微切削加工是近年來發展的新興技術，也是生產精密元件的重要技術之一。然而，在切削過程中所產生的殘留毛邊不只使得精密元件表面粗糙度惡化，也讓其光學和摩擦性能受到嚴重的影響。本研究之目的是探討微切削中毛邊的形成機制，並尋找有效的方法把毛邊的尺寸降至最低。此微切削實驗在不同切削深度、不同切削速度的加工參數下以34度的單點鑽石刀具予以完成。並進行直接切入法與螺旋切入的研究與分析，且對刀具的鋒利度、進刀率方向和刀具傾斜造成的影響進行了研究，並利用光學顯微鏡和電子顯微鏡來檢測加工後的試片表面及鑽石刀具。
結果表示，刀具切削刃的尖銳度對毛邊的形成有著重大的影響且毛邊的大小可以通過降低切削深度或增加切削速度來減少。這意味著，毛邊可利用鋒利的切削刀具和周密的切削規劃予以最小化。

Micro-cutting process is an emerging technology and is playing an important role in ultra-precision machining processes. However, the residual burrs generated during the cutting process not only worsen the surface roughness but also make the optical and tribological properties of the obtained component unacceptable. This study aimed to investigate the mechanisms of burr formation and to search for an effective way of minimizing burr. A 34 degree sharp single crystal diamond tool was used for micro-cutting experiments under various cut depths and speeds. Both plunge-cut and spiral-cut approaches were conducted and analyzed in the study. The influence of tool sharpness, cross-feed direction and unevenness caused by tilting the tool were also studied. Optical microscope and scanning electronic microscope were used to examine the obtained surfaces and the diamond tool. The results showed that, the sharpness of the tool cutting edge proved to have significant effect on burr formation. Burr size could be reduced by decreasing cut depth and/or increasing cutting speed. This means that burr can be minimized by using sharp cutting tool and carefully planned cutting sequences.

目錄
中文摘要 ..................................................................................................... I
英文摘要 .................................................................................................... II
致謝 .......................................................................................................... IV
目錄 ............................................................................................................ V
圖目錄 ..................................................................................................... VII
表目錄 ........................................................................................................ X
第一章 緒論...............................................................................................1
1-1 前言 .............................................................................................. 1
1-2 研究背景 ...................................................................................... 3
1-3 研究動機與目的 .......................................................................... 5
第二章 文獻回顧與理論基礎 .................................................................. 7
2-1 金屬切削原理 .............................................................................. 7
2-2 切削力學理論 ............................................................................ 11
2-2-1 二維切削力學理論 .......................................................... 11
2-3 切削條件對切屑形成之影響 .................................................... 15
2-3-1 切屑的幾何 ...................................................................... 15
2-3-2 最小切削厚度 .................................................................. 17
2-3-3 切屑厚度及加工力量 ...................................................... 17
2-3-4 尺寸效應 .......................................................................... 18
2-3-5 剪切角的影響 .................................................................. 19
2-3-6 摩擦尺寸效應 .................................................................. 20
2-3-7 進給率的影響 .................................................................. 20
2-3-8 切屑流預測模型 .............................................................. 21
2-4 毛邊的形成與形狀 ..................................................................... 22
2-4-1 毛邊定義 .......................................................................... 22
2-4-2 毛邊型態及產生之機制 .................................................. 22
2-4-3 毛邊形成之分析 .............................................................. 25
