高效率加工基础课程.ppt

1、高效率加工基礎課程,高速加工是指按照製成品之尺寸形狀,有效率及有系統地將原材料高速切削加工. 比起傳統加工,光潔度較光亮,更為節省工時. 高速加工要依靠機床,CAD/CAM軟件,刀具, 刀頭及夾具之配合,才可順利投入生產運作. 通常高速加工機床線速度可以達到200m/min, 而轉速為20000rpm或以上.,硬件: 機床,刀具,刀頭,夾具,高轉速 快速走刀,高速加工之定義,軟件:知識、技術 CAD/CAM,人:管理層, 編程人員,機床操作員,高效率加工發展吹勢,10(0.6in3/min),30(1.8in3/min),3060 (98197SFM),300600 (9841969SFM),

2、HRC50,1030,60150,HRC60,Oil,Dry,高線速加工、高切削效率加工、高硬度加工、乾切削,Introduction,100200 (328656SFM),50(3.1in3/min),Emulsion,塗層刀具加工狀態,Coating Improvement,奧氏體,珠光體,鐵素體,滲炭體,鋼材熱能平圖 Thermal Equilibrium diagram,Data source: ”Materials for the Engineering Technician” Raymond A. Higgins The English Universities Press Ltd

3、,高速切削熱力的消散分佈,75% 由切屑和油霧氣流帶走,由刀具帶走,5% 被工件吸收,20%,高效率加工透過調較切削狀況及考慮經濟效益,來達到更低成本,更高準確度,及更節省工序時間.,低成本,高效率加工,節省工序時間,高準確度,主軸轉速快 走刀速度高,合理及進取 之切面面績,高效率加工之定義,高效率加工目標,順銑? 逆銑?,A: 順銑 B: 逆銑,A:順銑 B:逆銑,順銑 (Down-cut) 銑刀會由外至內切削工件. 每刃中,碎削厚度由厚至薄, 而刀具所承受切削力由大漸降. 因此切削力, 切削量會由多至少. 多用於CNC及高速加工,何謂順銑,切削力,碎削厚度,時間,時間,順銑情況,逆銑 (U

4、p-cut) 銑刀會由內至外切削工件. 每刃中,碎削厚度由薄至厚, 而刀具所承受切削力由小漸大. 因此切削力, 切削量會由少至多. 多用於切削黑皮,手動銑床.,何謂逆銑,切削力,碎削厚度,時間,時間,逆銑情況,順銑和逆銑與刀具壽命之關係,逆銑 (Up cut) 逆銑會導致較大震動及磨損,損害切口,因而縮短刀具壽命. 順銑 (Down cut) 由於在開始嚙合時產生較大的沖擊力,因此需要強度較大的刀具，夾具及機床. 順銑會導致較小震動及磨損,因而有較長刀具壽命.,D: 刀具直徑 (mm) S: 機床主軸轉速(RPM) V:線速度 (m/min) F:走刀速度(mm/min) f: 每刃切削量 (

5、mm/tooth) Z: 刃數,切削狀況方程式,線速度示意圖,主軸轉速快慢和刀具壽命之關係,10mm 四刃高速鋼平底刀,切削HRC40 的鋼材.,切削速度增加可提高切削溫度,令工件軟化而易於切削. 但如果溫度太高也會使刀具塗層損耗,令刀具壽命縮短.,走刀速度與刃切量的關係,走刀速度(F) =刃切量(f)x刃數(Z)x轉速(S),金屬切削區,刀刃,工件,刀尖軌跡,走刀方向,以順銑為例,切削方向,不同顏色和形狀的切屑,每刃切削量 (f, feed per tooth) 刀具切口與切口之間進刀距離 (unit: mm/tooth) F = f *z *S F: 走刀速度 S:機床主軸轉速 z: 刀具

6、切口數目,何謂每刃切削量及如何設定走刀速度,切削實例,A,B:刀具與工件接觸次數過多, 令刀具損耗增加, 縮短刀具壽命. D,E:每刃切削量過大, 使刀具負荷過大. C: 不會有刀具與工件接觸次數過多，或刀具超出負荷的情況出現, 所以是最合適的走刀速度。,切削實例,Case 1: 一般切削加工,Case 2: 見議高效率加工,比較結果,l1,W1,b1,l2,b2,W2,Deflection at Cutter Tip () 刀具末端彎曲移位量,W = resultant cutting force on bending cutter E = Youngs Modulus of cutter

