CNC的S及F

文章日期：2008-01-25 23:25

刀片的損耗與S碼及冷卻潤滑較有關，機台的負載則跟F碼與機台剛性及馬力較相關，講到CNC的S及F碼，就一定要先講切削刀具，CNC切削用的刀具常分為整體型及捨棄式刀片型，整體型刀具材質大都是高速鋼類(HSS)或鎢鋼類，捨棄式刀片型刀具材質大都是碳化鎢類(WC)，這些刀具表面常鍍上耐磨材料在刀刃及刀面上，以增加刀具壽命；常用的整體型刀具以端銑刀為代表，常用的捨棄式刀片型刀具以面銑刀車刀搪刀或快速鑽為代表。

 CNC車床的S碼有兩種使用方法 :

1. 切削米速(m/min)，與G96合用，在公式裡的代號是V，一般刀具商都會提供這個建議數據，但是在實際使用上通常要先打半折來當起始米速。

2. 主軸轉速(RPM或rev/min)，與G97合用，公式裡的代號是N，切削米速與主軸轉速兩者之間可以換算(CNC銑床的S碼則常內定為後者，不需要再用G碼切換)。

CNC的F碼是指進給，也有兩種使用方法 :

1. 每分鐘車刀移動距離mm/min(或是銑床床台每分鐘移動距離)，此法單純只指車刀或床台的移動，與主軸並沒有連動的關係，在公式裡的代號是F。

2. 車工工件每轉之下車刀移動距離mm/rev，此法之主軸刀塔有連動的關係，使用在CNC銑床的意義為 : 銑刀每轉之下銑床床台移動之距離(mm/rev)，銑刀與車刀不盡相同，銑刀通常是多刀刃，所以銑刀每轉之床台移動距離若再除以銑刀刃數，就可以得到每刃每轉之下的切削量，在本文中所使用的公式代號是f。

CNC的S碼跟刀具壽命有最直接的關係，而CNC的F碼則與銑刀及機台承受能力有最直接的關係，主軸轉速過高會耗損刀具壽命，進給過快則銑刀崩裂或斷掉，甚至機台耗損，尤其是近年來台灣製造的CNC車床搭配Fanuc的伺服馬達，若內無附減速齒輪機構，對於大直徑工件(500mm直徑)在低轉速大進給之下車削，主軸的負載會飆升，長時間加工會加速機台耗損。

★CNC銑床主軸轉速的計算 : 主軸轉速N=1000*V / (3.14*D)
D:指銑刀的直徑(mm) ，V:刀片的切削速率(m/min)
從這個計算式裡可以得知道 如果想要求得主軸轉速N，就得先得知D及V，D是銑刀的直徑，這是已知，V是刀片的切削速率，可由很多機械加工的書查出來，從書上查來的標準值其實是由實驗來的，也就是讓刀具用各種不同的V去連續加工，最後再歸納哪一個切速的值能讓刀具有最大壽命來訂出V，不同的材質，不同的切削量，甚至不同的機台(例如一般機台與高速機)，都會影響V的大小，V的標準值查出來之後，自己要會作增減，原則是：銑越多(指進刀深度，含Z方向深度及XY方向深度)V越小，銑越硬V也越小，高速鋼類的V約為碳化鎢類的V的一半；當V離標準值越大，則要想辦法降低切削刃口的溫度，否則刀具壽命就越短，不過，當V值越大，也意謂著加工效率可以提升，遇到好加工的材料，譬如說S45C，原本碳化鎢類刀具的粗加工標準值是60m/min，可是大半的加工業者都把它提升至150m/min以上，這樣可以加倍的速率完成粗加工，但對於不好加工的材料，譬如說SUS304，最好不要自作主張用200m/min以上的切速來粗加工，錢伯伯會很愉快地等你來報到。

●計算例題一 :
工件材質S45C，端銑刀直徑12mm，求主軸轉速？
Ans : 若採用切速採30m/min，則N = 1000*30 / (3.14*12) = 796 (RPM)，CNC銑床的程式寫法就是S796M03;

★CNC車床主軸轉速的計算 :  主軸轉速N=1000*V / (3.14*D)
D:指工件的直徑(mm) ，V:刀片的切削速率(m/min)
從這個計算式裡可以得知道 如果想要求得主軸轉速N，就得先得知D及V，D是工件的直徑，這是已知，V是刀片的切削速率，取用原則同前所述，車越多(指進刀深度，含X方向進深及Z方向每轉的進深)V越小，車越硬V也越小，高速鋼類的V約為碳化鎢類的V的一半；

●計算例題二 :
工件材質S45C，工件直徑50mm，求主軸轉速？
Ans : 若採用碳化鎢類刀具，切速採150m/min，則N = 1000*150 / (3.14*50) = 955 (RPM)，CNC車床若用G97來車，那程式的寫法就是G97S955M03，但如果用G96來車，那程式的寫法就是G50S2500; G97S150M03，在程式裡不用計算主軸轉速，機台的控制器會依程式裡給定的切速來自動計算主軸轉速，但要多寫一行G50S2500來限制最大轉速，CNC車床會有這種G96這種功能是因為車床工件上每個部位的直徑可能都不一樣(不像銑床的銑刀直徑是固定的)，車大直徑的地方要用小的主軸轉速，車小直徑的地方要用大的主軸轉速，所以用固定RPM的這種G97來車就不大好(但是車牙得用G97)。

