抑制顫振,突破極限。 一支刀具兼顧粗加工與精加工——複合刃端銑刀

抑制顫振,突破極限。 一支刀具兼顧粗加工與精加工——複合刃端銑刀


開槽加工時的顫振、粗加工端銑刀造成的表面粗糙、粗加工與精加工之間更換刀具的麻煩——Tungaloy 獨特的 Combination Edge 設計可解決現場的這些課題。 其 將波形與直線切削刃結合的專有刃形 Geometry——競品無法提供——可抑制顫振,並以單一刀具完成從粗加工到精加工的所有工序。 可換頭式 VEE-C 與整體式 FinishMeister——兩條產品線涵蓋所有應用。 本文以 內部測試數據5 個使用者加工案例研究 為依據,深入解析 Combination Edge 的能力。

1. 端銑削最大的課題是「顫振」——現場數據揭示了什麼

目前在端銑削中,最困擾多數工廠的課題是什麼?

答案在 Tungaloy 於 2023 年方肩銑削研討會所進行的調查中清楚呈現。


排名 課題 比例
第 1 名 顫振抑制 25%
第 2 名 刀具壽命/成本 20%
第 3 名 加工效率 16%
第 4 名 尺寸精度 11%
第 5 名 側壁表面外觀 9%
第 6 名 毛邊 7%
第 7 名 底面粗糙度 7%
第 8 名 走刀間的階梯痕 5%

每 4 位受訪者就有 1 位將「顫振抑制」列為首要課題。 其穩居第 1 名,領先「刀具壽命/成本」(第 2 名)與「加工效率」(第 3 名)。

此調查針對方肩銑削,但在開槽加工中情況更為嚴峻。 開槽加工在結構上更容易產生顫振,相較方肩銑削更甚。

  • 同時參與切削的 Flute 數多——同時切削刃數達到最大,使切削阻力遠高於方肩銑削
  • 切屑排出困難——切屑易堆積於槽底,可能造成二次切削、熱累積與損傷
  • 顫振放大——全周切入+長懸伸使振動更容易發生
  • 斷裂風險——深槽(1×D 以上)時刀具撓曲增加,直接導致斷裂

然而,許多工廠仍習慣選用「常見的通用 4 刃端銑刀」。 依據 Tungaloy 的銷售數據(2022–2025),以 Flute 數計,4 刃端銑刀占端銑刀使用量的 84%。 雖然幾乎都是因其通用性而被選用,但 4 刃端銑刀並非專為顫振抑制而設計。

如何在開槽加工中同時抑制顫振,並兼顧效率與穩定性? 答案就是 Combination Edge

2. 解決方案的關鍵:什麼是 Combination Edge?

Combination Edge 結構

FinishMeister 與 VEE-C 刀頭所採用的 Combination Edge,是一種 專有刃形 Geometry:波形切削刃與直線切削刃交替配置


此結構具備兩個明確的作用:

  • 波形切削刃——分散接觸刃長以降低切削阻力。抑制顫振
  • 直線切削刃——修整波形刃留下的表面,消除粗加工端銑刀常見的粗糙紋理。 確保表面精加工品質

換言之,單一刀具即可同時達成「粗加工降低阻力」與「確保表面精加工品質」。

▶ 觀看:Combination Edge 結構與性能

觀看影片,了解 Combination Edge 的結構與實際加工表現。

與其他刃型的差異


刃型 顫振抑制 表面品質 應用範圍 備註
通用 4 刃(不等分/不等導程) 通用(開槽加工、方肩銑削) 深槽有斷裂風險
粗加工 × 所有粗加工 表面粗糙需另用精加工刀具
Combination 從開槽加工到方肩銑削(粗+精) 一支刀具完成粗到精

重點

僅 Tungaloy 才有的獨特刃形 Geometry——兩條產品線

Combination Edge 具備與粗加工端銑刀同等級的顫振抑制能力,同時可達到接近通用 4 刃端銑刀的表面精加工品質。 此組合在任何競品中都不存在——這是 唯有 Tungaloy 才能提供的刃形 Geometry