2-5 刀具與切削條件之影響 ............................................................. 30
2-5-1 刀具導角（lead angle）的影響 ......................................30
2-5-2 導角與切深的影響 .......................................................... 31
2-5-3 進給率的影響 .................................................................. 31
2-5-4 毛邊預測模型 .................................................................. 32
2-5-5 毛邊移除 .......................................................................... 33
第三章 實驗設備與實驗步驟 ................................................................ 36
3-1 實驗目的 .................................................................................... 36
3-2 實驗規劃 .................................................................................... 36
VI
3-3 實驗設備及方法 ........................................................................ 38
3-3-1 加工工件與刀具： .......................................................... 38
3-3-2 加工方法 .......................................................................... 40
3-4 加工表面檢測 ............................................................................ 45
3-4-1 切削後表面之檢測 .......................................................... 45
3-4-2 毛邊寬度與長度之檢測 .................................................. 46
第四章 研究結果與討論 ........................................................................ 47
4-1 不同加工方法對滾筒微結構之影響 ......................................... 47
4-1-1 直接切入法與螺旋切入法之影響 ................................... 47
4-1-2 容許定位誤差 ................................................................... 49
4-1-3 刀具強度與加工參數 ....................................................... 50
4-2 直接切入法對切屑及毛邊的影響 ............................................ 51
4-2-1 進給向的影響 ................................................................... 51
4-2-2 左向進給 ........................................................................... 52
4-2-3 右向進給 ........................................................................... 54
4-2-4 切削深度的影響 ............................................................... 55
4-2-5 切削道次之切深的影響 ................................................... 59
4-2-6 切削道次與道次切深的影響 ........................................... 61
4-2-7 切削速度的影響 ............................................................... 68
4-3 螺旋切入法對切屑及毛邊的影響 ............................................. 74
4-3-1 螺旋向左（進給）切入之影響 ....................................... 74
4-3-2 螺旋向右（進給）切入之影響 ....................................... 76
4-3-3 螺旋向左切入之切削深度的影響 ................................... 77
4-3-4 螺旋向右切入之切削深度的影響 ................................... 78
4-3-5 螺旋向左切入之切削道次的影響 ................................... 81
4-3-6 螺旋向右切入之切削道次的影響 ................................... 82
4-4 螺旋切入法對溝槽疊合的影響 ................................................. 83
4-4-1 螺旋向左切入之影響 ....................................................... 83
4-4-2 螺旋向右切入之影響 ....................................................... 84
4-4-3 切削道次之影響 ............................................................... 86
4-5 刀具傾斜角對切屑及毛邊的影響 ............................................. 87
4-5-1 傳統與新式增亮膜之刀具傾斜角度 ............................... 87
4-5-2 不同刀具傾斜角度之影響 ............................................... 88
第五章 結論.............................................................................................90
參考文獻 ...................................................................................................92
VII
圖目錄
圖1-1 Roll-to-Roll 製程示意圖 ................................................................ 2
圖1-2 15〞TFT-LCD Monitor 各零組件成本比重 ................................. 3
圖1-3 背光模組的基本構造 ..................................................................... 4
圖2-1 正交切削與斜切削示意圖 ........................................................... 10
圖2-2 切削力關係圖 ............................................................................... 11
圖2-3 切屑形成模型 ............................................................................... 15
圖2-4 剪切角對切屑形成之影響 ........................................................... 17