★    CNC銑床進給量F的計算 :  F = Fc * n * Nn指銑刀的刀刃數目，N是指主軸轉速(RPM)，Fc是每刀刃每轉的進給(mm/rev)，銑床的刀具大都是多刀刃，這跟車床大都是單刀情況不一樣，所以銑床的進給也分兩種，一是床台移動的進給F(mm/min) ，另一是每刀刃在每轉之下的進給Fc(mm/rev)，影響Fc的因素有：工件材質、銑刀的材質及鍍層、進刀深度(含Z方向深度及XY方向深度)、機器的剛性與馬力、粗精銑、及順逆銑法…
一般的討論, Z方向進刀深度大都定在一個直徑, XY方向進刀深度小於一個半徑的情況下來討論轉速跟進給量，我們必須具足Fc 、 n 、N這三要素才能求出F，n是銑刀的刀刃數目，自己數看看就知道，N是主軸轉速，照前述的方法就可求得，至於Fc可由刀具製造商來提供(請參考端銑刀的型錄)，粗加工S45C這種材料時，我一般都從0.04mm/rev起跳，比較保險，如果機器受得了，才再往上增加。

要如何判斷機器是否承受得程式裡指定的F呢?
當CNC銑床的進入程式自動執行之後，其實可以手動調整主軸轉速及床台進給速度以補程式控制之不足，手動調整原則: 如果是銑削時發出尖銳的振刀聲音，主軸轉速要往下調到聽不到尖銳的振刀聲音為原則，但如果是床台震動太大(有低沉的振刀聲音或是手放在機身上去感覺)，就改往下調床台進給速度至聽不到低沉的振刀聲音為原則，等到銑得順了，再來確定所要的S及F碼的值。 ●計算例題三 :
工件材質S45C，兩刃端銑刀直徑12mm，求床台移動的進給F？
Ans : 若採用Fc=0.04mm/rev，則F =0.04* 2*796=64mm/min，CNC銑床的程式寫法就是G94F64; (G94是大部份的CNC銑床內定模式，如果G94仍在作用中，可省略不寫)，不過，如果採用G95的寫法，這樣主軸轉速N跟床台移動的進給F是無關的，G95是主軸每轉床台進給的意思(mm/rev)，其公式為 F = Fc * n，CNC銑床的程式寫法就是G95F0.08;

★    CNC車床進給量F的計算 :  F = Fc * N
N是指主軸轉速(RPM)，Fc是刀刃在工件每轉之下的進給(mm/rev)，車床大都是單刀切削，這跟銑床的刀具大都是多刀刃切削不一樣，所以公式裡就不用寫入n(刀刃數目)，影響Fc的因素有：工件材質、銑刀的材質及鍍層、進刀深度(含Z方向深度及XY方向深度)、機器的剛性與馬力、粗精車…
Fc可由刀具製造商來提供(請參考車刀的型錄)，S45C粗加工時我一般都用0.25mm/rev起跳，比較保險，如果機器受得了，才再往上增加。

●計算例題四 : 工件材質S45C，直徑50mm，求(車刀)床台移動的進給F？
Ans :
若採用Fc=0.25mm/rev，則CNC車床的程式寫法就是G99F0.25; (G99是大部份的CNC車床內定模式，如果G99仍在作用中，可省略不寫)，用G99不需再計算床台(車刀)每分鐘要移動多少mm，因為G99的模式就是工件(主軸)每轉之下床台的進給(mm/rev)，它已經定好主軸及床台之間的連動關係，不過，如果採用G98Fxx, 這樣主軸轉速跟床台移動的進給F是無關的，G98只規範床台每分鐘的進給(mm/min)，並不管主軸是如何轉，G98的F的計算公式為 F = Fc * N=0.25*955=239，CNC車床的程式寫法就是G98F239;車英制牙的時候常會用G98並配以計算過後的主軸轉速來加工，請參照http://tw.myblog.yahoo.com/cu01joe/article?mid=467&prev=469&next=429

註一：下表是刀具商建議的銑削速度建議表，粗加工時不要冒然隨意取用，因為銑削速度跟刀具壽命是無法得兼的，如果需要刀具壽命長久的，銑削速度就取該欄位數字的最下限，甚至還得打個７折才行，至於需要極快的加工效率的，銑削速度就取該欄位數字的最上限，此外，對於韌性材料(ex:不繡鋼)的精加工，其進刀深度不可過小(ex:0.05mm)，以免刀具因材料太韌切屑太薄而切入不易反造成磨損，請參考http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1607081910697，對於脆性材料(ex:鑄鐵)，進給F不可過小(ex:每刃0.1mm/rev以下)，以免刀具磨損快又降低加工效率。

銑削速度表（m/min）

刀具材質工件材質	高速鋼		碳化物
	粗削	精削	粗削	精削
低碳鋼	40 ~ 50	60 ~ 75	130 ~ 240	220 ~ 300
中碳鋼	35 ~ 45	50 ~ 70	120 ~ 200	200 ~ 250
高碳鋼	22 ~ 28	35 ~ 40	100 ~ 150	150 ~ 200
鑄鐵（軟）	18 ~ 25	30 ~ 35	60 ~ 90	90 ~ 130
鑄鐵（硬）	12 ~ 18	20 ~ 25	50 ~ 70	75 ~ 100
黃銅	60 ~ 90	60 ~ 90	180 ~ 300	180 ~ 300
鋁	150 ~ 200	300 ~ 500	200 ~ 250	500 ~ 1000

註二：下表是面銑刀每刃切削量的建議表，也不可冒然隨意取用，因為每個人所使用的機台剛性，機台馬力以及刀具材質都不同，使用上最好是從最下限開始引用，等機台可以承受，再往上推升。