在 CNC 銑削加工中，粗加工和精加工是精度、效率和準確度的支柱。這兩種加工階段有不同的目的，各有不同好處與用途。
了解兩者之間的區別，可以幫助你優化加工流程，在不階段採用不同加工手法，對的讓加工生產效益提升。
為何要區分粗加工與精加工？
粗加工的核心目標：快速移除大量材料
粗加工( Roughing ) 是切削加工過程的第一個主要步驟，主要目標是快速移除工件上多餘的材料，有效率的盡可能接近所要的形狀。粗加工不追求完美的表面或非常精確的尺寸。
可以把粗加工想像成雕刻家先用大鑿子快速去掉大塊石頭，塑造出大致的輪廓。
精加工的核心目標：達到公差與表面精度要求
精加工( Finishing )是接近或完成加工的最後步驟，主要目標是達到工程圖紙上要求、最終尺寸精度、幾何公差和表面光潔度。
可以把精加工想像成雕刻家換用小刻刀，仔細修飾細節，讓作品表面光滑，線條精準。
粗加工 vs. 精加工，關鍵重點比較
以下匯整精加工與精加工，2種加工法的在目標、使用時機與優缺點與應用產業上的比較：
| 特徵 | 粗加工 (Roughing) | 精加工 (Finishing) |
| 主要目標 | 快速移除多餘材料，形成工件大致輪廓。 | 達到圖紙要求的最終尺寸、公差和表面光潔度。 |
| 精度 | 尺寸精度較低，公差範圍大 (例如 IT11-IT13+)。表面粗糙度高 (例如 Ra 3.2μm+)。 | 尺寸精度高，公差範圍小 (例如 IT7-IT9)。 表面粗糙度低 (例如 Ra 0.4-3.2μm)。 |
| 優先級 | 材料移除率與加工效率優先。 | 加工品質優先，達到公差與精表精度要求。 |
| 使用時機 | 加工流程前期步驟，為精加工準備基礎。 | 加工流程後期或最後步驟，決定零件最終品質。 |
| 優點 (Pros) | 速度快，顯著縮短整體加工時間、為後續工序打好基礎。 | 精度高，能滿足嚴格的公差要求。表面好，提供優良的光潔度和外觀。 |
| 缺點 (Cons) | 精度低，表面粗糙，有明顯刀痕。可能產生較大應力或變形。 | 速度慢，材料移除率低。對刀具、機床、夾具有較高要求。無法移除大量材料。 |
| 應用產業或產品 | 幾乎所有需要 CNC 銑削的工件都需要此階段。 | 模具 (型腔、型芯)，精密機械零件，航空航天部件；醫療器械，光學元件基座，所有對尺寸和表面有較高要求的產品。 |
精粗加工在加工流程中的角色定位
在大多數的精密加工中，粗加工是基礎，先以高效率的粗加工，為精加工創造基礎；精加工是品質保證，用來確保零件符合最終的品質要求。
如果只有粗加工，工件通常無法滿足多數應用所需的精度和表面品質。
2種工法的順序關係，通常先進行粗加工，再進行一道或多道半精加工，最後進行精加工。達到效率和品質。
接下來更進一步介紹，這2種加工法的參數設定、刀具選擇與有效的加工策略規劃。
2種加工參數設定的關鍵差異
粗加工和精加工的目標不同，它們使用的加工參數（切削速度、進給率、切削深度、切削寬度）有明顯差異。
切削速度 (Vc) 的選擇：粗加工與精加工的考量點
切削速度 (Vc) 是刀刃接觸工件的速度，會直接影響刀具壽命、加工溫度和表面品質。下面表格整理精粗加工在切削速度上的比較：
| 項目 | 粗加工 | 精加工 |
| 目的 | 快速去除材料、提升效率 | 提升表面品質與尺寸精度 |
| 考量重點 | – 刀具壽命與效率- 機台功率與剛性- 排屑能力 | – 表面粗糙度- 尺寸精度- 刀刃鋒利度與溫度控制 |
| Vc 選擇原則 | – 採用建議範圍內偏高的 Vc 值- 若進給量大、切深大，可能稍降 Vc | – 採用建議範圍中間或偏低值- 以穩定切削與刃口鋒利為主 |
| 常見選擇值 | 建議範圍 120–180 m/min → 可從 160 m/min 開始測試 | 建議範圍 100–160 m/min → 可從 130 m/min 開始測試 |
| 補充說明 | 強調材料移除速率與生產力，適度調整以降低刀具負荷與溫升 | 強調刀具壽命與表面品質，避免因溫度過高導致變形或刃口鈍化 |
進給率 (Vf) 與每刃進給量 (Fz)：效率優先 vs. 品質優先
進給率 (Vf) 是刀具移動的速度，它由每刃進給量 (Fz) 和轉速 (n) 決定。Fz 代表每個刀刃切削的材料量。粗加工是用「大步快跑」的方式前進，精加工用「小步慢走」的慢工出細活。比較表格如下：