圖2-5 未變形切屑厚度和切削速度對變形切屑厚度的影響 ............... 18
圖2-6 未變形切屑厚度和切削速度對切削力和推力的影響 ............... 18
圖2-7 未變形切屑厚度和切削速度對切削力和推力的影響 ............... 19
圖2-8 未變形切屑厚度和切削速度對具體切削能的影響 ................... 19
圖2-9 未變形切屑厚度和切削速度對摩擦係數的影響 ....................... 20
圖2-10 切削毛邊類型 ............................................................................. 23
圖2-11 刀尖形（K）毛邊 ...................................................................... 24
圖2-12 鋸開型（S）毛邊 ....................................................................... 25
圖2-13 破損型（B）毛邊 ...................................................................... 25
圖2-14 捲曲型毛邊（C）毛邊 .............................................................. 25
圖2-15 波浪型毛邊（W）毛邊 ............................................................. 25
圖2-16 正交切削中毛邊形成機制示意圖 ............................................. 26
圖2-17 最終毛邊幾何示意圖 ................................................................. 27
圖2-18 毛邊/破裂形成模型 .................................................................... 27
圖2-19 足部毛邊SEM 圖 ....................................................................... 28
圖2-20 毛邊形成機制示意圖Ⅰ ............................................................. 28
圖2-21 毛邊形成機制示意圖Ⅱ ............................................................. 29
圖2-22 導角對毛邊尺寸的影響 ............................................................. 30
圖2-23 於不同導角下切深對毛邊高度的影響 ..................................... 31
圖2-24 毛邊形成發展圖 ......................................................................... 33
圖2-25 黃銅與不銹鋼微結構中毛邊移除後的比較圖 ......................... 34
圖3-1 實驗規畫流程圖 ........................................................................... 37
圖3-2 實驗材料 ....................................................................................... 38
圖3-3 柳松單晶鑽石尖刀 ....................................................................... 38
圖3-4 超精密四軸加工機 ....................................................................... 39
圖3-5 試片P1 與S1 切削示意圖 ...........................................................42
圖3-6 試片P1 與試片S1 切削示意圖...................................................42
圖3-7 試片P2、P3 與S2 切削示意圖 .................................................. 42
圖3-8 試片P2、P3 切削示意圖 .............................................................43
VIII
圖3-9 試片S2 切削示意圖 ..................................................................... 43
圖3-10 P 與S 試片刀具與工件之夾角示意圖 ..................................... 44
圖3-11 光學顯微鏡 ................................................................................. 45
圖3-12 電子式掃描顯微鏡 ..................................................................... 45
圖3-13 毛邊測量點示意圖 ..................................................................... 46
圖3-14 毛邊寬度與長度之量測示意圖 ................................................. 46
圖4-1 超精密鑽石加工微結構滾筒的方式 ........................................... 47
圖4-2 螺旋切入法 ................................................................................... 48
圖4-3 直接切入法 ................................................................................... 48
圖4-4 傳統增亮膜微結構之容許定位誤差 ........................................... 49
圖4-5 新型增亮膜微結構之容許定位誤差 ........................................... 49
圖4-6 刀具定位誤差值超過容許範圍使模具微結構發生錯位之情形
................................................................................................................... 50
圖4-7 直接切入法中左向橫向進刀 ....................................................... 51
圖4-8 直接切入法中右向橫向進刀 ....................................................... 51
圖4-9 直接切入法中切痕兩側之材料堆積之OM 與SEM 圖 ............ 52
圖4-10 直接切入法左向進給之微溝槽SEM 圖 ................................... 52
圖4-11 尖刀進行切削時切屑流動示意圖 ............................................. 53
圖4-12 進給側尖點佈滿毛邊及未切斷切屑之OM 與SEM 圖 .......... 53
圖4-13 直接切入法右向進給，微切槽之OM 與SEM 圖 .................. 54
圖4-14 直接切入法之切深1μm 微溝槽之OM 與SEM 圖 ................. 55
圖4-15 直接切入法之切深3μm 微溝槽之OM 與SEM 圖 ................. 56
圖4-16 直接切入法之切深5μm 微溝槽之OM 與SEM 圖 ................. 57
圖4-17 1μm、3μm 與5μm 之溝槽兩側毛邊寬度及長度比較圖 ........ 58
圖4-18 第二道次不同深度之OM 與SEM 圖 ...................................... 60
