螺旋銑削不再靠猜
刀具選擇、斜坡角計算與切削條件的實用指南
您是否曾需要加工孔或型腔，但鑽頭直徑不合適，或是大直徑孔需要更高的加工彈性？ 在這種情況下，螺旋銑削（銑刀在進行圓弧插補的同時沿 Z 方向進給）會是非常有效的選擇。
螺旋銑削適用於無需導孔的開孔，以及加工鑽頭難以涵蓋的大孔徑。 其一大優勢是：一把 Cutter 往往可涵蓋多種孔徑。 這有助於降低刀具庫存並簡化加工流程。
但另一方面，一旦開始設定實際條件，就需要進行多項確認：哪種 Cutter 直徑適合目標孔徑、螺旋螺距可設多大、斜坡角是否在刀具規格內，以及是否需要進給修正。 換言之，螺旋銑削正確運用時非常實用，但在選刀與條件設定上也很容易讓人迷失。
本文將以實務順序說明螺旋銑削的基礎、刀具選擇流程、斜坡角與螺距計算，以及加工時的重要注意事項。 並介紹頁面內的計算器，以及可依輸入條件找出候選 Tungaloy Cutter 的獨立刀具選擇器。
1. 什麼是螺旋銑削？
螺旋銑削是一種加工方法：刀具在進行圓弧插補的同時，沿 Z 方向同步進給。 刀具不是直接下刀，而是一邊畫圓一邊逐步向下，形成螺旋狀的刀具路徑。
此方法用於開孔、型腔入刀加工、锪孔，以及無需導孔的開孔加工。 它能更容易加工大於 Cutter 直徑的孔徑，且同一把 Cutter 往往可用於多種孔徑。
不過，在螺旋銑削中，刀具始終以傾斜角度進入工件。 不同於一般側銑或開槽，您需要確認斜坡角、螺旋螺距、刀具中心路徑與進給修正。
螺旋銑削結合圓弧插補與 Z 軸進給
主要確認項目包括：刀具是否支援螺旋銑削、斜坡角是否合適、螺距是否過大，以及進給修正是否正確處理。
2. 螺旋銑削的三個關鍵值
設定螺旋銑削條件時，請先從以下三個數值開始。
| 項目 | 符號 | 說明 |
|---|---|---|
| 孔徑 | Dh | 目標孔徑或螺旋孔徑 |
| Cutter 直徑 | Dc | 所使用的銑刀直徑 |
| 螺旋螺距 | Ph | 刀具每轉一圈的 Z 軸移動量 |
一旦設定這三個數值，即可求得刀具中心路徑直徑，以及每轉一圈的刀具中心移動距離。
Tool-center path diameter = Dh - Dc
Tool-center travel distance per revolution = (Dh - Dc) x pi
斜坡角的思考方式
設定螺旋螺距後，即可計算斜坡角。
Ramping angle = atan(helical pitch / tool-center travel distance per revolution)例如：孔徑 50 mm、Cutter 直徑 10 mm、螺旋螺距 5 mm 時：
Tool-center path diameter = 50.0 - 10.0 = 40.0 mm
Tool-center travel distance per revolution = 40.0 x pi = 125.7 mm
Ramping angle = atan(5.0 / 125.7) = approx. 2.3 deg若想先設定斜坡角，請用下列公式計算螺旋螺距。
Helical pitch = tool-center travel distance per revolution x tan(ramping angle)計算基準是刀具中心路徑直徑，而非孔徑本身
在螺旋銑削的計算中，重點是使用刀具中心所描繪路徑的直徑，而不是孔徑本身。
3. 螺旋銑削的刀具選擇要點
在螺旋銑削中，並非任何能放入孔徑內的 Cutter 都一定適用。 您需要確認刀具是否支援螺旋銑削、孔徑是否在支援的最小/最大螺旋孔範圍內，以及螺距與斜坡角是否在刀具規格內。
螺旋銑削使用的 Cutter 類型
主要候選為具斜坡入刀能力的方肩銑削 Cutter與具斜坡入刀能力的大進給 Cutter。 對於這兩種類型，請確認刀具是否可用於螺旋銑削、最大斜坡角為何，以及目標直徑是否落在最小/最大螺旋孔範圍內。
粗加工時，大進給 Cutter 通常是首選
當螺旋銑削用於粗加工時，從大進給 Cutter開始評估是合理的。 雖然大進給 Cutter 的最大切深 APMX 可能較小，但往往能採用更高的進給率，對提升生產效率有利。
依加工距離與刀具中心路徑直徑而定，方肩銑削 Cutter 的最大斜坡角可能成為限制因素，使 Cutter 無法充分利用其可用的 APMX。 因此，即使 APMX 較小，大進給 Cutter 仍可能因可採用更高進給條件而更具優勢。
