2024/10/11 005｜球型銑刀的應用及發展（下）

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球型銑刀的應用及發展（下）

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一、常見的銑削方式

◼ 仿形銑削：利用球型銑刀進行曲面和複雜形狀的加工，刀具沿著預定軌跡運動，以獲得所需的三維曲面形狀，應用方面，常於模具製造、曲面零件加工等作業上使用。
◼ 斜向銑削：刀具以一定角度斜向切入工件表面，實現高效率的材料去除，適合應用在大面積的曲面加工，如大型模具的粗加工。
◼ 平行銑削：刀具沿平行於工件表面的路徑進行加工，適合於相對平坦或具有輕微曲率的表面，常應用於模具的精加工階段，獲得平滑的表面。
◼ 螺旋銑削：刀具以螺旋形狀向下或向上移動，進行連續曲面的加工，減少表面接觸點，獲得均勻的表面質量，適合應用於加工內部圓弧、圓柱或圓錐形狀等。
◼ 側面銑削：球型銑刀的側刃用來加工工件的側面或邊緣，這種方式可同時對於工件的垂直和曲面部分進行加工，常應用於工件的輪廓或邊緣修飾，如模具的側壁。
◼ 局部精加工：針對局部區域進行精細加工，球型銑刀僅加工工件表面的某一部分，以達到高精度要求。應用：用於需要高表面質量的局部細節加工，如模具的關鍵曲面。

這些銑削方式結合了球型銑刀的特性，能夠實現從粗加工到精加工的多種加工需求，廣泛應用於模具製造、汽車工業、航空航天、鐘錶眼鏡、電子零件等領域。

二、如何進行曲面加工

球型銑刀進行曲面加工的過程主要通過其獨特的半球形刀刃設計來實現，因此非常適合加工複雜的三維曲面和邊角，以下是球型銑刀進行曲面加工的基本原理和步驟：

⚫ 刀具選擇與設定：
以合適的球型銑刀直徑和R角，來加工曲面形狀和精度之需求，首先要設定加工參數，如主軸轉速、進給速度和切削深度等，以確保穩定的加工過程。

⚫ 刀具路徑之設計：
根據工件的曲面形狀和設計需求，模擬並生成刀具路徑，常用的路徑模式包括仿形銑削、螺旋銑削和平行銑削等，這些路徑通常會使用CAM（電腦輔助製造）軟體來生成，以確保刀具能精確地跟隨工件表面。

⚫ 逐層切削：
球型銑刀通過多次切削，逐層移除材料，每次切削的進刀深度通常較淺，以保持加工的平滑度和精度，由於球型銑刀的刃口曲率之因素，切削時接觸面積較小，這有助於減少切削力並提高表面質量。（如附圖02）

⚫ 表面光潔度控制：
球型銑刀的加工可以實現高光潔度的表面處理。這是因為它能夠均勻地切削掉工件表面的小凸起，留下光滑的曲面，在精加工階段，通常會選擇較小的切削深度和較慢的進給速度，進一步提高表面質量。

⚫ 檢查與修正：
完成加工後，檢查曲面的精度和光潔度，如有必要進行修正加工，這可能包括進行二次、多次的精細切削或拋光處理，以達到最終要求。
 

※ 球型銑刀在曲面加工上的優勢－

◼ 精細的曲面加工：以高精度地加工出光滑的三維曲面，適合複雜形狀的模具和零件製造。
◼ 多樣化加工路徑：可根據工件需求靈活設計刀具路徑，適應不同的曲面特徵。
◼ 高效去除材料：通過多次切削逐步去除材料，能有效控制加工過程中的誤差。

總之，球型銑刀在曲面加工中以其獨特的設計和靈活的加工方式，能夠高效且精確地完成各種複雜曲面的加工任務，球型銑刀的發展可以追溯到20世紀初，來到現代，隨著機械加工技術的進步，對於高精度的曲面加工以及複雜能發揮到優異的效果。
 

※ 以下兩種為曲面銑削常用方式－

 
 

三、什麼是R角？以及R角的重要性：

R角是球型銑刀的刀刃曲率半徑，即為刀刃從刀具中心到刀具邊緣之半徑，對球型銑刀來說，R角通常表示刀具的半球形狀部分之半徑，它決定了刀具在切削時能夠加工出的曲面半徑大小，R角對於球型銑刀是很重要的特色。

◼ 精度控制：R角的大小直接影響加工曲面的光潔度和精度，較小的R角能夠加工出更精細、更精確的曲面，而較大的R角則適合於大範圍的曲面加工。
◼ 應力分佈：適當的R角設計可以優化切削過程中的應力分佈，減少刀具磨損和延長刀具壽命。
◼ 表面光潔度：在加工曲面時，合適的R角能夠減少表面粗糙度，獲得更高的表面光潔度。
 

