軸向力之結果與影響

一般而言，鑽頭鑽出石英玻璃時，其所產生之出口端的軸向力是 越小越好，如此方能得到較小的破裂面積。依據L₁₈直交表參數配置 進行整個鑽削實驗，且記錄每組鑽削參數下電鑄鑽石階梯鑽於鑽出石 英玻璃時，其所產生之出口端前之的軸向力大小，並取用最高的三 點，並利用望小品質特性公式，轉換成信號雜訊比（Signal-Noise ratio，S/N 比）。有關望小品質特性的 S/N 比公式可表示如下：



 



 







^{n yi}

N

S 1 ²

log 10

/  [4-1]

次實驗之軸向力進行平均，故 n=3。

08

26

48

error DOF DOF

DOF

24

 

13.21% 6

. 80

42 .

% 5 100

%    

Total F

F SS

 SS

將上列式中計算的各因子各結果(自由度、平方和、變異值及貢 獻率)，如表 4.3 所統計。從表 4.3 的結果顯示，在不同的鑽尖角方面，

以 130 度最佳，60 度最差。在進給速率方面，以 12 mm/min 效果最 好，8 mm/min 次之，而 10 mm/min 效果最差。至於在主軸轉速方面，

以 5400 rpm 效果最好，5800 rpm 次之，而 5000 rpm 效果最差。在啄 鑽深度方面，以 0.5 mm 效果最好，1 mm 次之，1.5 mm 效果最差。

在階梯角方面，以 60 度效果最好，130 度次之，0 度效果最差。而磨 粒粒度方面，以#140 效果最好，#200 次之，#100 效果最差。同時，

由 表 4.1.3 所 得 之 不 同 鑚 削 參 數 軸 向 力 S/N 之 最 佳 組 合 為

2 2 1 2 3

2B C D E F

A ，即鑽尖角為 130 度、進給速率為 12 mm/min、主軸 轉速為 5400 rpm、啄鑽深度為 0.5 mm、階梯角為 60 度、磨粒粒度為

#140。此外，由表 4.1.4 結果得知，在鑚削的六個可控制因子當中，

以階梯角的影響程度最大，其貢獻率約占 41.26 %。其次為啄鑽深度，

其貢獻率約 27.89 %，而磨粒粒度貢獻率為 13.44 %。至於鑽尖角、

進給速率與主軸轉速方面，其貢獻率分別為 1.72 %、2.24%與 0.2%，

其貢獻率相對於誤差值非常的小，故可將其併入誤差當中忽略之。

4.2 破裂面積的結果與影響

依據L₁₈直交表參數配置，進行整個鑽削破裂面積的實驗。同時 試片透過光學儀器量測後，其鑽削破裂面積結果可算出來。考量本實 驗之鑽削破裂面積是越小越好，故其係屬望小品質特性。利用望小品 質特性公式，可將鑽削破裂面積數據轉換成信號雜訊比（Signal-Noise ratio，S/N 比）。而其計算過程及其所用公式，均與 4.1 節相同，故本 節不予詳述，僅列出其計算結果列表。其各組實驗的 S/N 比計算結 果，如表 4.5 所示。而不同鑽削參數下之破裂面積於各因子在各水準 中的平均訊號雜訊比，如表 4.6 所示。同時，透過表 4.5 與表 4.6，可 計算出對各因子影響程度的變異數分析(ANOVA)，包括平方和、變異 值、自由度以及貢獻率，如表 4.7 所示。

以六種不同之可控制因子鑽削石英玻璃材料時，其出口破裂積之 最 佳 組 合 為 A₁B₂C₁D₂E₃F₂， 即 鑽 尖 角 為 60 度 、 進 給 速 率 為 10 mm/min、主軸轉速為 5000 rpm、啄鑽深度為 1 mm、階梯角為 130 度與磨粒粒度為#140。在鑚削的六個可控制因子當中，以階梯角的影 響程度最大，其貢獻率約占 41.36 %。其次為啄鑽深度，其貢獻率約 27.99%，而磨粒粒度為 13.31 %。至於鑽尖角、進給速率與主軸轉速 方面，其貢獻率分別只有 1.62 %、2.14 %與 0.30%，相對於誤差值非 常的小，故可將其併入誤差當中忽略之。