| 項目 | 粗加工 | 精加工 |
| 目的 | 快速去料、提升效率 | 提升表面光潔度 |
| 考量重點 | 高材料去除率刀具與機台剛性 | 加工痕跡淺、表面滑順 |
| Fz 選擇 | 採用建議範圍內偏高值 | 採用建議範圍內偏低值 |
| Vf 特性 | 搭配高轉速 (n)，進給速度快 | 即使轉速高，因 Fz 小，進給速度仍較慢 |
| 切屑特性 | 切屑厚、推進快 | 切屑薄、細緻修飾 |
切削深度 (ap) 與寬度 (ae)：粗加工的大餘量 vs. 精加工的小餘量
切削深度 (ap) 是刀具沿軸向一次切削的深度。切削寬度 (ae) 是刀具沿徑向一次切削的寬度。
| 項目 | 粗加工 | 精加工 |
| 目的 | 快速去料，大量移除材料 | 輕量修整，確保尺寸與表面 |
| 考量重點 | 刀具直徑、機台剛性、功率 | 工件變形、表面品質 |
| ap/ae 選擇 | 使用較大 ap 與 ae 值 | 使用非常小的 ap 與 ae 值 |
| 操作特性 | 一次切大量，效率高 | 小切削力，穩定刮削 |
總結精粗加工的參數差異
| 參數 | 粗加工 (目標：效率) | 精加工 (目標：品質) |
| Vc | 較高 | 中低 |
| Fz | 較高 | 較低 |
| Vf | 較高 | 較低 |
| ap | 較大 | 非常小 |
| ae | 較大 | 非常小 |
刀具選擇策略：粗加工與精加工的考量不同
由於精粗加工的目標不同，在選擇刀具的重點不同。以下深入說明如何選擇合的刀具：
粗加工刀具選擇重點
粗加工時，刀具承受較大的衝擊和切削力。因此，選擇粗加工刀具時，主要看重：
- 刀具強度與韌性：
刀具需要足夠堅固，能夠承受大切削深度和寬度帶來的負荷，不容易崩裂或斷裂。材質選擇上，建議選用韌性較好的鎢鋼刀，或者使用捨棄式刀片，讓刀片破損可以快速更換。
- 排屑效率：
粗加工產生大量切屑，需要順暢地排出切削區域，避免切屑堵塞影響加工或損壞刀具。刀具的容屑槽設計要夠大，螺旋角設計也要有利於排屑。選用 2 刃或 3 刃，特別是加工軟材料，獲得更大的排屑空間。
- 成本效益：
由於粗加工刀具磨損相對較快，成本也是一個考量因素。
精加工刀具設計的選擇重點
精加工的目標是獲得高精度和優良表面，對刀具的要求更為嚴格：
- 刃口鋒利度：
- 鋒利的切削刃才能「切削」而不是「擠壓」材料，留下更光滑的表面。
- 精加工刀具的刃口處理要求很高，需要非常小的刃口鈍圓半徑。
- 刀具精度：
- 刀具的直徑、圓角半徑等與和裝夾後的偏擺量要高。低跳動能確保切削平穩，減少震紋。
- 高品質的刀柄和夾持系統（如熱縮刀柄、液壓刀柄）對於保證低跳動有幫助。
- 耐磨性：
- 精加工過程雖然切削量小，但需要長時間維持刃口的鋒利度和尺寸精度。耐磨性好的刀具能加工更多零件，保持品質一致性。
- 刃數：
- 精加工常選用多刃數刀具（如 4 刃、6 刃或更多）。雖然容屑空間較小，但精加工切屑量少，更重要的是多刃數可以提高加工穩定性，並在相同進給速度下降低每刃進給量，有利於表面光潔度。
針對精粗加工的刀具材質與塗層選擇建議
| 項目 | 粗加工 | 精加工 |
| 刀具材質 | – 通用型鎢鋼- 韌性高 | – 細顆粒／超細顆粒鎢鋼- 硬度高、刃口鋒利 |
| 塗層類型 | – TiAlN、AlCrN 等耐磨抗熱塗層 | – 鋼件：TiAlN、TiSiN- 鋁材：TiB₂、DLC- 硬材：AlTiN 等複合塗層 |
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2個加工策略與路徑規劃的區別
除了參數和刀具，加工策略和刀具路徑的選擇在粗加工和精加工階段也藏有許多細節。
粗加工的常用路徑策略清單
| 策略名稱 | 特色說明 | 優點 | 缺點 | 適用情境 |
| 擺線銑削Trochoidal Milling | 小 ae、大 ap，圓弧滾動路徑 | 切削穩定、排屑佳、散熱好，可高速加工 | 路徑較複雜，編程稍難 | 深槽、型腔、高硬材料 |
| 大間距平行銑Large Stepover | ae 大（50–80% 直徑），簡單輪廓平行切削 | 編程簡單 | 切削負荷不穩，角落處負載高 | 外輪廓、大面積粗加工 |