Combination Edge——兩條產品線

Tungaloy 以 兩個產品系列 提供 Combination Edge。 可依加工條件、成本與應用需求選擇最佳產品線。

產品 類型 刀具直徑 特點與應用
VEE-C VEE-C 可換頭
(TungMeister)
φ10–φ25 更換刀頭可降低運行成本。 可搭配高剛性刀桿,適用於低剛性機台
FinishMeister FinishMeister 整體式 φ6–φ20 可從小直徑開始選用。 在複合加工機與長懸伸應用上具備實績。 Kondo Iron Works 已發表案例研究

兩者皆採用 相同的 Combination Edge 設計理念(波形+直線刃交替)。 本文的數據與案例主要聚焦於 VEE-C,但 Combination Edge 在 FinishMeister 上同樣能發揮同等效果。

3. 實測數據比較——為何在開槽加工、方肩銑削與精加工表現出色

以下將以 Tungaloy 內部大量切削測試數據,從 三個面向——開槽加工、方肩銑削與精加工 驗證 Combination Edge 的性能。

測試概要

工件材質 S55C
機床 Vertical machining center BBT40(22/15kW,12,000 min⁻¹)
刀具直徑 φ10mm
懸伸長度 35mm(L/D=3.5)
切削速度 Vc = 100 m/min *為評估目的,採用易產生顫振的速度進行測試



① 開槽加工——深槽加工的壓倒性效率

在開槽加工中,切削刃以全周與工件接觸,切削阻力高,顫振/斷裂風險遠高於方肩銑削。 正是在這種嚴苛環境下,Combination Edge 的波形切削刃能發揮最大的 切削阻力分散效果


關鍵數據

在 1×D 深槽時,相較通用 4 刃提升 548%

在 ap=10mm(槽深 1×D)時,通用 4 刃 無法加工。 Combination Edge 達成 相較通用 4 刃的切屑去除率 548%。 在此深槽範圍——高進給刀具與可轉位刀片類型無法運作——唯有 Combination Edge 能實現穩定加工。

為何深槽加工能力強? ——波形切削刃可分散每個 Flute 的接觸刃長,緩和全周切入造成的切削阻力急遽上升。 因此可抑制顫振,即使在通用 4 刃無法承受的深度,也能持續加工而不斷裂。

② 方肩銑削——顫振更少,就能更敢「推條件」

如第 1 節所述,方肩銑削的首要課題是「顫振抑制」(25%)。 Combination Edge 在方肩銑削同樣兼具顫振抑制與高效率。


從數據可得三個重點:

重點 1:ap≤6mm 時,效率與粗加工端銑刀完全相當

在 ap=4–6mm 範圍——實際方肩銑削最常用的切深——Combination Edge 的 切屑去除率幾乎與粗加工端銑刀相同。 相較通用 4 刃,最高可達 300%(3×)。 在此範圍內,就效率而言 Combination=粗加工。

重點 2:即使 ap=10–20mm 深切削,也可達通用 4 刃的 2–2.5×

即使在 ap=20mm 的深方肩銑削中,Combination Edge 也可達通用 4 刃的 248%。 雖不及粗加工端銑刀,但仍保持第二高的效率。 此外,由於粗加工端銑刀無法達到下述的精加工品質,若將精加工納入,Combination Edge 往往在整體製程效率上更具優勢

重點 3:顫振更少,就能「把條件推得更高」

Combination Edge 的波形切削刃在方肩銑削同樣能分散接觸刃長,降低切削阻力。 因此 可抑制顫振,更容易提高 Vc 與 fz。 除了數據所示的效率差異外,從「現場是否真的能提高條件」的角度來看,這是一項重大優勢。

實際上,在案例 3(SS400、BT40)中,以 VEE-C 替換粗加工端銑刀後提高了條件——Vc:100→120 m/min、fz:0.12→0.15 mm/t——效率提升 1.5×、刀具壽命提升 1.7×。「不會顫振,所以能推更高」——這正是使用者在現場的真實感受

方肩銑削總結

相較通用 4 刃,效率最高可達 3×

在方肩銑削中,Combination Edge 相較通用 4 刃最高可達 3× 效率。 在 ap≤6mm 時,效率與粗加工端銑刀完全相當。 此外,顫振抑制效果也帶來提高切削條件的空間,使實際效率提升可超越僅從數據推估的幅度。

