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系統識別號 U0002-3101202123013800
中文論文名稱 線性與傳統伺服馬達CNC三軸銑床加工 420不鏽鋼之表面粗糙度影響探討
英文論文名稱 The Influence of Surface Roughness of 420 Stainless Steel Processed by Linear and Traditional Servo Motor Three-axis CNC Milling Machine
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 109
學期 1
出版年 110
研究生中文姓名 林宜萱
研究生英文姓名 Yi-Hsuan Lin
學號 608370044
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2021-01-14
論文頁數 53頁
口試委員 指導教授-王銀添
委員-林清彬
委員-林健祥
中文關鍵字 420不鏽鋼  表面粗糙度  田口方法  CNC三軸銑床  線性馬達  伺服馬達 
英文關鍵字 420 Steel  Surface Roughness  Taguchi Method  3-axis CNC Milling Machine  Linear Motor  Servo Motor 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究目的為利用線性馬達和伺服馬達驅動之CNC加工機,加工420預硬不鏽鋼(模具鋼),探討其最佳銑削參數組合,以及在高速銑削加工下兩者機台對加工工件的表面粗糙度之影響。本研究會先應用田口方法,求出420預硬不鏽鋼之最佳化銑削參數,實驗選用4個控制因子3水準:主軸轉速、進給率、刀間距和加工方式(平行、環繞、3D等間距)。再以兩種不同馬達驅動之CNC機台各銑削一工件來驗證最佳化銑削參數組合之推估值的再現性。另外,在高速銑削方式加工時,比較兩種機台對銑削後工件表面粗糙度之影響。
實驗結果可得知主軸轉速14,000rpm、進給率500mm/min、刀間距0.01mm、3D等間距銑削方式為最佳化銑削參數組合,將銑削方式微調成平行加工後,其推估表面粗糙度R_a值能達到0.244μm。兩種不同馬達機台在最佳化銑削參數條件加工下,皆能達到實驗的再現性,表面粗糙度R_a值分別為0.246μm和0.247μm。另外在高速銑削方式加工下,線性馬達之機台的工件R_a值為0.222μm相較於伺服馬達以高速銑削方式加工之工件R_a值0.256μm,更能表現出其加工時機台的穩定性。
英文摘要 The purpose of this study was to process 420 prehardened stainless steel (die steel) by a CNC machine driven by a linear motor and a servo motor, and to investigate the optimum milling parameter combination and the effect of the two machines on the surface roughness of the workpiece under high speed milling. In this study, the optimal milling parameters of 420 prehardened stainless steel were obtained by using Taguchi method. Four control factors and three levels were selected in the experiment: spindle speed, feed rate, tool spacing, and processing method (parallel, surround, and 3D equidistance). The reproducibility of the estimation based on the optimal milling parameters was verified by milling one workpiece per CNC machine driven by two different motors. In addition, the effects of the two machines on the surface roughness of the milling workpiece in high speed milling were compared.
The results showed that the optimum milling parameters were the spindle speed of 14,000rpm, feed rate of 500mm/min, cutter spacing of 0.01mm and parallel milling. The R_a value of surface roughness could reach 0.244 μm. The surface roughness R_a values were 0.246 μm and 0.247 m, respectively. The R_a value of the workpiece of the linear motor was 0.222 μm compared with the R_a value of 0.256 μm of the workpiece of the servo motor in the high speed milling mode, which showed the stability of the machine during milling.