| 高進給銑削High Feed Milling | 小 ap、大 Fz，專用刀具 | 材料去除率極高，力沿軸向傳遞，壽命長 | 對機床剛性要求高 | 高效粗加工、硬材料 |
| 區域清除Pocketing | 中心向外或沿邊向內，逐層移除 | 可搭配多種策略，靈活性高 | 路徑需優化避免空刀 | 封閉型腔、口袋區域 |
精加工的常用路徑策略清單
| 策略名稱 | 特色說明 | 優點 | 缺點 | 適用情境 |
| 等高線精加工Z-Level Finishing | 固定 Z 高度等高切削 | 陡面加工效果好 | 平面區痕跡明顯 | 立壁、陡峭曲面 |
| 平行銑削Parallel Finishing | 小 ae，直線來回走刀 | 平面品質佳，路徑簡單 | 陡坡區效果差 | 平滑表面、常與等高線搭配 |
| 3D 輪廓銑削Scallop / 3D Contour | 維持等高差，貼合3D曲面 | 表面均勻，適用複雜形狀 | 路徑計算較慢 | 模具、自由曲面加工 |
| 清角加工Rest / Pencil Milling | 小刀具針對殘料與角落特徵 | 精細處理、補強細節 | 加工時間長 | 精修殘料、小角落 |
| 順銑 vs. 逆銑 | 順銑：切屑由厚變薄逆銑：切屑由薄變厚 | 順銑切削穩、壽命長、表面好 | 逆銑易摩擦發熱 | 精加工優先用順銑 |
預留精加工餘量的重要性與考量
從粗加工到精加工應預留適當餘量（稱為精加工餘量），以補償尺寸誤差、去除刀痕與應力變形。餘量應均勻，避免刀具負荷不穩。數值視材料與精度需求，通常為 0.1–0.5mm。若中間有熱處理，應預估變形量一併納入。適當餘量是確保尺寸準確與表面品質的關鍵。
結果評估：表面品質、尺寸公差與精度標準的差異
粗加工和精加工的最終結果在表面品質和尺寸精度上有明顯差異。匯整比較表格如下：
| 項目 | 粗加工 | 精加工 |
| 表面狀態 | 粗糙、明顯刀痕，常有毛邊 | 光滑、刀痕細或幾不可見，毛邊少或無 |
| 表面粗糙度 (Ra) | 約 Ra 3.2 ~ 12.5 μm 或更高 | 普通精加工：Ra 1.6 ~ 3.2 μm精密加工：Ra 0.8 ~ 1.6 μm高光潔度：Ra 0.1 ~ 0.8 μm（可能需研磨/拋光） |
| 尺寸精度 | 低精度，僅接近目標尺寸 | 高精度，可達嚴格尺寸公差 |
| 常見公差等級 (IT) | IT11 ~ IT13 | 普通精加工：IT7 ~ IT9精密加工：IT5 ~ IT7超高精度：IT4 以下（需磨削） |
| 應用目標 | 預留餘量、快速去料 | 達成最終尺寸與表面要求 |
實際應用：如何明智選擇粗精加工？
在大多數的 CNC 精密加工，粗加工與精加工在先後順序有別，經常會搭配運用。
雖然不是所有零件都需要嚴格區分，但在以下情況下，明確區分粗加工和精加工是必要的：
對精度與表面要求極高的零件
精密儀器組件、醫療植入物、模具型腔與型芯、發動機零件等零件，由於功能直接依賴於精確的尺寸和光滑的表面。任何偏差都可能導致性能下降或失效。必須透過精加工來保證最終品質。
加工難切削材料或熱處理後材料
在處理難切削材料，包括不鏽鋼、鈦合金、高溫合金、淬火後的模具鋼 (HRC 50+)時，由於這些材料硬度高、加工硬化傾向嚴重、導熱性差。
粗加工時切削力大，發熱量高。如果直接精加工，刀具磨損極快，很難控制尺寸和表面。
分開粗精加工，可以在粗加工階段使用更耐衝擊的刀具和策略，在精加工階段使用更鋒利、更耐磨的刀具處理較小餘量，才能有效加工。
避免工件變形或內部應力累積的情況
在一些特殊工件加工，例如薄壁零件、細長軸類零件、大型結構件時，粗加工時產生的大切削力可能導致薄壁或細長零件變形，快速移除大量材料可能在工件內部引入殘餘應力。
透過粗加工先移除大部分材料，讓工件應力釋放或產生初步變形，然後再進行精加工修正，可以獲得更穩定的最終尺寸。精加工使用較小的切削力，能最大限度減少對工件的額外應力。
更多精加工與粗加工的參考資料
- What’s the Difference? A Machining Guide to CNC Roughing and Finishing
- Master Guide of Roughing & Finishing Cut in Machining (Differences & Usage)
- Rough Machining VS Finishing Machining