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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 李貫銘 | zh_TW |
| dc.contributor.advisor | Kuan-Ming Li | en |
| dc.contributor.author | 何達仁 | zh_TW |
| dc.contributor.author | TA-JEN HO | en |
| dc.date.accessioned | 2023-03-19T23:36:47Z | - |
| dc.date.available | 2023-11-10 | - |
| dc.date.copyright | 2022-09-14 | - |
| dc.date.issued | 2022 | - |
| dc.date.submitted | 2002-01-01 | - |
| dc.identifier.citation | [1] Erdem Ozturk, L. Taner Tunc, Erhan Budak,”Investigation of lead and tilt angle effects in 5-axis ball-end milling processes.”International Journal of Machine Tools & Manufacture 49 (2009) 1053–1062.
[2] E.Ozturk,E.Budak,”Modelling of 5-Axis Milling Forces.”Sabanic University Istanbul,Turkey. [3] Changfeng Nan,Dongsheng Liu,” Analytical Calculation of Cutting Forces in Ball-End Milling with Inclination Angle.” [4] Tao Huang, Xiao-Ming Zhang, Han Ding,” Tool orientation optimization for reduction of vibration and deformation in ball-end milling of thin-walled impeller blades.” ScienceDirect, Procedia CIRP 58 ( 2017 ) 210 – 215. [5] Adnen Laamouri, Farhat Ghanem, Chedly Braham, Habib Sidhom. “Influences of up-milling and down-milling on surface integrity and fatigue strength of X160CrMoV12 steel.”International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Springer Verlag, (2019),1209-1228. [6] Anshan Zhang,Caixu Yue,Xianli Liu,Steven Y. Liang” Study on the Formation Mechanism of Surface Adhered Damage in Ball-End Milling Ti6Al4V.” Materials, November 2021. [7] Szymon Wojciechowskia, Radoslaw W. Marudab, Piotr Nieslonyc, Grzegorz M. Krolczyk.” Investigation on the edge forces in ball end milling of inclined surfaces.” International Journal of Mechanical SciencesVolume 119,December 2016, 360-369. [8] Marek Sadílek, Jiri Hajnys.” The Analysis of Accuracy of Machined Surfaces and Surfaces Roughness after 3axis and 5axis Milling.”Manufacturing Technology December 2018. [9] M. Fontaine , A. Devillez, A. Moufki, D. Dudzinski.” Modelling of cutting forces in ball-end milling with tool–surface inclinationPart II. Influence of cutting conditions, run-out,ploughing and inclination angle.” Journal of Materials Processing Technology 189 (2007) 85–96. [10] Dimitrios Vakondios,Panagiotis Kyratsis,Suleyman Yaldiz,Aristomenis Antoniadis,” Influence of milling strategy on the surface roughness in ball end milling of the aluminum alloy Al7075-T6,” [11] G.M. Kim, B.H. Kim, C.N. Chu,” Estimation of cutter deflection and form error in ball-end milling processe.” International Journal of Machine Tools & Manufacture 43 (2003) 917–924. [12] Yusuf