四、如何選擇R角？

◼ 根據工件要求：如果需要加工非常細緻的曲面，應選擇較小的R角；反之，較大R角適合於加工較大的曲面或粗加工階段。
◼ 根據材料特性：對於硬度較高或脆性較大的材料，選擇較小的R角可以減少切削力，降低崩刃的風險，或是調整、設計加工路徑來適應材料。
◼ 加工效率：在某些情況下，選擇較大的R角可以提高加工效率，因為它能夠容許較大的切削深度，同時也較能做出精細的弧度與轉角等結果。
 

五、R角在球型銑刀中的應用

球型銑刀的Ｒ角在曲面加工上的優勢－
在實際應用中，R角的選擇需要根據具體的加工需求來決定。例如，在模具製造中，常常使用不同R角的球型銑刀來做逐步加工，先使用大R角進行粗加工，然後使用小R角進行精加工，以達到高精度和高光潔度的效果。


 

六、球型銑刀的困境

⚫ 切削效率較低：由於球型銑刀的接觸面積較小，尤其是在刀具中心部分，切削效率不如其他類型的銑刀，這可能導致加工時間較長，特別是在大面積粗加工時。
⚫ 容易產生刀痕：球型銑刀在加工曲面時，如果刀具路徑設計不當或進給速度不均勻，容易在工件表面留下刀痕，影響表面質量，需要後續進行額外的拋光處理。
⚫ 刀具壽命受限：球型銑刀的刀尖部分由於接觸面積小、切削速度低，容易受到集中磨損，這可能導致刀具壽命縮短，尤其是在加工硬材料時。
⚫ 加工誤差累積：在多次切削過程中，微小的定位誤差和機床的精度限制可能會導致累積誤差，從而影響最終產品的精度。
⚫ 不適合大進給量加工：球型銑刀不適合大進給量的加工，因為這會增加切削力，導致刀具變形或崩刃，特別是在加工硬度較高的材料時。

依照上述所條列，如果切削點​​集中在切削阻力較大的尖端，刀片很可能會崩刃，因此加工時須加特別注意，也要加工時的注意各項係數，還有球型排屑性能較差，若使用不當可能會降低加工表面質量進而損換刀片，因此在加工之前，挑選銑刀的材質以及銑刀的廠商、需求、刀刃設計等選擇變得極為重要，而輝儀精密（S&A TOOL）特別挑三款常見球刀參考：

⚫ 如果需要小而巧的精密加工之銑刀，可以參考這一款：【UYB-兩刃微小徑球刀】
⚫ 如果需要深度加工、彈性操作之銑刀，可以參考這一款：【MENB-兩刃高硬度長頸球刀】
⚫ 如果需要硬度強壯、高效曲面製作之銑刀，可以參考這一款：【UXB-四刃球刀】



 

七、解決方案與改善

為了解決這些困境，通常會採取以下措施：
 
◼ 優化刀具路徑：使用先進的CAM軟體設計合理的刀具路徑，減少刀痕的產生並提高加工效率。
◼ 選擇合適的刀具材料與塗層：使用更耐磨、更堅硬的刀具材料和塗層，以延長刀具壽命。
◼ 調整加工參數：通過調整主軸轉速、進給速度和切削深度來平衡加工效率和表面質量。
◼ 後處理拋光：需要表面光潔度的時候，會進行後處理拋光，以去除刀痕並提升表面質量。
 
總體來說，球型銑刀的這些困境可以通過優化加工策略和合理選擇刀具來緩解，雖然存在缺點，但它在複雜曲面加工中的應用仍然不可替代。
 

八、未來發展

球型銑刀是多功能且多變的工具，甚至近年有許多變體設計，因此隨著時代需求以及技術的不斷進步，球型銑刀在材料、設計和應用等方面將迎來更多的創新和發展：

◼ 新材料應用：未來的球型銑刀將更多地採用新型材料，如納米材料、超硬合金等，不僅提升刀具的耐磨性和使用壽命，也將能應用更多的層面。
◼ 智能製造：結合物聯網和人工智能技術，將能實現球型銑刀的智能監控和預測維護，進一步提升生產效率和加工質量，也能推動新科技的發展可能。
◼ 綠色製造：發展環保型球型銑刀，降低加工過程中的能源消耗和環境影響，在環境保護與自然之間取得平衡，並推動製造業的永續發展。
◼ 精密加工技術：隨著精密加工技術的進步，球型銑刀將能夠實現更高精度和更複雜形狀的加工需求，滿足更多行業的應用需求。

球型銑刀作為現代機械加工中的重要工具，具有廣泛的應用和發展潛力，隨著技術的不斷革新，球型銑刀在未來將在更多領域發揮重要作用，配合新型態的機型與多軸加工機床的推陳出新，球型銑刀將推動製造業向更高效、更智能、更綠色的方向發展，讓銑刀發展的重要性持續到未來。
 

◉ 如果您有銑刀問題：

「不知道適合用什麼銑刀，好困擾阿……」
「這個銑刀它可以做到什麼程度呢？好想知道……」
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