③ 精加工——已證實的表面品質可與通用 4 刃相當

「我理解它能抗顫振、粗加工效率高,但 Combination Edge 真的能做出好的精加工面嗎?」——這是最常被問到的問題。

簡要結論是:Combination Edge 的表面精加工品質幾乎可與通用 4 刃相當。 請參考研討會測試中量測的側壁撓曲與表面粗糙度 Ra 數據。


側壁撓曲比較 [mm]

進給速度 通用 4 刃 Combination 差異 7 刃(參考)
3,000 mm/min 0.024 0.026 +0.002 0.021
2,000 mm/min 0.017 0.016 −0.001 0.012
1,000 mm/min 0.008 0.012 +0.004 0.004

表面粗糙度 Ra 比較 [μm]

進給速度 通用 4 刃 Combination 差異 7 刃(參考)
3,000 mm/min 0.515 0.564 +0.049 0.291
2,000 mm/min 0.530 0.470 −0.060 0.282
1,000 mm/min 0.432 0.450 +0.018 0.191

從數據可得重點如下:

① 相較通用 4 刃,撓曲與 Ra 的差異極小

最大撓曲差為 0.004mm,最大 Ra 差為 0.049μm。 兩者皆 在實務加工上不構成顯著差異。 在 2,000 mm/min 進給速度下,Combination Edge 在撓曲與 Ra 兩項指標上甚至 優於 4 刃(數值更低)

② 與粗加工端銑刀相比,精加工品質是完全不同的層級

粗加工端銑刀全由波形切削刃構成,會留下表面不平整,需另行精加工。 Combination Edge 的直線切削刃可修整表面,達成 與粗加工端銑刀截然不同的精加工品質。 這正是「一支刀具兼顧粗加工與精加工」得以實現的直接原因。

③ 無法超越專用 7 刃精加工刀具,但應用定位不同

若需 Ra 約 0.2μm 等級的高精度精加工,多刃的 7 刃刀具最為合適。 然而,對於一般精加工公差(約 Ra 0.5μm),Combination Edge 已完全足夠。 此外,Combination Edge 可直接由粗加工轉入精加工,省去換刀與段取。

精加工總結

表面精加工品質可與通用 4 刃相當

Combination Edge 的表面精加工在撓曲與 Ra 兩方面皆 與通用 4 刃同等。 它不只是「只能粗加工的刀具」——數據證明它可用單一刀具完成從粗加工到精加工。 對於約 Ra 0.5μm 的一般精加工,無需在粗加工與精加工之間更換刀具。


第 3 節總結——涵蓋開槽加工、方肩銑削與精加工的多用途性能

比較面向 相較通用 4 刃 相較粗加工端銑刀
開槽加工效率 最高 5.5×(548%) 相當或更佳(深槽更優)
方肩銑削效率 最高 3×(300%) 相當(ap≤6mm)
顫振抑制 壓倒性優勢 相當(開槽加工更優)
表面精加工品質 相當(撓曲/Ra 差異極小) 壓倒性優勢
刀具整合 粗+精一支刀具完成

Combination Edge 並非「只適用開槽加工的刀具」。在開槽加工具壓倒性效率、在方肩銑削兼具高效率與顫振抑制、且精加工表面可與通用 4 刃相當——它是唯一能在三個面向皆展現高性能的刃形 Geometry。

4. 實際表現:使用者加工案例研究(5 個成功案例+已發表案例)

除內部測試數據外,5 件使用者現場評估皆獲得「win」評價。 以下將介紹 VEE-C(可換頭)與 FinishMeister(整體式)的案例。

案例概要

# 產品 加工方法 工件材質 刀具直徑 機床 效率比 刀具壽命比
案例 1 FinishMeister 方肩銑削(閥件) SUS316 φ12 複合加工機 15×
案例 2 FinishMeister 方肩銑削(活塞) FCD500 φ25 大型臥式 M/C/HSK100 相同
案例 3 VEE-C 方肩銑削 SS400/160HB φ25 立式 M/C/BT40 1.5× 1.7×
案例 4 VEE-C 開槽加工 SKD11/40HRC φ12 立式 M/C/BT50
案例 5 VEE-C 開槽加工 SUS430F φ10 立式 M/C/BT30 2.8× 相同