Altintas,”Principles of Machining Engineering and Practice.”University of British Columbia - Manufacturing Automation Laboratory(2015) 39. [13] Harshad A. Sonawane, Suhas S. Joshi,” Analytical modeling of chip geometry and cutting forces in helical ball end milling of superalloy Inconel 718.” CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 3 (2010) 204–217. | - |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/86099 | - |
| dc.description.abstract | 五軸加工擁有高自由度的特性，可進行自由曲面加工，在模具製造、航太製造等先進製造產業中廣泛使用。五軸加工的路徑規劃主要依據路徑平滑化與降低工件尺寸誤差，依照工件表面之曲率來規劃使用的刀具軸向及進給方向。如果能在事前規劃上考慮到刀具軸向改變對於切削力與工件表面品質的變化，能夠提升加工的品質與穩定性。因此研究五軸加工下刀具軸向改變對於切削力以及表面品質的影響，是非常重要且值得的研究目標。
本研究討論球刀槽銑鋁製工件的情況。透過模擬計算不同刀具軸向下的切削力變化。使用動力計量測五軸加工時的切削力，紀錄使用不同刀具軸向進行槽銑的切削力數據。使用表面粗度儀量測切削後的工件表面，紀錄使用不同刀具軸向進行槽銑的表面品質。根據實驗結果整理出各刀具軸向的切削力變化與表面粗糙度之間的關係，當刀具前傾角(lead angle)接近零時，因部分接觸點的切削速度很低，會產生刀尖接觸與表面黏附損傷等現象，導致切削力激增且表面品質差。增加前傾角避免刀尖接觸點的切削速度過低，可以穩定切削力與提升表面品質。當刀具向左傾斜，側傾角(tilt angle)為負時，因為切屑排出方向隨著刀具旋轉方向改變而更傾向往未切削工件方向排屑，增加切屑厚度與堆積現象，造成切削力不穩定與表面切屑黏附。而刀具向右傾斜時切削力較穩定，但是會造成表面產生波浪狀的刀痕。側傾角的正負選擇還可以根據切屑堆積位置做決定，刀具的側傾方向會導致該方向的切屑堆積而減低表面品質，例如側傾角為正時刀具右傾，槽銑後的工件表面靠右側處較為粗糙，靠左側處則較平滑，反之亦然。本研究依據實驗結果整理五軸刀具軸向對於切削狀態之影響，刀具軸向改變會造成某些形況下刀具與工件接觸點的切削速度過低，導致表面品質變差，以及改變刀具軸向造成切屑排出的方向改變，造成切屑的堆積現象。根據本研究的結果可以避免五軸切削時因為使用了不適當的向量而造成切削品質的落差。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | Five-axis machining is characterized by high degree of freedom and can be used for free-form surface machining. It is widely used in advanced manufacturing industries such as mold manufacturing and aerospace manufacturing. Tool path planning for five-axis machining mainly based on smooth trajectory and reducing form error. Tool orientation and feed direction are planned according to curvature of workpiece surface. The quality and stability of machining can be improved if changes in cutting force and surface quality due tool orientation changes can be considered in prior planning. Therefore, it is very important and worthwhile to study the influence of tool orientation change on cutting force and surface quality under five-axis machining.
This study deals with ball-end slot milling of aluminum workpieces. The cutting force variations under different tool orientation are calculated by simulation. The cutting force during five-axis machining with different tool orientation is measured by dynamic metering. The surface roughness tester is used to measure the surface of the cut workpiece and record the surface quality of the slot milling with different tool orientation. According to the experimental results, the cutting performance of each tool orientation is sorted out. When the lead angle of the tool approaches zero, the tool tip