本研究主要目的為二，一為設計開發三軸微銑削工具機之Z軸，一為找出微銑切工具鋼之最佳參數。三軸微銑削工具機之Z軸元件包括：滑輪組、超音波馬達、LDGI、高速主軸等，經由設計分析後，將其組立為具上下往復運動，並能以LDGI來感測其位移量，以進行閉迴路控制之加工軸，Z軸，再將其架設於設計分析所得之寶塔型結構機台上，並配合台灣大學柯志遠所設計的XY 共平面平台，及夾治具與微動力計系統則可獲得三軸微銑削工具機之初步架構。關於找出微銑切工具鋼之最佳參數，本研究以直徑0.5mm微銑刀銑削工具鋼SKD61後的加工表面粗糙度為最小做品質特性，以田口實驗分析來得到最佳銑削參數。並以最佳參數精銑透鏡模仁，及利用微動力計量測最佳參數下，其切削力為何。
在田口L9的直交表實驗後，可以得知最佳微銑切工具鋼之參數組合為：刀間距0.01 mm、主軸轉速60,000 rpm、進給量60 mm/min與每次切深0.04 mm。再以最佳微銑切參數進行透鏡模仁之精加工，其精加工後表面粗糙度為0.06μm。利用微動力計所測得之最佳微銑切參數之切削力分別為：X方向0.278N，Y方向0.327N，Z方向為0.365N。

The purpose of this study includes two parts, one is the Z-axis design of a meso-scale 3-axis milling machine, the other is the determination of the optimal micro-milling parameters using a high speed spindle for cutting the tool steel SKD61.
Regarding the Z-axis design of a meso-scale 3-axis milling machine, it mainly includes a pagoda structure, the high speed air bearing spindle, two ultrasonic motors, a laser diffraction grating interferometer (LDGI), and a counter-balance system for the spindle. The optimal geometrical dimensions of the pagoda structure have been determined by the ANSYS software. The Taguchi’s experimental method has been applied to determine the optimal micro-milling parameters for the tool steel SKD61 using a micro-mill with the diameter of 0.5 mm. Based on the Taguchi’s L9 matrix experimental results and the analysis of variation (ANOVA), the optimal micro-milling parameters for milling the tool steel SKD61 were the combination of the stepover of 0.01 mm, the spindle speed of 60,000 rpm, the feed of 60 mm/min, and the depth of cut of 0.04 mm. The cutting forces measured by a micro-dynamometer were 0.278N, 0.327N, and 3.63N with respect to x-, y-, and z-axes, respectively, using the optimal micro-milling parameters. Appling the optimal micro-milling parameters to the surface finish of a lens model, the measured surface roughness of 0.06μm was obtainable.

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