亮點

VEE-C 與 FinishMeister 皆獲「win」評價

無論可換頭或整體式,Combination Edge 的效果皆已獲得驗證。 效率最高可達 3×、刀具壽命最高可達 15×,不受產品型式影響皆能帶來顯著改善。

FinishMeister 案例研究

案例 1 SUS316 閥件加工:效率 3×、刀具壽命 15×


案例 1 樣品零件圖——SUS316 閥件

加工內容

  • 加工方式:方肩銑削(閥件外徑)
  • 工件材質:SUS316(不鏽鋼)
  • 刀具直徑:φ12
  • 機台:複合加工機
  • 產業:汽車

課題

  • 因工件夾持剛性不足無法車削;先前以 4 刃整體硬質合金端銑刀加工
  • 生產力停滯。 隨磨耗進展產生振動,刀具壽命短

採用 FinishMeister 的改善

  • 使用刀具:TEFS120B44-26C12-83(AH725)
  • Vc:40→60 m/min、fz:0.06 mm/t、ap=5 mm、ae:1→2 mm——提高條件
  • MRR:1.27 → 3.82 cm³/min(效率 3×)
  • 切削長度:0.3 → 4.5 m(刀具壽命 15×)
  • 波形切削刃降低切削阻力,即使磨耗進展仍能抑制振動

重點

效率 3×、刀具壽命 15×——大幅改善

即使在夾持剛性不足的環境下,Combination Edge 的低阻力特性仍達成效率 3× 與刀具壽命 15×。 即便提高切削速度仍能抑制振動,可在更激進的條件下穩定加工。

案例 2 FCD500 活塞環加工:效率 3×+刀具整合


案例 2 樣品零件圖——FCD500 活塞環

加工內容

  • 加工方式:方肩銑削(活塞外徑車銑)
  • 工件材質:FCD500(球墨鑄鐵)
  • 刀具直徑:φ25
  • 機台:大型臥式加工中心(#50/HSK100)
  • 產業:造船

課題

  • 先前使用兩支端銑刀——一支粗加工、一支精加工
  • 換刀麻煩與循環時間成為問題

採用 FinishMeister 的改善

  • 使用刀具:TEFS250E44-52C25CF121(AH725)
  • Vc:79→120 m/min、fz:0.07 mm/t、ap=30 mm、ae:3→6 mm——提高條件
  • MRR:25.35 → 77.01 cm³/min(效率 3×)
  • 刀具壽命與先前相當——無問題
  • 粗加工與精加工 整合為單一 FinishMeister。 已導入量產線

重點

效率 3×+刀具整合——導入量產

由兩支刀具整合為單一 FinishMeister,達成效率 3×。 刀具壽命維持相當,因此導入量產線。

VEE-C 案例研究

案例 3 替換粗加工端銑刀:效率 1.5×+刀具整合


案例 3 樣品零件圖——SS400 方肩銑削

加工內容

  • 加工方式:方肩銑削
  • 工件材質:SS400(160HB)
  • 刀具直徑:φ25
  • 機台:立式 M/C/BT40

課題

  • 目前使用競品硬質合金粗加工端銑刀
  • 整體端銑刀切深僅能到 20mm。 發生切削刃損傷
  • 粗加工與精加工需分別使用不同刀具

採用 VEE-C 的改善

  • Vc:100→120 m/min、fz:0.12→0.15 mm/t——提高條件
  • MRR:61.12 → 91.67 cm³/min(約 +50%)
  • 刀頭壽命:每刀頭 3 件 → 每刀頭 5 件(1.7×)
  • 粗加工+精加工 整合為單一 VEE-C。 換刀時間亦縮短

重點

效率 1.5×+刀具壽命 1.7×+刀具整合

粗加工端銑刀無法提供精加工品質,且需另用精加工刀具。 VEE-C 將粗加工+精加工整合為一支刀具,同時達成效率 1.5× 與刀具壽命 1.7×。

案例 4 由 2 支 HSS 刀具整合為 1 支 VEE-C:效率 2×、刀具壽命 2×


案例 4 樣品零件圖——SKD11 開槽加工

加工內容

  • 加工方式:開槽加工
  • 工件材質:SKD11(40HRC)
  • 刀具直徑:φ12
  • 機台:立式 M/C/BT50

課題

  • 目前使用 2 刀具 HSS 配置:粗加工端銑刀+HSS 精加工端銑刀
  • 換刀麻煩與循環時間成為問題
  • HSS 刀具限制加工速度

採用 VEE-C 的改善

  • 條件 B:Vc=40、ap=4、ae=12、fz=0.03 → MRR:3.06 → 6.11 cm³/min(2×)
  • 每刀頭 5 件(刀具壽命 2×
  • 粗加工與精加工 整合為單一 VEE-C → 無需換刀

