TW202122184A - 加工裝置、加工方法及切削工具 - Google Patents
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Abstract
提供一種使工件的螺紋底面之凹凸精細的加工裝置、加工方法及切削工具。加工裝置使工件及多刃工具一邊相對旋轉一邊沿著加工進給方向相對地進給移動,並沿著形成規定之螺旋狀的相同切削路徑進行數次於工件之徑向的切入加工,以進行在工件形成螺紋部分之螺紋加工。具備控制部進行伴隨工件於徑向之振動來形成螺紋部分之溝加工,以及接觸工件的經溝加工之部位並形成螺紋部分之精加工。多刃工具具有沿著加工進給方向被排列配置之第一切削刃及比第一切削刃的長度短之第二切削刃。控制部係將振動波形的振幅設定成在精加工中不使第二切削刃的刀鋒接觸工件的螺紋底面之值。
Description
本發明係關於一種進行工件之螺紋加工的加工裝置、加工方法及切削工具。
以往使用刀片(chip)在工件的外周形成螺紋部分的情況下,使刀片的切削刃於工件的徑向切入,一邊將工件於其軸線方向進給一邊使工件以軸線為中心旋轉。切削刃形成為與螺紋溝相同形狀,刀片係有設置一個該切削刃之類型,另有設置數個切削刃之類型(稱為多刃工具)。例如,專利文獻1揭示將第一切削刃與第二切削刃排列配置之多刃工具的構造。
專利文獻1為日本實開昭第60-186103號公報。
根據上述專利文獻1所記載的多刃工具,即使第一切削刃磨損,其後的第二切削刃仍可重新切削第一切削刃無法切削的部位。然而,使用此多刃工具的情況下,第二切削刃會切削第一切削刃已切削的部位,故工件的螺紋底面之加工精度有降低的情形。
本發明係鑒於上述情事,目的係提供使工件的螺紋底面之加工精度提升的加工裝置、加工方法及切削工具。
第一,本發明的加工裝置,具備:工件保持手段,係保持工件;刀具台,係保持多刃工具,該多刃工具係將該工件切削加工;進給手段,係藉由該工件保持手段及該刀具台之相對移動,使該多刃工具相對於該工件係往規定之加工進給方向進給作動;振動手段,係使該工件保持手段及該刀具台於該工件之徑向上相對地來回振動;及旋轉手段,係使該工件及該多刃工具相對地旋轉,該多刃工具具有沿著該加工進給方向被排列配置之第一切削刃及第二切削刃,該第二切削刃配置於該第一切削刃的後方且比該第一切削刃的長度短,該加工裝置使該工件及該多刃工具一邊相對旋轉一邊沿著該加工進給方向相對地進給移動,並沿著形成規定之螺旋狀的相同切削路徑進行數次於該工件之徑向的切入加工,以進行在該工件形成螺紋部分之螺紋加工,其中,該加工裝置具備控制部,該控制部控制該進給手段、該振動手段及該旋轉手段之作動,以進行伴隨該工件於徑向之振動來形成螺紋部分之溝加工,以及接觸該工件的經該溝加工之部位並形成該螺紋部分之精加工,該控制部係將對該振動手段設定之振動波形的振幅,設定成在該精加工中不使該第二切削刃的刀鋒接觸該工件的螺紋底面之值。第二,該控制部係將對該振動手段設定之振動波形的振幅,設定成在該精加工中為0。
第三,本發明的加工方法,係使工件及切削加工該工件之多刃工具一邊相對旋轉,一邊使該多刃工具對該工件沿著規定之加工進給方向相對地進給移動,並沿著形成規定之螺旋狀的相同切削路徑進行數次於該工件之徑向的切入加工,以進行在該工件形成螺紋部分之螺紋加工,該多刃工具具有沿著該加工進給方向被排列配置之第一切削刃及第二切削刃,該第二切削刃配置於該第一切削刃的後方且比該第一切削刃的長度短,該螺紋加工包含溝加工步驟及精加工步驟,該溝加工步驟係伴隨該工件及該多刃工具於該工件之徑向之相對來回振動來形成該螺紋部分,該精加工步驟係接觸該工件的經該溝加工之部位並形成該螺紋部分,該精加工步驟中,將對該振動手段設定之振動波形的振幅,設定成不使該第二切削刃的刀鋒接觸該工件的螺紋底面之值。