何時應先從大進給 Cutter 開始
- 粗加工：以生產效率為主的加工，先從大進給 Cutter 開始。
- 深孔：大進給 Cutter 在長懸伸加工時較能抑制顫振，且切屑排出性佳。
- 需要縮短加工時間時：即使 APMX 較小，也更容易套用大進給條件。
- 硬材或難削材：較小的切入角可使切屑變薄並降低刀具負荷。
與方肩銑削 Cutter 的比較方式
- 方肩銑削 Cutter：即使 APMX 較大，也可能因最大斜坡角限制而無法充分發揮。
- 大進給 Cutter：即使 APMX 較小，仍可藉由大進給條件在粗加工中取得優勢。
方肩銑削 Cutter 發揮效果的情況
也有方肩銑削 Cutter 更有利的情況。 當工件剛性較低，或對加工後孔壁外觀要求較高時，請考慮方肩銑削 Cutter。
| 適合方肩銑削 Cutter 的情況 | 原因 |
|---|---|
| 工件剛性低 | 方肩銑削 Cutter 有助於降低切削力的徑向分力，抑制推動工件的力量。 |
| 需要更好的孔壁外觀 | 大進給 Cutter 可能在孔壁留下鱗片狀表面。 若孔壁表面品質很重要，方肩銑削 Cutter 可能是更合適的候選。 |
以大進給 Cutter 作為粗加工基準；工件剛性低或需更佳孔壁外觀時再考慮方肩銑削 Cutter
實際選擇時，務必不僅確認 Cutter 類型，也要逐一確認各刀具的最大斜坡角、最小/最大螺旋孔直徑、APMX，以及相容的刀片。
| 確認項目 | 重要原因 | 忽略風險 |
|---|---|---|
| 刀具是否支援螺旋銑削？ | 刀具幾何、刃口強度與切屑排出性必須適合。 | 崩刃性、顫振、切屑堵塞 |
| 直徑是否在最小/最大螺旋孔範圍內？ | 確認刀具可涵蓋目標孔徑。 | 刀具干涉、負荷過大 |
| 螺距是否在 APMX 以內？ | 確認每轉一圈的 Z 軸切深在刀具規格內。 | 刃口破損、表面品質不良 |
| 斜坡角是否在限制內？ | 確認傾斜入刀時的刀具負荷仍在可接受範圍。 | 崩刃性、顫振、過載 |
| 是否能確保刀具中心路徑？ | 確認 Cutter 直徑不會過於接近孔徑。 | 斜坡角容易變得過大 |
| 加工深度與懸伸是否可接受？ | 避免刀具或刀柄干涉。 | 刀柄干涉、剛性不足 |
| 材質對應的牌號與斷屑槽是否合適？ | 切削刃必須與工件材質匹配。 | 磨耗、崩刃性、積屑瘤 |
| 切屑排出是否確保？ | 孔內切屑可逃逸空間有限。 | 切屑二次切削、刀具損傷 |
| 條件是否在機台能力範圍內？ | 確認主軸轉速、進給與主軸功率。 | 加工不穩定、無法達到設定條件 |
孔徑、Cutter 直徑、APMX 與最大斜坡角需一併確認
螺旋銑削的刀具選擇，請將孔徑、Cutter 直徑、最小/最大螺旋孔直徑、APMX 與最大斜坡角視為一組一起確認。
4. 刀具選擇流程
本節將說明螺旋銑削用銑刀的實務選擇流程。 首先設定候選 Cutter 直徑，並確認刀具是否能涵蓋目標孔徑。 接著流程會依您是先決定螺旋螺距或先決定斜坡角而分岔。
- 設定 Cutter 直徑：設定 Cutter 直徑或候選刀具直徑。
- 先依最小/最大螺旋孔範圍暫選刀具：確認目標直徑是否在刀具適用範圍內。
- 計算刀具中心路徑直徑與移動距離：一旦設定 Cutter 直徑，斜坡角與螺距計算的基準即固定。
- 選擇先螺距或先斜坡角：兩種方式皆可；最後都要確認 APMX 與最大斜坡角。
| 方法 | 先決定的數值 | 接著計算的數值 | 主要確認項目 |
|---|---|---|---|
| 方法 1 | 螺旋螺距 | 斜坡角 | APMX 與最大斜坡角 |
| 方法 2 | 斜坡角 | 螺旋螺距 | 最大斜坡角與 APMX |
方法 1。 先決定螺旋螺距
先決定螺旋螺距時，請確認螺距是否超過刀具的 APMX。 若可接受，套用該螺距，並由刀具中心每轉移動距離與螺距計算斜坡角。
Ramping angle = atan(helical pitch / tool-center travel distance per revolution)最後，確認計算出的斜坡角是否在候選刀具的最大斜坡角以內。 若無問題，即可確定 Cutter 直徑、刀具項目、螺旋螺距與斜坡角。
方法 2。 先決定斜坡角
先決定斜坡角時，請確認角度是否超過候選刀具的最大斜坡角。 若可接受，套用該斜坡角，並由刀具中心每轉移動距離與斜坡角計算螺旋螺距。