表 4.1 電鑄鑽石階梯鑽鑽削因子與水準

符號 加工參數 水準1 水準2 水準3

A 鑽尖角(度) 60 130

B 進給速率(mm/min) 8 10 12

C 主軸轉速(rpm) 5000 5400 5800

D 啄鑽深度(mm) 0.5 1 1.5

E 階梯角(度) 0 60 130

F 磨粒粒度(#) ＃100 ＃140 ＃200

表 4.2 不同鑽削參數下之軸向力 S/N 反應表

因子 加工參數 水準1 水準2 水準3

A 鑽尖角 -5.73 -5.17

B 進給速率 -5.55 -5.78 -5.02 C 主軸轉速 -5.58 -5.36 -5.41 D 啄鑽深度 -4.12 -5.38 -6.85

E 階梯角 -7.2 -3.89 -5.26

F 磨粒粒度 -6.54 -4.79 -5.02

表 4.3 電鑄鑽石階梯鑽鑽削石英玻璃材料時之軸向力的變異數分析 結果

因子 自由度

(DOF)

平方和 (SS)

變異值 (V)

貢獻率 (ρ %)

A 1 1.38 1.38 1.72

B 2 1.8 0.9 2.24

C 2 0.16 0.08 0.2

D 2 22.48 11.24 27.89 E 2 33.26 16.63 41.26

F 2 10.84 5.42 13.44

誤差 6 10.65 1.77 13.21

總和 17 80.6 100

表 4.4 電鑄鑽石階梯鑽鑽削石英玻璃之軸向力結果與配置

L

₁₈

( 6  3

⁶

)

的直交表

trial A B C D E F

鑽削條件組合 軸向力 (N)

S/N (dB) 1 2 3 4 5 6

1 1 1 1 1 1 1 A1B1C1D1E1F1 2.36 -7.45 2 1 1 2 2 2 2 A₁B₁C₂D₂E₂F₂ 1.80 -5.10 3 1 1 3 3 3 3 A1B1C3D3E3F3 2.13 -6.56 4 1 2 1 1 2 2 A1B2C1D1E2F2 1.20 -1.58 5 1 2 2 2 3 3 A1B2C2D2E3F3 1.63 -4.24 6 1 2 3 3 1 1 A1B2C3D3E1F1 3.50 -10.88 7 1 3 1 2 1 3 A1B3C1D2E1F3 2.10 -6.44 8 1 3 2 3 2 1 A1B3C2D3E2 F1 2.0 -6.02 9 1 3 3 1 3 2 A1B3C3D1E3F2 1.46 -3.28 10 2 1 1 3 3 2 A2B1C1D3E3F2 1.93 -5.71 11 2 1 2 1 1 3 A2B1C2D1E1F3 1.86 -5.30 12 2 1 3 2 2 1 A2B1C3D2E2F1 1.43 -3.10 13 2 2 1 2 3 1 A₂B₂C₁D₂E₃F₁ 2.43 -7.71 14 2 2 2 3 1 2 A2B2C2D3E1F2 2.33 -7.34 15 2 2 3 1 2 3 A2B2C3D1E2F3 1.40 -2.92 16 2 3 1 3 2 3 A2B3C1D3E2F3 1.70 -4.60 17 2 3 2 1 3 1 A2B3C2D1E3F1 1.60 -4.08 18 2 3 3 2 1 2 A2B3C3D2E1F2 1.93 -5.71

表 4.5 電 鑄 鑽 石 階 梯 鑽 鑽 削 石 英 玻 璃 之 破 裂 面 積 結 果 與 配 置

)

3 2

(

⁷

18



L

的直交表

trial

A B C D E F

鑽削條件組合 破裂面積 (Bleak)

S/N (dB) 1 2 3 4 5 6

1 1 1 1 1 1 1 A₁B₁C₁D₁E₁F₁ 1.54 -3.45 2 1 1 2 2 2 2 A1B1C2D2E2F2 2.45 -5.10 3 1 1 3 3 3 3 A₁B₁C₃D₃E₃F₃ 3.10 -6.56 4 1 2 1 1 2 2 A1B2C1D1E2F2 2.47 -5.58 5 1 2 2 2 3 3 A1B2C2D2E3F3 1.89 -4.24 6 1 2 3 3 1 1 A1B2C3D3E1F1 2.58 -5.87 7 1 3 1 2 1 3 A1B3C1D2E1F3 1.74 -3.87 8 1 3 2 3 2 1 A₁B₃C₂D₃E₂ F₁ 3.71 -6.02 9 1 3 3 1 3 2 A1B3C3D1E3F2 1.46 -3.28 10 2 1 1 3 3 2 A2B1C1D3E3F2 1.93 -5.71 11 2 1 2 1 1 3 A2B1C2D1E1F3 1.58 -5.30 12 2 1 3 2 2 1 A2B1C3D2E2F1 1.43 -3.10 13 2 2 1 2 3 1 A2B2C1D2E3F1 2.43 -5.57 14 2 2 2 3 1 2 A2B2C2D3E1F2 2.33 -5.47 15 2 2 3 1 2 3 A2B2C3D1E2F3 1.40 -3.21 16 2 3 1 3 2 3 A₂B₃C₁D₃E₂F₃ 1.70 -4.60 17 2 3 2 1 3 1 A B C D E F 1.60 -4.08