contact and surface adhered damage will occur, which will lead to sharp increase of cutting force and poor surface quality. Increasing the lead angle to avoid tool tip contact can stabilize cutting force and improve surface quality. When the tool tilts to the left, tilt angle is negative, chip thickness and accumulation will increase, resulting in unstable cutting force and surface adhered . While the cutting force is more stable when the tool is tilted to the right, but it will cause wavy tool marks on the surface. The positive and negative selection of the tilt angle can also be determined by the position of chip accumulation. The direction of tool tilt will result the chip thickness increase and lower surface quality in this direction. The tool tilt to the right when the tilt angle is positive, The surface is rough on the right, smooth on the left after slot milling, and vice versa. In this study, the influence of the five-axis tool orientation on the cutting state is sorted out based on the experimental results, which can be used as a reference for tool orientation selection in tool path planning. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2023-03-19T23:36:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 U0001-0709202215235000.pdf: 7313951 bytes, checksum: 78a25bfa8dab679157920ce2829a7bf1 (MD5) Previous issue date: 2022 | en |
| dc.description.tableofcontents | 口試委員審定書 I
致謝 II 摘要 III Abstract V 目錄 VII 圖目錄 X 表目錄 XIV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 刀具軸向定義 3 2.2 切削力計算 4 2.3 順銑(Down milling)與逆銑(Up milling) 5 2.4 切屑堆積 6 2.5 邊緣效應與犁切效應 7 2.6 刀具軸向對切削狀態之影響 8 2.7 小結 9 第三章 研究方法 10 3.1 研究流程 10 3.2 切削力模型 11 3.3 研究設備規格 20 3.3.1 五軸加工機 20 3.3.2 動力計 21 3.3.3 訊號放大器 22 3.3.4 訊號擷取卡 23 3.3.5 表面粗度儀 23 3.3.6 碳化鎢球刀 24 3.4 表面粗糙度 25 第四章 實驗規劃 26 4.1 實驗設備 26 4.2 實驗參數與路徑 27 4.3 切削深度與傾斜角度 29 4.4 表面粗糙度量測 30 第五章 實驗結果與討論 32 5.1 刀具軸向無傾斜的切削力與表面狀態 32 5.1.1 動力計數據 32 5.1.2 與模擬切削力數據比較 33 5.1.3 表面狀況 35 5.2 只有側傾無前傾的切削力與表面狀態 37 5.2.1 動力計數據 37 5.2.2 與模擬切削力數據比較 39 5.2.3 表面狀況 41 5.3 只有前傾無側傾的切削力與表面狀態 43 5.3.1 動力計數據 43 5.3.2 與模擬切削力數據比較 44 5.3.3 表面狀況 46 5.4 同時有前傾與側傾的切削力與表面狀態 48 5.4.1 動力計數據 48 5.4.2 與模擬數據比較 53 5.4.3 表面狀況 57 5.5 討論 61 5.5.1 不同刀具軸向下的邊緣效應 61 5.5.2 小結 66 第六章 結論與未來展望 69 6.1 結論 69 6.2 未來展望 70 參考文獻 71 附錄 73 圖目錄 圖 1 Lead angle與Tilt angle定義[1] 3 圖 2 刀具上t、r、a方向示意圖[2] 4 圖 3 順銑(Down_milling)與逆銑(Up_milling)[5] 5 圖 4 燕尾形/螺旋形切屑[6] 6 圖 5 Wojciechowski等實驗結果之前傾角與邊緣力關係[7] 7 圖 6 研究流程圖 10 圖 7 切削力模型示意圖[12] 11 圖 8 刀具軸向轉換成incx與incy[2] 12 圖 9 刀具工件接觸區域[2] 13 圖 10 開始切削角與結束切削角[3] 14 圖 11 Ki示意圖 15 圖 12 K小於Ki時的切削角範圍示意圖 16 圖 13 切削力模型架構流程圖 19 圖 14 模擬切削力繪圖範例 20 圖 15 五軸加工機NFX-400A 21 圖 16 動力計Kistler 9257B 22 圖 17 訊號放大器Kistler 5070A 