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研究生: 蔡誌銘
CHIN - MING TSAI
論文名稱: 小型五軸工具機之A-C軸旋轉平台研製與微銑切無氧銅之最佳參數研究
Development of a A-C Rotary Table for a Meso-scale 5-axis Machine Tool and the Optimal Micro-milling Parameters for the Oxygen Free Copper
指導教授: 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 鄭正元
Jeng-Ywan Jeng
范光照
Kuang-Chao Fan
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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 139
中文關鍵詞: 五軸微型工具機田口實驗微銑削表面粗糙度
外文關鍵詞: Meso-scale5-axis milling machine, Taguchi’s experiment, micro-milling, surface roughness
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  • 本研究旨在設計開發五軸微铣削工具機之A、C軸旋轉平台並進行微铣削無氧銅之最佳化參數,A、C軸旋轉平台係搭配台灣大學與本實驗室共同設計而成之X、Y共平面平台,以及搭配本實驗室設計Z軸架構以及刀具影像定位系統即可完成一五軸微型工具機硬體架構。微铣削無氧銅之最佳參數研究方面,本研究乃以直徑0.1 mm平端铣刀進行加工並以加工後表面粗糙度最小作為品質特性,運用田口方法進行實驗規劃以得到微铣削最佳參數,最後並以此參數進行微流道與銅棒螺旋微溝槽加工應用,本研究以噴射流拋光系統去除微銑削所產生的毛邊。於田口L9直交表實驗後,可得到最佳微銑削無氧銅的參數組合,其加工參數為:進給率20 mm/min、切削深度0.003 mm、切削間距0.009 mm、主軸轉速100,000 rpm。微動力計所量測到最佳參數切削力為:X方向0 N,Y方向0.008 N,Z方向0.135 N。


    This study presents the development of A-C rotary table for a Meso-scale 5-axis milling machine and the determination of the optimal micro-milling parameters. The whole five-axis Meso-scale milling machine feeding mechanism is constructed from three structures which are X Y coplanar stage, a Z-axis mechanism and A-C rotating table. With regard to the determination of the optimal micro-milling parameters, the quality characteristicis the minimum surface roughness of the milled surface.The surface is finished by a micro mill with diameter of 0.1 mm. The Taguchi’s experimental plan method has been applied to get the optimal parameters. After the optimal parameters have been determined, they were applied to manufacture the micro channels and helix micro groove on a copper cylinder. The burr problem of the fabricated micro channels is removed by the abrasive multi-jet polishing process. The optimal micro-milling parameters for milling the oxygen free copper were the combination of the feed of 20 mm/min, the depth of cut of 0.003 mm,the stepover of 0.009 mm, and the spindle speed of 100,000 rpm. The cutting force measured by a micro-dynamometer were 0 N, 0.008 N, and 0.135 N, respectively, with respect to X-, Y-, and Z-axes.

    摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 圖索引 VII 表索引 XI 第一章緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 3 1.2.1 微銑削切削實驗相關 3 1.2.2 微型工具機研究相關 5 1.3 論文架構 7 第二章系統架構介紹 8 2.1 微型五軸工具機系統介紹 8 2.2 X、Y共平面平台 10 2.2.1 線性馬達 11 2.2.2 線性馬達與線性滑軌搭配 12 2.3 A、C軸旋轉平台與工件夾具 17 2.3.1 A、C軸旋轉平台荷重分析 18 2.3.2 A、C軸旋轉平台組裝與校驗 20 2.3.3 工件夾具 22 2.4 刀具影像定位系統 23 2.4.1 影像擷取CCD 24 2.4.2 鏡頭選用 27 2.4.3 背光源 31 2.4.4 影像校正 32 2.5 Z軸主軸夾持與驅動機構 34 2.6 花崗岩寶塔[15] 35 2.7 微動力計 36 第三章田口實驗計畫法 37 3.1 前言 37 3.2 田口實驗計畫法簡介 38 3.3 品質損失函數 40 3.4 因子的分類 43 3.5 信號雜訊比(Signal to noise ratio, S/N Ratio) 44 3.6 變異數分析 47 3.7 F分佈(F distribution) 50 3.8 直交表 (Orthogonal Array) 52 3.9 最佳預估值與確認實驗 55 第四章實驗方法與規劃 56 4.1 實驗規劃流程 56 4.2 最佳微銑削參數實驗之系統架構 58 4.2.1 高速主軸 59 4.2.2 壓力空氣供給系統 60 4.2.3 微銑削刀具及加工材料 61 4.2.4 刀具影像輔助定位方法 64 4.2.5 刀具路徑規劃 67 4.3 實驗量測設備 68 4.3.1 表面粗糙度量測儀 68 4.3.2 工具顯微鏡 69 4.3.3 掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscope, SEM) 70 第五章實驗結果與分析 71 5.1 微銑削無氧銅田口實驗 71 5.1.1 S/N Ratio 計算 73 5.1.2 ANOVA變異數分析 78 5.1.3 預測最佳值與驗證實驗 82 5.1.4 刀具磨耗對於表面粗糙度影響 83 5.2 微銑削最佳參數加工應用 86 5.2.1 四軸銑削圓柱螺旋微溝槽應用 88 5.2.2 螺旋微溝槽加工精度 90 5.2.3 微陣列溝槽加工 93 5.3 磨料噴射流拋光去毛邊 94 5.3.1 拋光移除量化比較 100 5.3.2 微流道及微陣列溝槽深度及表面粗糙度量測 102 5.4 在最佳切削參數下之切削力 103 5.4.1 微動力計系統校驗 103 5.4.2 切削力量測 105 第六章結論與未來展望 108 6.1 結論 108 6.2 未來展望 109 參考文獻 110 附錄一 113 附錄二 114 附錄三 117 附錄四 119 附錄五 122

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