重點

效率 2×、刀具壽命 2×——大幅改善

由 2 刀具 HSS 配置整合為單一 VEE-C。 效率 2×、刀具壽命 2×——大幅改善。 即使在 SKD11 40HRC 高硬度下也能穩定加工。

來源:TR78848

案例 5 切深加倍以縮短循環時間


案例 5 樣品零件圖——SUS430F 開槽加工

加工內容

  • 加工方式:開槽加工&方肩銑削
  • 工件材質:SUS430F
  • 刀具直徑:φ10
  • 機台:立式 M/C/BT30

課題

  • 現用競品硬質合金端銑刀因顫振而限制可達切深(ap)
  • 在低剛性 BT30 環境下難以提高條件

採用 VEE-C 的改善

  • 切深由 ap=1mm 提高至 2mm
  • 測試 3:Vc=66、ap=2、ae=10、fz=0.05 → MRR:8.40 cm³/min
  • 刀具壽命與先前相當,表面精加工品質亦相當。 切削聲音安靜

重點

切深加倍以縮短循環時間

運用 VEE-C 的抗顫振能力以縮短循環時間。 即使在低剛性 BT30 機台上,也能在激進條件下穩定加工。

已發表案例研究:Kondo Iron Works × FinishMeister Combination Edge

上述 5 個案例來自內部測試報告,另有一則 正式發表 的成功案例。

Kondo Iron Works 案例研究

Kondo Iron Works Co., Ltd.(愛知縣犬山市)專精於工具機與建設機械零件加工。 該公司在複合加工機上導入 Combination Edge 整體端銑刀 FinishMeister φ12,取得顯著成果。

使用產品 FinishMeister φ12(Combination Edge 整體端銑刀)
加工內容 軸類圓筒部位的方肩銑削與開槽加工(螺栓座、鍵槽)
工件材質 S45C
機床 複合加工機(一次夾持多面加工)
課題 在複合加工機上,端銑刀長懸伸 易產生顫振 → 無法提高切削條件
切削條件 Vc=100 m/min、f=0.26 mm/rev(fz=0.065)、ap=7–8 mm、ae=12 mm

成果:

  • 縮短加工時間——Combination Edge 的顫振抑制使高切深加工成為可能。 減少走刀次數,縮短循環時間
  • 刀具整合——一支刀具兼具粗加工能力與精加工品質。 粗加工與精加工整合為單一刀具

工廠主管評語

「在易產生顫振的長懸伸加工中,取得顯著成果」

「透過減少切削走刀次數縮短加工時間」

「將刀具懸伸設定更長,也能在不同段取間共用刀具」

VEE-C 是將 Kondo Iron Works 已驗證的同一 Combination Edge 以可換頭形式 採用的產品。 整體式 FinishMeister 與可換頭 VEE-C——可依應用與經濟性從兩條產品線中選擇

總結——抑制顫振,接著進行下一刀

本文透過結構、數據與案例,展示了 Tungaloy 的 Combination Edge 能力。 重點如下:

  1. 端銑削最大的課題是「顫振」——實地調查中,25% 的現場受訪者將其列為第 1 名
  2. Combination Edge 是獨一無二的 Geometry——波形刃抑制顫振,直線刃修整表面
  3. 已在 874 組測試條件中驗證——開槽加工效率最高 5.5×、方肩銑削最高 3×。表面精加工可與通用 4 刃相當
  4. 5 個使用者案例皆獲「win」評價——效率最高 3×、刀具壽命最高 15×
  5. 已在 BT30、BT40 與複合加工機上驗證——即使低剛性、長懸伸也能穩定加工
  6. 一支刀具兼顧粗加工與精加工——刀具整合可降低段取時間與成本
  7. 兩條產品線涵蓋所有應用——VEE-C(可換頭)與 FinishMeister(整體式)

若您正面臨開槽加工效率提升、顫振對策或刀具整合等課題,建議試用 Combination Edge。