Helical pitch = tool-center travel distance per revolution x tan(ramping angle)最後，確認計算出的螺旋螺距是否在候選刀具的 APMX 以內。 若無問題，即可確定 Cutter 直徑、刀具項目、斜坡角與螺旋螺距。
無論從螺距或角度開始，最後確認項目都相同
確認條件在 APMX 以內、在最大斜坡角以內，且位於刀具最小/最大螺旋孔範圍內。
5. 螺旋銑削時的注意事項
由於刀具在沿圓弧路徑移動的同時以角度入刀，螺旋銑削比一般側銑需要更多條件確認。 尤其請務必確認斜坡角、螺距、進給修正與切屑排出。
斜坡角不要設得過大
斜坡角越大，Cutter 肩部與刀片的負荷就越大。 即使角度在最大斜坡角限制內，也可能因工件材質、機台剛性與懸伸長度而產生顫振或崩刃性。
螺旋螺距請控制在 APMX 以內
螺旋螺距是每轉一圈的 Z 軸切深量。 若螺距過大，可能超過刀具 APMX，導致切屑堵塞或顫振。
注意：刀具中心移動與切削刃移動不同
在螺旋銑削中，NC 指令是以刀具中心路徑為基準。 但實際切削發生在刀具外周。
在內孔螺旋銑削時，刀具中心路徑直徑小於加工孔徑。 因此，刀具中心的移動距離與切削刃的移動距離並不相同。
若將型錄的進給值直接以刀具中心進給下指令，切削刃的實際進給可能會比預期更大。 請確認刀具中心指令進給與進給修正，避免切削刃進給過大。
Tool-center command feed = uncorrected feed x (Dh - Dc) / Dh注意：依機台、CNC 控制或 CAM 系統不同，圓弧進給修正可能會自動處理。 請確認實際使用機台的控制規格，以符合程式需求。
確保切屑排出
在孔內進行螺旋銑削時，切屑可逃逸空間有限。 切屑堵塞可能導致崩刃性、表面品質不良、異音與顫振。
計算值僅作為可行性確認的參考
請在確認刀具規格、工件材質、機台剛性、夾持剛性與冷卻條件後，再最終決定切削條件。
6. 螺距與斜坡角的便利計算器
如前所述，螺旋銑削需要依序確認孔徑、Cutter 直徑、螺距、斜坡角與進給修正。
公式本身不難，但每次手動計算都很耗時。 若漏掉 APMX 或最大斜坡角的確認，條件可能會超出刀具規格。
因此，使用可自動計算斜坡角與螺距的計算器，是檢討螺旋銑削條件的有效方式。 下方計算器可在「螺距→角度」與「角度→螺距」兩種計算模式間切換。
螺旋銑削計算器
斜坡角與螺距計算器
請一併確認孔徑、Cutter 直徑、螺距、斜坡角與進給修正。
計算結果
計算中加工深度
- 所需轉數
- --
- 程式設定轉數
- --
- 深度對應螺距
- --
- 深度對應角度
- --
距離與時間
- 每轉 3D 移動距離
- --
- 約 總移動距離
- --
- 約 加工時間
- --
判定與注意事項
7. 刀具選擇器介紹
計算出斜坡角與螺旋螺距後，下一個問題是：在這些條件下可使用哪些 Cutter。 在螺旋銑削中，必須一併確認孔徑、Cutter 直徑、APMX、最大斜坡角與最小/最大螺旋孔範圍，這會使得以型錄搜尋變得耗時。
為支援此確認，我們提供獨立的刀具選擇器，可依您的輸入條件找出候選 Tungaloy Cutter。 透過刀具選擇器縮小候選範圍後，您就能更順暢地檢討螺旋銑削條件。
計算器與刀具選擇器的分工使用
使用計算器確認斜坡角、螺距、進給修正與加工距離。 使用刀具選擇器找出符合這些條件的 Tungaloy Cutter 候選。
注意：刀具選擇器可協助您確認符合輸入條件的 Tungaloy Cutter 候選。
總結
螺旋銑削是一種加工方法：刀具在進行圓弧插補的同時，沿 Z 方向進給。 它適用於鑽頭難以加工的大孔徑與型腔入刀加工，但若條件設定不當，刀具負荷可能大幅增加。
- 在螺旋銑削中，請確認孔徑 Dh、Cutter 直徑 Dc 與刀具中心路徑直徑。
- 請以刀具中心移動距離為基準計算螺旋螺距與斜坡角。
- 刀具選擇時，務必確認最小/最大螺旋孔直徑、APMX 與最大斜坡角。
- 無論從螺距或角度開始，請確認最終條件在刀具規格內。
- 由於刀具中心移動與切削刃移動不同，請留意進給修正。
- 若手動計算麻煩，請使用計算器確認條件。
- 並使用獨立的刀具選擇器確認候選刀具。
在螺旋銑削中，計算與刀具選擇不應分開思考。 將孔徑、Cutter 直徑、螺距、斜坡角、進給修正與刀具規格視為一個連續流程一併確認，十分重要。