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研究生: 黃偉誠
Wei-Cheng Huang
論文名稱: 於CNC車床對Al-6061T6鋁合金之表面精加工研究
Research on the Surface Finish of Al-6061T6 on a CNC Turning Machine
指導教授: 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 向四海
Su-Hai Hsiang
蔡曜陽
Yao-Yang Tsai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 102
中文關鍵詞: 球擠光球拋光CNC車床田口實驗計劃法表面粗糙度Al-6061T6
外文關鍵詞: Ball burnishing, Ball polishing, CNC turning machine, Taguchi’s method, Surface roughness, Al-6061T6
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本論文研究目的為在CNC車床上對Al-6061T6鋁合金進行球擠光、球拋光等表面精加工研究。本研究以田口實驗計畫法找出球擠光與球拋光的最適參數組合以獲得最佳的表面粗糙度,並將圓柱面最適參數應用於錐度試件,以觀察表面粗糙度改善情況。
本研究的球擠光與球拋光實驗皆採用田口L9直交表進行,藉由S/N Ratio及變異數分析(ANOVA)探討各參數對表面粗糙度的影響,進而求得最適表面粗糙度的加工參數組合。經由實驗結果得到的最適球擠光參數組合為:擠光力60 N,進給率0.05 mm/rev,主軸轉速180 rpm,使用機油(cst68 @ 40゚C)作為潤滑油,可使表面粗糙度由Ra 1.0 μm改善至Ra 0.147 μm;球拋光最適參數組合為:壓深100 μm,進給率0.02 mm/rev,研磨棒轉速15,000 rpm,主軸轉速60 rpm,可得表面粗糙度Ra 0.097 μm。
以圓柱面最適球擠光、球拋光參數組合對錐度試件進行應用,拋光後表面粗糙度Ra約為0.09 μm。


The purpose of this research is to study the surface finishing processes on the CNC turning machine for Al-6061T6, to improve its surface roughness. In order to improve surface roughness, the Taguchi’s L9 matrix experiments have been carried out to determine the suitable combination of the process parameters. By using S/N Ratio, the ANOVA analysis and the verification tests, the appropriate ball burnishing and ball polishing process parameters have been determined. According to the experimental results, the determined appropriate ball burnishing parameters were as follows : burnishing force of 60 N, feed rate of 0.05 mm/rev, spindle speed of 180 rpm and use of machine oil (cst68 @ 40゚C) as lubricant. The turned surface roughness of the test specimen could be improved from Ra 1.0 μm to Ra 0.147 μm. The appropriate ball polishing parameters were as follows : depth of penetration of 100 μm (1.59N), feed rate of 0.02 mm/rev, polishing speed of 15,000 rpm and spindle speed of 60 rpm. The burnished surface roughness could be improved from Ra 0.147 μm to Ra 0.097 μm. Applying these suitable parameters to the taper workpiece, the surface roughness of Ra 0.09 μm could be obtained.

摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖索引 VIII 表索引 X 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 研究方法及論文架構 6 第二章 相關理論介紹 7 2.1 球擠光加工原理 7 2.2 球擠光加工之重要參數 8 2.2.1 擠光力 8 2.2.2 擠光球材質 8 2.2.3 進給率 9 2.2.4 潤滑劑 9 2.3金屬之彈性接觸 9 2.4 擠光加工區域的潤滑模式【27】 12 2.4.1 邊界潤滑 12 2.4.2 混合潤滑 13 2.4.3 液動潤滑 13 2.5 球拋光加工原理 13 2.5.1 磨料 14 2.5.2 轉速 14 2.5.3 進給 15 2.5.4 壓深 15 2.6 表面粗糙度 15 2.6.1 表面粗糙度定義【27】 15 2.6.2 表面粗糙度參數表示【26】 16 第三章 田口實驗計畫法 18 3.1田口實驗計畫法簡介【28】 18 3.2 參數設計【29】 18 3.3 因子之分類【29、30】 19 3.3.1 信號因子 19 3.3.2 雜音分子 20 3.3.3 控制因子 20 3.4 信號雜訊比【6】 20 3.5 變異數分析(ANOVA)【31、32】 21 3.6 F分布【32】 25 3.7 直交表【28、29】 26 3.8 最佳條件預估及驗證實驗【33】 28 第四章 實驗方法與程序 29 4.1 實驗方法 29 4.2 試件材料【34】 33 4.3 實驗設備 34 4.3.1 CNC車床【35】 34 4.3.2 荷重計(Load cell) 35 4.3.3 無線傳輸裝置 36 4.3.4 刀座夾具 37 4.3.5 球擠光工具 38 4.3.6 球拋光工具 39 4.3.7 表面粗糙度量測儀 42 4.4 球擠光、球拋光加工參數 43 4.5 實驗流程 44 第五章 實驗結果與分析 46 5.1 球擠光加工田口實驗 46 5.1.1 球擠光之力量運算 47 5.1.2 球擠光加工實驗S/N Ratio計算 49 5.1.3 ANOVA變異數分析 53 5.1.4 最適參數條件之S/N Ratio預測及驗證實驗 55 5.2 球拋光加工田口實驗 57 5.2.1 球拋光加工實驗S/N Ratio計算 59 5.2.2 ANOVA變異數分析 62 5.2.3 最適參數條件之S/N Ratio預測及驗證實驗 63 5.2.4 拋光球之磨耗分析 64 5.3 表面組織觀察 65 5.4 最適球擠光、球拋光參數組合應用於錐度試件 69 第六章 結論與未來展望 72 6.1 結論 72 6.2 未來展望 73 參考文獻 74 附件一 兩圓球間的彈性接觸【9】 78 附件二 常見的表面粗糙度表示法 79 附件三 F分佈臨界值表(F0.05,v1,v2) 83 附錄四 球擠光加工力變化圖 84 附錄五 最適參數應用於圓弧試件 85

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