22 圖 18 訊號擷取卡NI USB-6341 23 圖 19 表面粗度儀SJ-411 24 圖 20 MG鋁用2刃球型立銑刀 24 圖 21 表面曲線與評估長度 25 圖 22 實驗設備架構圖 26 圖 23 切削實驗照片 27 圖 24 工件座標與切削路徑示意圖 28 圖 25 傾斜角度與最大切深關係圖 29 圖 26 切削實驗完工件照 30 圖 27 工件刀痕示意圖 31 圖 28 無傾斜動力計數據 33 圖 29 擷取比較部份示意圖 33 圖 30 無傾斜前段切削力比對圖 34 圖 31 無傾斜後段切削力比對圖 34 圖 32 無傾斜切削工件表面 36 圖 33 無傾斜切削第二組照 36 圖 34 tilt10 動力計數據 38 圖 35 tilt-10&-30動力計數據 39 圖 36 tilt 10 切削力比對圖 40 圖 37 tilt -10 切削力比對圖 40 圖 38 tilt -30 切削力比對圖 41 圖 39不同側傾角的刀具旋轉方向示意圖 41 圖 40 無前傾有側傾工件表面 42 圖 41 lead angle10~30動力計數據 44 圖 42 lead10切削力比對圖 45 圖 43 lead20切削力比對圖 45 圖 44 lead30切削力比對圖 46 圖 45 有前傾無側傾工件表面 47 圖 46 lead5、tilt±5動力計數據 49 圖 47 lead10、tilt±20動力計數據 50 圖 48 lead15、tilt±15動力計數據 51 圖 49 lead20、tilt±10動力計數據 52 圖 50 5_-5切削力比對圖 53 圖 51 5_5切削力比對圖 54 圖 52 10_-20切削力比對圖 54 圖 53 10_20切削力比對圖 55 圖 54 15_-15切削力比對圖 55 圖 55 15_15切削力比對圖 56 圖 56 20_-10切削力比對圖 56 圖 57 20_10切削力比對圖 57 圖 58 lead5˚ tilt±5˚工件表面 58 圖 59 20_10工件表面 59 圖 60 20_-10 工件表面 59 圖 61 10_20工件表面 60 圖 62 10_-20工件表面 60 圖 63 20_10表面波形 61 圖 64 20_-10表面波形 61 圖 65 刀具無傾斜的切削速度分布 62 圖 66 刀具無前傾的切削速度分布 62 圖 67 前傾10、側傾-20的切削速度分布 62 圖 68 前傾10、側傾20的切削速度分布 62 圖 69 高轉速無傾斜切削力比對圖 63 圖 70 無傾斜、高切削速度分布 63 圖 71 無傾斜表面照 63 圖 72 刀具無傾斜時高低轉速切削力對比 64 圖 73 低轉速無傾斜切削時的邊緣力大小 64 圖 74 低轉速切削表面照 64 圖 75 高轉速切削表面照 64 圖 76 切屑厚度討論點位置示意圖[13] 65 圖 77 不同刀具軸向下的切屑厚度 65 圖 78 不同刀具軸向下的邊緣力變化 68 圖 79 不同刀具軸向下的表面狀況 68 表目錄 表 1 切削系數 18 表 2 五軸加工機規格表 21 表 3 動力計規格表 22 表 4 放大器規格表 23 表 5 擷取卡規格表 23 表 6 表面粗度儀規格表 24 表 7 MG2刃球型立銑刀規格表 25 表 8 實驗參數表 28 表 9 實驗使用刀具軸向一覽表 28 表 10 表面粗度儀量測方式 31 表 11 無傾斜第二組表面粗糙度Ra(μm) 36 表 12 無前傾有側傾表面粗糙度Ra(μm) 42 表 13 有前傾無側傾表面粗糙度Ra(μm) 47 表 14 刀具軸向列表 48 表 15 lead5˚ tilt±5˚表面粗糙度Ra(μm) 58 表 16 lead20˚ tilt±10˚/ lead10˚ tilt±20˚表面粗糙度 59 | - |
| dc.language.iso | zh_TW | - |
| dc.title | 五軸刀具軸向對切削狀態之影響 | zh_TW |
| dc.title | Influences of tool orientation on cutting forces in 5-axis milling | en |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.date.schoolyear | 110-2 | - |
| dc.description.degree | 碩士 | - |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 蔡曜陽;盧銘詮 | zh_TW |
| dc.contributor.oralexamcommittee | Yao-Yang Tsai;Ming-Chyuan Lu | en |
| dc.subject.keyword | 刀具軸向,切削力,表面粗糙度,五軸加工,路徑規劃, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | tool orientation,cutting force,surface roughness,5-axis machining,path planning, | en |
| dc.relation.page | 76 | - |
| dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202203225 | - |
| dc.rights.note | 同意授權(全球公開) | - |
| dc.date.accepted | 2022-09-12 | - |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | - |
| dc.contributor.author-dept | 機械工程學系 | - |
| dc.date.embargo-lift | 2022-09-14 | - |
| 顯示於系所單位： | 機械工程學系 | |
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