第四,本發明的切削工具,係用於一加工方法,該加工方法係使工件及切削加工該工件之多刃工具一邊相對旋轉,一邊使該多刃工具對該工件沿著規定之加工進給方向相對地進給移動,並沿著形成規定之螺旋狀的相同切削路徑進行數次於該工件之徑向的切入加工,以進行在該工件形成螺紋部分之螺紋加工,該螺紋加工包含溝加工步驟及精加工步驟,該溝加工步驟係伴隨該工件及該多刃工具於該工件之徑向之相對來回振動來形成該螺紋部分,該精加工步驟係接觸該工件的經該溝加工之部位並形成該螺紋部分,該多刃工具具有沿著該加工進給方向被排列配置之第一切削刃及第二切削刃,該第一切削刃被使用於該溝加工步驟及該精加工步驟兩者,該第二切削刃配置於該第一切削刃的後方且僅被使用於該精加工步驟,該第二切削刃的長度係設為比該第一切削刃的長度短。
本發明可得到以下功效。精加工中,第二切削刃不接觸工件的螺紋底面,故即使是使用多刃工具進行螺紋加工的情況下,亦可形成加工精度高的螺紋部分。
以下一邊參照圖式一邊說明本發明之加工裝置、加工方法及切削工具。如第1圖所示,工具機100具備主軸110、刀具台130A及控制裝置180。工具機100相當於本發明之加工裝置。主軸110之頂端設有夾頭120,工件W係透過夾頭120保持於主軸110。主軸110相當於工件保持手段。主軸110係可旋轉地被支持於主軸台110A,藉由例如設於主軸台110A與主軸110之間的主軸馬達(例如內藏式馬達)115的動力而旋轉。
主軸台110A設置於Z軸方向進給機構160。Z軸方向進給機構160係具備車台161及Z軸方向導引滑軌162,該車台161與床台為一體,Z軸方向導引滑軌162將Z軸方向進給台163可任意滑動地支持。Z軸方向進給台163藉由線性伺服馬達165之驅動,沿著與工件W之轉軸軸線方向一致的圖示之Z軸方向移動時,主軸台110A在Z軸方向移動。線性伺服馬達165具有動子165a及定子165b,動子165a設於Z軸方向進給台163側,定子165b設於車台161側。
刀具台130A裝接有將工件W旋削加工之車刀等切削工具130,刀具台130A設於X軸方向進給機構150。X軸方向進給機構150係具備車台151及X軸方向導引滑軌152,該車台151與床台為一體,X軸方向導引滑軌152將X軸方向進給台153可任意滑動地支持。X軸方向進給台153藉由線性伺服馬達155之驅動,沿著與圖示之Z軸方向正交的X軸方向移動時,刀具台130A在X軸方向移動。線性伺服馬達155具有動子155a及定子155b,動子155a設於X軸方向進給台153側,定子155b設於車台151側。
Y軸方向進給機構可設於工具機100。Y軸方向係與圖示之Z軸方向及X軸方向正交的方向。Y軸方向進給機構可設為與Z軸方向進給機構160或X軸方向進給機構150相同的構造。藉由如習知之X軸方向進給機構150及Y軸方向進給機構的組合,可以使切削工具130不僅可於X軸方向移動,亦可於Y軸方向移動。
Z軸方向進給機構160、X軸方向進給機構150及Y軸方向進給機構係以使用線性伺服馬達之例子來說明,亦可為使用習知之滾珠螺桿與伺服馬達之構造。
主軸110之旋轉、Z軸方向進給機構160及X軸方向進給機構150等之移動係以控制部181來控制。控制部181係由CPU及記憶體等構成,將例如ROM所儲存的各種程式或資料載入至RAM,並實行該程式。藉此,可以根據程式來控制工具機100的動作。
第1圖之例中,控制部181驅動主軸馬達使工件W相對於切削工具130旋轉,且驅動Z軸方向進給機構160使工件W相對於切削工具130於Z軸方向移動。又,驅動X軸方向進給機構150使切削工具130相對於工件W於X軸方向來回振動,沿著相同切削路徑以螺旋狀切入數次,藉此如第2圖所示,以切削工具130在工件W切削加工螺紋部分。
切削工具130具有被保持於刀具台130A的架子130B,架子130B的頂端螺固有例如外螺紋加工用的刀片(chip)131。刀片131係如第3圖所示,具有形成角柱狀的工具本體132,工具本體132的中央位置形成有貫孔133,且插入有用以將刀片131夾於架子130B之螺絲。工具本體132的外周形成有例如1組2片之切削刃(前刃141及後刃142)。前刃141相當於第一切削刃,後刃142相當於第二切削刃。如此之刀片131具有數片切削刃,相當於將工件W切削加工之多刃工具。又,工具本體132的外周設有共3組的前刃141及後刃142,係以等間隔相互配置。
