1. 3研究目的 3
1. 4本文結構 4
第二章 金屬切削理論與文獻探討
2. 1前言 5
2. 2文獻回顧 6
2.2. 1田口品質工程應用於金屬銑削成型參數研究 6
2.2. 2鑽石刀具 9
2.2. 3切削液之影響 13
2.2. 4刀具路徑、幾何之影響 14
2. 3刀具之幾何形狀與材質 16
2.3. 1面銑刀 16
2.3. 2切屑槽及斷屑裝置 17
2.3. 3斜角 20
2.3. 4刀尖半徑 22
2. 4切削條件與切削力 23
2.4. 1切削速度 23
2.4. 2進給 24
2.4. 3切削深度與切削比 24
2. 5刀具壽命 25
2.5. 1刀具磨耗形態與判別原因 25
2.5. 2刀具壽命 26
2. 6實驗設計法 28
2.6. 1試誤法 28
2.6. 2一次一因子實驗法 28
2.6. 3全因子實驗法 30
2. 7田口式實驗設計法簡介 31
2.7. 1田口實驗設計流程與方法 31
第三章 研究設備與方法
3. 1 實驗步驟流程圖 44
3. 2 實驗材料與設備 45
3.2. 1 6061-T6材質 45
3.2. 2 加工試片規格及金相試驗 46
3.2. 3 刀具使用規格 49
3.2. 4 萬向頭之龍門銑床工具機 50
3.2. 5 表面粗糙度測量儀 52
3.2. 6 非接觸式測量儀 53
3.2. 7 金相顯微鏡 54
3. 3 實驗方法 55
3.3. 1田口穩健設計 55
3.3. 2品質特性分析與理想機能設定 55
3.3. 3實驗加工路徑與程式規劃 55
3.3. 4選用直交表及因子實驗配置 58
3. 4 表面粗糙度量測與紀錄 62
3. 5 結論 62
第四章 實驗結果與分析
4. 1田口實驗結果與分析 66
4.1. 1表面粗糙度S/N比計算 66
4.1. 2 S/N比數值分析 68
4.1. 3 Y Avg.數據分析 71
4. 2田口方法最佳參數配方及初始加工參數 73
4.2. 1預估控制因子最佳加工參數S/N比(db) 73
4.2. 2預估控制因子初始加工參數S/N比(db) 74
4.2. 3預估最佳參數與初始參數之數據差異 74
4. 3 變異數分析(ANOVA) 74
4. 4 驗證實驗 76
4.4. 1初始條件參數EXP-1與最佳實驗之水準參數 76
4.4. 2最佳參數驗證試片數據紀錄(試片110*60*65mm) 76
4.4. 3驗證加工數據紀錄(大型鋁合金3011.78*2681.63*180mm) 77
4.4. 4 驗證實驗數據分析 78
4.4. 5廠商參考參數與最佳實驗數據比較 78
4. 5 一次一因子實驗法 79
4.5. 1 主軸轉速逐一因子分析 79
4.5. 2 切削進給逐一因子分析 80
4. 6 刀具壽命監控 82
4. 7 效果提升 88
第五章 結論與未來展望
5. 1結論 90
5. 2未來展望 90
參考文獻 91

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