7、material I = Second Moment of Area of cutter,Consider if: b1 = 3 mm, l1 = 27 mm b2 = 7 mm, l2 = 23 mm,For the same cutter tip deflection, i.e. 1 = 2 W2 = 1.29 W1,axial depth of cut = 2b1,axial depth of cut = 2b2,Low axial depth of cut,High axial depth of cut,高速鋼 相對地較便宜,但切削速度及運作溫度較鎢鋼為低. 加上塗層,可延展高速鋼刀具

8、的加工性能. 大致分為鉬系高速鋼 (M-series)及鎢系高速鋼 (T-series) 鎢鋼 最普遍的高速切削刀具材料. 高抗磨性,高(熱)硬度及抗彎系數,較低熱膨漲度. 大致分為tungsten carbide 和 titanium carbide兩類.,高速鋼與鎢鋼刀具之用途和特性,增加結構強度Increased structural strength 增加切屑力More resistance to chipping 加強抗磨性Greater wear resistance,神鋼先進的冶金技術,可將每顆晶粒大小控制於0.5micron, 令晶粒結構更緊密整齊. (神鋼KRX8- “S”

9、type 0.3microns ),1.5 m,傳統微晶粒碳素鋼,Miracle 0.5 or 0.3 m,神鋼KRX5碳素鋼,KOBELCO MIRACLE 碳素鋼結構,Carbide Improvement,不同鎢鋼材質之特性,抗折力(GPa),硬度(HRa),0.60.9um,1.01.2um,KRX2,KRX8,全新Miracle塗層高速硬切削之情況,神鋼全新Miracle塗層之特性,設計專為進行高速硬切削,塗層技術的進步不但提高切削速度及刀具壽命, 更可延展了刀具的工業應用. 常見的塗層膜: TiN, TiCN,(Ti,Al)N, (Al,Ti)N, Diamond.,高速切削刀具,

10、塗層刀具之用途和特性,高速乾切削,高精度,高光潔度,硬切削,高硬度 3200Hv,高剛性, 高同心度 (0.003mm),高抗氧化溫度 (1100C ),塗層應用,20,30,40,50,60,MIRACLE40,40HRC 以上,40HRC 以下,MIRACLE MIRACLE HARD,MMC KOBELCO Coated Carbide Products,Introduce KOBELCO Products,MIRACLE40,Competitor B,A,Competitor C,Cutting Conditions Endmill: YC-4MC 10 Work material:

11、AISI1055(220HB) Revolution: 6,400min-1 Cutting Speed: 200m/min Feed rate: 1540mm/min (per tooth): 0.06mm/tooth Cutting length: 70m Remarks: Down cut, Air Blow,Meet a full range of low hardness materials milling application,高速切削,Relationship between Tool Life and Cutting Speed by Cutting of AISI H13

12、with Ball-nose Endmills,【Cutting Conditions】 Endmills：(Ti,Al)N Coated Carbide R5 Work Material：AISI H13JIS SKD61（52HRC) Feed Rate：0.05mm/tooth Down-cut Milling，Air Blowing,Application to Dry cutting,MIRACLE40,Competitor B,Competitor A,Cutting Conditions Endmill: YC-2MB R5 Work material: AISI1055(220

13、HB) Revolution: 3,200min-1 Cutting Speed: 98m/min Feed rate: 320mm/min (per tooth): 0.05mm/tooth Remarks: Down cut, Air Blow, Tool lifeof MIRACLE40 is 2Times as long as that of competitors in dry cutting,Application to Dry cutting,Cutting Conditions Endmill: YC-2MB R5 Work material: AISI1055(220HB)

14、Revolution: 3,200min-1 Cutting Speed: 98m/min Feed rate: 320mm/min (per tooth): 0.05mm/tooth Cutting length: 30m Remarks: Down cut, Air Blow, Good performance on tip of ball nose,MIRACLE40,Competitor A,Competitor B,兩刃、三刃、四刃和六刃刀具之用途和特性,如何提高慢速機床之切削效率?,總結: 使用YC-4MC比起HSS刀具可使慢速加工中心提高5倍的效率.,HRC40 NAK80 10mm Endmill,慢速CNC加工中心,總結: 使用YC-4MC比起HSS刀具可使高速加工中心提高5-7倍的效率.而使用VC-MD可使高速加工中心提高15的效率.,高速CNC加工中心,如何提高高速機床之切削效率,日本神鋼KOBELCO 切削實例VCD 播放,Case 1: 如何欣嘗高速切削的示範,工件材料: HRC 5