圖4-19 切深1μm 之道次影響OM 與SEM 圖 ..................................... 61
圖4-20 道次與切深比較SEM 圖 ........................................................... 62
圖4-21 同切深不同道次之溝槽兩側毛邊寬度及長度比較圖 ............. 63
圖4-22 切深3μm 之道次影響OM ........................................................ 64
圖4-23 切深5μm 之道次影響OM 圖 ................................................... 65
圖4-24 切深5μm 之道次影響SEM 圖 ................................................. 66
圖4-25 切深1μm、3μm、5μm 第二道次後之毛邊尺寸改善率 ......... 67
圖4-26 以不同切削速度加工之溝槽OM 圖 ........................................ 69
圖4-27 以不同切削速度加工之溝槽SEM 圖 ....................................... 70
圖4-28 剪切角與切削力、推力之關係圖 ............................................. 71
圖4-29 切削速度加工之溝槽兩側毛邊寬度及長度比較圖 ................. 73
圖4-30 螺旋向左切削之切屑厚度示意圖 ............................................. 74
圖4-31 螺旋向左切削之毛邊形成示意圖 ............................................. 74
IX
圖4-32 螺旋向左切削之模具表面微溝槽之OM 與SEM 圖 .............. 75
圖4-33 螺旋向左切削之模具表面OM 圖 ............................................ 75
圖4-34 模具轉印圖 ................................................................................. 76
圖4-35 螺旋向右切削之切屑厚度示意圖 ............................................. 76
圖4-36 螺旋向右切削之毛邊形成示意圖 ............................................. 76
圖4-37 螺旋向右切削之模具表面微溝槽 ............................................. 77
圖4-38 螺旋向左切削之溝槽深度OM 圖 ............................................ 78
圖4-39 螺旋向左切削深度之SEM 圖 ................................................... 78
圖4-40 螺旋向右切削之溝槽深度OM 圖 ............................................ 79
圖4-41 螺旋向右切削深度之SEM 圖 ................................................... 79
圖4-42 螺旋向左切削之溝槽兩側毛邊寬度及長度比較圖 ................. 80
圖4-43 螺旋向右切削之溝槽兩側毛邊寬度及長度比較圖 ................. 80
圖4-44 螺旋向左切削之道次影響OM 圖 ............................................ 81
圖4-45 螺旋向左切削之道次影響SEM 圖 ........................................... 82
圖4-46 螺旋向右切削之道次影響OM 圖 ............................................ 82
圖4-47 螺旋向右切削之道次影響SEM 圖 ........................................... 82
圖4-48 向左與向右之二刀切削後溝槽兩側毛邊產生情況之差異 ..... 83
圖4-49 螺旋向左切削之溝槽疊合示意圖 ............................................. 83
圖4-50 螺旋向左溝槽疊合之OM 與SEM 圖 ...................................... 84
圖4-51 螺旋向右切削之溝槽疊合示意圖 ............................................. 85
圖4-52 螺旋向右溝槽疊合之OM 與SEM 圖 ...................................... 86
圖4-53 螺旋向右二道次切削 ................................................................. 87
圖4-54 螺旋向左二道次切削 ................................................................. 87
圖4-55 傳統與新式增亮膜之刀具兩側對切屑厚度的影響 ................. 88
圖4-56 刀具傾斜造成不同切屑厚度之示意圖 ..................................... 88
圖4-57 切深5μm 之切槽兩側毛邊成形之OM 與SEM 圖 ................. 89
圖4-58 刀具進行切削時切屑流動示意圖 ............................................. 89
X
表目錄
表2-1 不同加工方法所產生的毛邊種類 ............................................... 22
表3-1 鑽石刀具規格 ............................................................................... 39
表3-2 試片P1 與S1 加工參數 ............................................................... 40
表3-3 試片P2 與S2 加工參數 ............................................................... 41
表3-4 試片P3 加工參數 ......................................................................... 41
表4-1 螺旋切入與直接切入法之比較表 ............................................... 48
表4-1 切深1μm 毛邊之寬度與長度值 .................................................. 55
表4-2 切深3μm 毛邊之寬度與長度值 .................................................. 56
表4-3 切深5μm 毛邊之寬度與長度值 .................................................. 57
表4-4 切深1μm，三道次毛邊之寬度與長度值 ................................... 62
表4-5 切深3μm，二道次毛邊之寬度與長度值 ................................... 65
表4-6 切深5μm，二道次毛邊之寬度與長度值 ................................... 66
表4-7 切深3μm，速度5mm/min 毛邊之寬度與長度值 ..................... 72
表4-8 切深3μm，速度30mm/min 毛邊之寬度與長度值 ................... 72
表4-9 切深3μm，速度50mm/min 毛邊之寬度與長度值 ................... 72
表4-10 切深3μm，速度90mm/min 毛邊之寬度與長度值 ................. 72
表4-11 螺旋向左切削之毛邊寬度與長度值 ......................................... 79
表4-12 螺旋向右切削之毛邊寬度與長度值 ......................................... 80

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