切削加工費(fèi)全球每年達(dá)百億美元
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切削加工泛指透過(guò)主軸（Spindle）的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)工件或刀具旋轉(zhuǎn)，以提供加工所需的切削速度，藉進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使工件材料在刀刃前緣依設(shè)定條件形成切屑，以達(dá)所需的材料移除。
切削的目的，在移除工件表面多余的材料，以獲得所需的工件幾何形狀或表面尺寸特征。根據(jù)多年的演進(jìn)，依工件形狀及需求，已開(kāi)發(fā)出各類加工法，如車、銑、磨、刨、鉆等，所涉及產(chǎn)業(yè)，涵蓋民生、汽車、航天、半導(dǎo)體、光電等。在世界各地，每年有數(shù)十、甚至百億美元的花費(fèi)用于切削。
切削趨勢(shì)→高速、復(fù)合化
根據(jù)近年各國(guó)機(jī)床展所透露之切削技術(shù)趨勢(shì)，涵蓋︰高速化、復(fù)合化、知能化、精微化、硬切削、涂層刀具等。本文將就此解析，并推論未來(lái)的發(fā)展。
高速切削加工可就高速車削與高速銑削分別來(lái)討論。早在90年代初，高速車削便成功應(yīng)用在航天組件的制程，以加工鋁合金及鑄鐵為主。由于高速車削會(huì)生成鋸齒型切屑，導(dǎo)致周期性變動(dòng)切削力，類似加工顫震，若加工高強(qiáng)度材料，則會(huì)加速刀具磨耗，形成粗糙表面，因此應(yīng)用有限。至于高速銑削則有所不同，根據(jù)加工運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析，當(dāng)銑削刀具轉(zhuǎn)速愈高，則單位時(shí)間刀具進(jìn)給所形成的切屑愈薄，而切屑厚度通常決定切削力及切削表面。當(dāng)其它條件相同時(shí)，刀具轉(zhuǎn)速愈高，切屑愈薄，切削結(jié)果愈佳。
現(xiàn)今高速加工機(jī)，雖能滿足高速加工的條件，卻仍有三個(gè)問(wèn)題待解決。切削速度提高，軸向切深必須降低，否則高切削力會(huì)導(dǎo)致刀具變形、精度不良，可藉刀具重新設(shè)計(jì)來(lái)因應(yīng)。高速銑削時(shí)，刀刃在快速的切削─出離的循環(huán)中，表面的切削熱會(huì)迅速累積；當(dāng)?shù)毒邷囟冗_(dá)某臨界值后，其強(qiáng)度因而下降，在刀刃附近易出現(xiàn)變形、崩斷；可藉加工策略的訂定來(lái)因應(yīng)。針對(duì)高進(jìn)給之曲面加工，即使加工機(jī)控制器能有效數(shù)值插補(bǔ)反應(yīng)刀具運(yùn)動(dòng)，仍可能出現(xiàn)切削不足或過(guò)切的情形，而降低加工精度，此肇因于刀具幾何形狀，及主軸動(dòng)量過(guò)大，此一議題尚待解決。
產(chǎn)品微小化→微加工成主流
目前高速銑削的發(fā)展，在利用高速主軸，搭配第四、五工件軸，進(jìn)行3D加工，已逐漸取代雕模式放電加工，且能有效提高制程效率。即便如此，在全球化的競(jìng)爭(zhēng)下，仍要求更高的效率。約在五年前，復(fù)合加工的構(gòu)想俏然登場(chǎng)，成為增加制程效益的途徑。所謂復(fù)合加工，是將車、銑、鉆三種加工復(fù)合于同一機(jī)，包含刀具軸及工件軸，如圖一所示，工件可在不卸除的前提下，依加工順序，或逐一、或多軸同動(dòng)進(jìn)行加工。此型機(jī)臺(tái)必須確認(rèn)多主軸的同心度與平行度，及CNC控制單元對(duì)工件與刀具的定位及運(yùn)動(dòng)精度。在技術(shù)面上，有關(guān)NC程序的產(chǎn)制及加工剛性的維持有待強(qiáng)化。 近來(lái)許多產(chǎn)品有尺寸微小化的趨勢(shì)，如3C、通訊、光電等，其所需組件尺寸自然下降，這些組件的量產(chǎn)仰賴精微模具技術(shù)，而模具的制作，則須進(jìn)行精微加工。當(dāng)以微刀具進(jìn)行加工時(shí)，為求降低成本，必須開(kāi)發(fā)適用的設(shè)備及搭配的精微加工技術(shù)。在精微加工技術(shù)中，以微銑削、微放電、及微雷射為技術(shù)主流，其中微銑削的目的在于產(chǎn)生所需的微細(xì)輪廓、表面特征等，在技術(shù)層次上，與傳統(tǒng)銑削截然不同，無(wú)論是加工條件、控制、材料等，均有待后續(xù)的發(fā)展。
硬切削刀具問(wèn)世→技術(shù)更純熟
在軟化的狀態(tài)進(jìn)行粗加工、粗略完成所需，經(jīng)硬化處理后，再施以精加工確認(rèn)精度及表面光度，是常見(jiàn)的組件制程，不但費(fèi)時(shí)、不經(jīng)濟(jì)，對(duì)加工預(yù)留量的拿捏更需經(jīng)驗(yàn)，于是出現(xiàn)了硬切削技術(shù)的構(gòu)想。
以超高硬度刀具，對(duì)硬化后工件，直接加工、快速完成所需制程，不但可免除磨削，獲取所需組件精度及表面，制程效率更因而提高。刀具硬度高，韌性自然不足、不耐沖擊，若有加工顫振則會(huì)降低刀具壽命、惡化加工結(jié)果。加工機(jī)必須提供足夠剛性、切削速度、及主軸功率，以避免顫振、克服加工阻抗；且應(yīng)具足夠精度，以便加工后直接確認(rèn)組件精度。目前以使用CBN（立方晶氮化硼）刀具為主，價(jià)格雖昂貴，但加工效益精良。近來(lái)陶瓷刀具的使用，如氧化鋁刀具，效果頗受好評(píng)，但過(guò)于硬脆，使用稍有不慎，易于斷裂，使用條件較嚴(yán)苛。硬切削雖已提出多年，適用刀具與機(jī)臺(tái)逐漸問(wèn)世，此技術(shù)即將受到重視。
切削技術(shù)的發(fā)展是要提供快速、價(jià)廉、質(zhì)量佳的服務(wù)。在過(guò)去的努力下，已將加工技術(shù)帶入精密、自動(dòng)、全方位的境界。殷切期盼，此項(xiàng)技術(shù)能獲得產(chǎn)、官、學(xué)、研的重視、與投入，以期國(guó)人的產(chǎn)業(yè)能力，能在全球競(jìng)爭(zhēng)中占一席之地。
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