論文目次 目錄
誌 謝 I
中文摘要 Ⅱ
英文摘要 III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 3
1.4 論文架構 4
第二章 相關理論介紹 5
2.1 表面粗糙度 5
2.2田口方法 8
2.2.1 品質特性與理想機能 9
2.2.2 田口式直交表 10
2.2.3 信號雜音比 10
2.2.4 ANOVA變異數分析 11
第三章 實驗規劃 14
3.1 實驗設計與步驟 14
3.1.1 實驗程序步驟 14
3.1.2 實驗流程圖 15
3.1.3 選擇品質特性 16
3.1.4 因子探討與設定 16
3.1.5 高速銑削方式參數選擇 17
3.2 實驗設備與材料 18
3.2.1 加工機台設備與刀具 18
3.2.2 加工材料 23
3.2.3 電腦輔助設計與製造軟體 23
3.3 模型的建構與後處理 24
3.3.1 模型的建構 24
3.3.2 模型的後處理 25
3.4 工件之前置處理 28
3.4.1 加工設備與刀具 28
4.3.2 前置作業後處理 30
3.5表面粗糙度檢測 32
3.5.1 表面粗糙度輪廓評定參數的選擇 32
3.5.2 檢測儀器 32
3.5.3 量測方式 36
第四章 結果與討論 38
4.1 表面粗糙度之最佳製程參數 41
4.1.1 量測數據分析 41
4.2 最佳化銑削參數驗證 44
4.2.1 最佳水準回應值之估計 45
4.2.2 最佳化銑削參數推估值之驗證 45
4.3 高速銑削方式對不同機台之加工表現 48
4.4 實驗結果統整 49
第五章 結論與建議 51
5.1 結論 51
5.2 未來研究方向建議 52
參考文獻 53

圖目錄
圖2.1 工件表面全部輪廓 5
圖2.2 中心線平均粗糙度之求法 6
圖2.3 十點平均粗糙度之求法 7
圖2.4 全粗糙度高度之求法 7
圖2.5 產品與製程關係圖 9
圖3.1 實驗步驟流程圖 15
圖3.2 SODICK UH430L三軸CNC加工機外觀 19
圖3.3 新虎將GT-86V三軸CNC加工機外觀 20
圖3.4 碳化鎢球刀(直徑2mm) 22
圖3.5 MST E32-SLRA3-50-M22刀桿 22
圖3.6 MST BT40-SLK12-45刀桿 22
圖3.7 實驗模型3D示意圖 24
圖3.8 實驗模型2D尺寸圖 25
圖3.9 平行加工刀具路徑示意圖 26
圖3.10 環繞加工刀具路徑示意圖 27
圖3.11 3D等間距投影加工刀具路徑示意圖 27
圖3.12 亞崴AF-1000三軸CNC加工機外觀 28
圖3.13 PRAMET三刃捨棄式刀片之端銑刀(直徑13mm) 30
圖3.14 Mitutoyo SJ-410表面粗糙度測定機主體 33
圖3.15 LEXT OLS4100共軛焦雷射顯微鏡主體 34
圖3.16 工件表面粗糙度量測方式示意圖 37
圖3.17 顯微鏡下工件表面觀察方式示意圖 37
圖4.1 加工完成後之工件 38
圖4. 2 品質特性的因子反應圖 42
圖4.3 S/N比的因子反應圖 43
圖4.4 工件Ⅰ之顯微表面 45
圖4.5 工件Ⅱ之顯微表面 46
圖4.6 工件Ⅲ之顯微表面 48
圖4.7 工件Ⅳ之顯微表面 49

表目錄
表2.1 表面粗糙度取樣長度數值 8
表2.2 L_9 3^4直交表 10
表2.3 變異數分析表 12
表3.1 控制因子及其水準值 17
表3.2 SODICK UH430L設備規格 19
表3.3 新虎將 GT-86V設備規格 21
表3.4 420耐蝕不銹鋼化學成分 23
表3.5 L_9 3^4 直交表每組實驗的製程參數設定 25
表3.6 亞崴AF-1000設備規格 29
表3.7 工件前置加工之加工參數設定表 30
表3.8 工件前置加工過程說明及示意圖 31
表3.9 Mitutoyo SJ-410製品規格 33
表3.10 LEXT OLS4100共軛焦雷射顯微鏡物鏡規格表 34
表3.11 LEXT OLS4100共軛焦雷射顯微鏡規格表 35
表3.12 表面粗糙度R_a量測標準 36
表4.1 共軛焦顯微鏡掃描的工件表面 39
表4.2 實驗量測之表面粗糙度R_a值 41
表4.3 品質特性的因子反應表 42
表4.4 S/N比的因子反應表 42
表4.5 對表面粗糙度之S/N比的變異數分析 44
表4.6 工件Ⅰ之R_a量測值 46
表4.7 工件Ⅱ之R_a量測值 46
表4.8 工件Ⅳ之R_a量測值 48
表4.9 工件Ⅳ之R_a量測值 49
表4.10 工件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之數據整理 49
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[15] 新虎將官網。2020.11.27取自https://www.gentiger.com.tw/catalog/gt-86v/
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