- 加工要訣 2019/09/18 UP
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加工要訣第28冊
如何防止長突出平面銑削的顫動
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平面銑削是便利的工具，能藉助其大外徑進行高效率的平面切削。但是，因為它一次切削大體積，切削阻力也變大。
一般而言，若突出短而且加工件剛度高時，平面銑削並不困難。但是，若突出長，加工就變得極為困難，因為在刀具的彎曲方向產生進給力和主切削力。這使刀尖發生間歇動作，並產生顫動。所以許多人可能要辛苦設定最佳切削條件。
顫動受到切削阻力的大小和切削方向的影響。顫動的閾值可以提高，更深入而言，顫動可用降低切削阻力來抑制，使刀具彎曲量變得較小，或降低進給力和主切削力。
我們在各種條件下針對切削阻力進行測試和測量，以辨識在每一條件下，使用不同傾角和切削邊緣角所顯示的內容和數值。依據這些測試和測量結果，我們提出3個關鍵以抑制平面銑削中的顫動，並顯示按照刀座長度進行穩定加工的標準來作為參考。
我們相信這些資訊將能有助於判斷切削刀具的規格。因此請徹底閱讀。
(1) 增加傾角
圖1顯示0°和30°傾角之間切削阻力的比較。傾角從0°增至30°時，主切削力（在主軸旋轉方向的力）降低了33%；進給力（在進給方向的力）降低了37%；推進力（在主軸推進方向的力）降低了80%。
這表示增加傾角會降低切削阻力，結果會抑制顫動。但是請注意，視材料而定，即使傾角增加，切削阻力也可能不會降低。
圖1：不同傾角之間切削阻力的比較（材料：S50C）
(2) 降低切削邊緣角度
在原始切削刀具上附加不同切削邊緣角度（15°、45°、75°和90°）的刀尖，以檢查不同切削邊緣角度的切削阻力。測試結果如圖2所示。切削邊緣角度增加時，雖然在主切削力上沒有觀察到變化，但是進給力增加，而且推進力減少。
刀座較長，而且進給力大時容易產生彎曲時，就可能產生顫動。這表示使用小切削邊緣角度的刀具，能抑制顫動。以此方式運轉刀具，進給力變小，推進力變大，也能有效抑制顫動。
圖2：切削阻力的差異 (材料：S45C）
(3) 讓同時齧合的切削邊緣數量固定
檢視具有多個切削邊緣的刀具之個別刀尖時（例如，平面銑削），您會發現刀尖重複執行切削和非切削操作。“同時齧合的切削邊緣數量”就是同時接觸加工件的刀尖數量（圖3）。
變更邊緣數量會造成切削阻力的大波動（間歇），進而造成顫動。
瞭解這些事實後，讓同時齧合的切削邊緣數量固定對於預防顫動非常重要。調整切削邊緣數量，以及平面銑削和加工件的相對位置，可以達成這個目標。
也請注意，切削阻力會隨著同時齧合的切削邊緣數量增加而增加。因此，必須依據切削阻力的大小和方向來決定邊緣的數量。
圖3：同時齧合的切削邊緣數量和切削力之間的關係
*資料來源：SUMITOMO ELECTRIC HARDMETAL “Technical Guidance/References in Cutting Tools General Catalog 2019-2020”（住友電工精密工具“切削刀具技術指南/參考總目錄 2019-2020”）
(4) 按照刀座長度進行穩定加工的標準
我們也進行測試，以瞭解刀座長度會如何影響顫動。直徑63 mm，切削邊緣角度45°的平面銑削，連接到不同長度（60、90和150 mm）的3個刀座，然後測量發生顫動的點。
若為60和90 mm刀座，即使主軸輸出接近其最大，也能適當進行加工。若為150 mm刀座，材料移除率到達其他刀座約1/3時就發生顫動。
結果顯示，若為短刀座，即使主軸輸出接近其最大，也可能獲得無顫動加工；但是若為長刀座，發生顫動所在的值就是顫動的閾值。
我們也以不同傾角（8°和23°）來檢查150 mm刀座的材料移除率。23°傾角的移除率是8°傾角的大約1.7倍。這一點證實即使刀座長度相同，較大傾角能降低進給力和主切削力，並提高顫動的閾值。
圖4
機器刀具和切削刀具演進快速，但是工廠作業的基本問題仍然相同，例如顫動和刀具損壞。
若要達成成功的加工操作，重點是必須深入瞭解3個基本因素：傾角、切削邊緣角度、同時齧合的切削邊緣數量，會對切削阻力造成什麼影響，以及判斷每一加工的最佳條件。
DMG MORI進行各種實驗，聚焦於切削現象的基本原理。若您的加工操作遭遇問題，歡迎聯繫我們。
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