表 4.6 不同鑽削參數下的破裂面積之 S/N 反應表

因子 加工參數 水準1 水準2 水準3

A 鑽尖角 -4.82 -5.18

B 進給速率 -5.54 -4.77 -5.07 C 主軸轉速 -4.89 -5.37 -5.47 D 啄鑽深度 -4.77 -4.38 -5.28 E 階梯角 -5.41 -5.89 -5.06 F 磨粒粒度 -6.58 -4.72 -5.88

表 4.7 電鑄鑽石階梯鑽鑽削石英玻璃材料時之破裂面積的變異數分析 結果

因子 自由度

(DOF)

平方和 (SS)

變異值 (V)

貢獻率 (ρ %)

A 1 1.37 1.29 1.62

B 2 1.85 0.87 2.14

C 2 0.20 0.10 0.30

D 2 22.38 11.47 27.99 E 2 33.17 16.78 41.36

F 2 10.87 5.47 13.34

誤差 6 10.23 1.698 13.31

總和 17 81.78 100

第五章 結論與未來建議

5.1 結論

電鑄鑽石階梯鑽鑽削石英玻璃材料時，適當選用合適的鑽頭及鑚 削參數，以降低其軸向力是相當重要的手段。本研究提出一套以軸向 力及破裂面積為品質參數，來評估電鑄鑽石階梯鑽鑽削石英玻璃材料 之良窳。實驗結果顯示，在六個選用控制因子中，啄鑽深度、階梯角 及磨粒粒度均對實驗結果影響最大。而鑽尖角、進給速率及主軸轉速 影響相對的有限。

對軸向力為品質參數而言，其不同鑚削參數軸向力 S/N 之最佳組 合為A₂B₃C₂D₁E₂F₂，即鑽尖角為 130 度、進給速率為 12 mm/min、

主軸轉速為 5400 rpm、啄鑽深度為 0.5 mm、階梯角為 60 度、磨粒粒 度為#140。而在鑚削的六個可控制因子當中，以階梯角的影響程度最 大，其貢獻率約占 41.26 %。其次為啄鑽深度，其貢獻率約 27.89 %，

而磨粒粒度貢獻率為 13.44 %。至於鑽尖角、進給速率與主軸轉速方 面，其貢獻率分別為 1.72 %、2.24%與 0.2%，其貢獻率相對於誤差值 非常的小，故可將其併入誤差當中忽略之。

對破裂面積為品質參數而言，階梯角的影響程度最大，其貢獻率 約占 41.36 %。其次為啄鑽深度，其貢獻率約 27.99 %，而磨粒粒度

為 13.34 %。至於鑽尖角、進給速率與主軸轉速方面，其貢獻率分別 只有 1.62 %、2.14 %與 0.30%，相對於誤差值非常的小，故可將其併 入誤差當中忽略之。至於六種不同可控制因子於鑽削石英玻璃材料 時，其出口破裂積之最佳組合為A₁B₂C₁D₂E₃F₂，即鑽尖角為 60 度、

進給速率為 10 mm/min、主軸轉速為 5000 rpm、啄鑽深度為 1 mm、

階梯角為 130 度與磨粒粒度為#140。

5.2 未來研究與建議

1.特殊鑽頭設計可朝向模組化。

2.可藉由鑽削理論模型驗證特殊鑽頭鑽削結果，以提供未來特殊鑽頭 設計之參考。

3.以歸屬函數、灰關聯分析尋找最佳化鑽削參數，以提供石英玻璃材 料之最佳鑽削品質。

參考文獻

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新北市，2000 年初版。

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Application in World Application: Industries,

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Improvement and Case Study, IFS Publication, 1989.

[6] G. Taguchi, E. A. Elsayed and T. Hsaing, Quality Engineering in

Production Systems, McGraw-Hill, 1989.

[7] G. S. Peace, Taguchi Methods: A Hand-on Approach, Addison-Wesley, Reading, MA, 1993.

符號彙編

DF : 自由度 SS : 平方和 V : 變異值

P % : 貢獻率

η : S/N 比值 F : F-Test 值 N : 軸向力

y

i : 為第 i 個實驗值

n : 為實驗組數

s : 為標準差

在文檔中 電鑄鑽石階梯鑽於石英玻璃之研究 (頁 37-0)