前刃141及後刃142沿著加工進給方向(第2圖的Z軸方向)被排列配置,前刃141位於比後刃142更前方(Z軸之正方向:與Z軸的箭頭相同方向。以下亦同)。前刃141及後刃142形成為與所加工之螺紋溝相同形狀,前刃141與後刃142的間隔係基於所加工之螺紋部分的螺距來界定。又,將前刃141及後刃142的刀鋒朝向第2圖的X軸之正方向(與X軸的箭頭相同方向。以下亦同)配置,一邊將工件W往第2圖的Z軸之負方向(與Z軸的箭頭相反之方向。以下亦同)進給,一邊將此工件W如第2圖之箭頭所示地,在與前刃141及後刃142之刀鋒的接觸位置由圖的後側往前側旋轉的情況下,右螺紋加工於工件W。
此外,將左螺紋加工於工件W的情況下,將前刃141及後刃142之刀鋒朝向第2圖的X軸之負方向(與X軸的箭頭相反之方向。以下亦同)配置,一邊將工件W往第2圖的Z軸之負方向進給,一邊將此工件W往第2圖之箭頭的反方向旋轉。
對工件W進行螺紋加工的情況下,控制部181係如第4圖~第9圖之說明,將切入次數設為5,進行5次螺旋狀切入加工來形成螺紋部分的例子。切入次數係直到形成螺紋部分為止之切入加工的次數。更具體而言,例如進行4次溝加工後,進行例如1次精加工。首先,溝加工係伴隨工件W於徑向之振動(一邊使刀片131相對於工件W在X軸方向來回振動)形成螺紋部分的步驟,使用前刃141及後刃142兩者。
第4圖及第7圖係說明溝加工之第一次路徑的圖。將前刃141及後刃142的刀鋒朝向X軸的正方向配置,後刃142在Z=0之位置時的加工時間作為0秒。在此時間點,前刃141的刀鋒位於第4圖的A點,後刃142的刀鋒位於a點。藉由工件W旋轉,刀鋒相對地移動至第4圖之Y軸的負方向(與Y軸的箭頭相反之方向。以下亦同),且藉由工件W被進給至第2圖之Z軸的負方向,刀鋒移動至第4圖之Z軸的正方向。前刃141及後刃142於工件W的徑向(X軸的正方向:紙面的後側)以規定的前進量移動(前進)後,於其反方向以規定的後退量移動(復位)。第4圖及第7圖係將工件W的1次旋轉中切削工具130的來回移動之次數作為振動次數D時,振動次數D為3(次/r)之例子。
詳言之,後刃142係由第4圖的a點往b點前進而形成工具軌跡t0。此時,後刃142係由a點逐漸被推入X軸的正方向,在a點與b點之中間位置的切入深度最大,之後隨著接近b點而切入深度逐漸變小後到達b點。藉由相對的刀鋒移動,經過規定時間後,後刃142由工具軌跡t0的b點往工具軌跡t1的b點移動。之後,後刃142由工具軌跡t1的b點往同樣t1的c點移動。此時後刃142亦由b點逐漸被推入X軸的正方向,在b點與c點之中間位置的切入深度最大,之後隨著接近c點而切入深度逐漸變小後到達c點。之後,後刃142以工具軌跡t2、t3、t4、t5、t6……之順序前進。
前刃141位於比後刃142更往前1次之螺距的位置。因此,後刃142位於工具軌跡t0時,前刃141係由第4圖的A點往B點前進而形成工具軌跡T0。此時,前刃141係由A點逐漸被推入X軸的正方向,在A點與B點之中間位置的切入深度最大,之後隨著接近B點而切入深度逐漸變小後到達B點。藉由相對的刀鋒移動,經過規定時間後,前刃141由工具軌跡T0的B點往工具軌跡T1的B點移動。之後,前刃141由工具軌跡T1的B點往同樣T1的C點移動,之後前刃141以工具軌跡T2、T3、T4、T5……之順序前進。
第一次路徑中,由於後刃142在Z=0之位置時的加工時間作為0秒,如將縱軸作為X軸座標(切入方向),橫軸作為導程方向之第7圖所示,後刃142的工具軌跡t0係來回振動使切入加工由後刃主軸相位=0(度)之位置開始,在後刃主軸相位=60(度)之位置到達波峰而進行復位,在後刃主軸相位=120(度)之位置係後刃142的刀鋒到達工件W的外周面。接著,後刃142的工具軌跡t1係來回振動使切入加工由後刃主軸相位=120(度)之位置開始,在後刃主軸相位=240(度)之位置係後刃142的刀鋒到達工件W的外周面。
另一方面,第一次路徑中,後刃142在Z=0之位置時前刃141在後刃主軸相位=60(度)之位置。因此,前刃141的工具軌跡T0係來回振動使切入加工由後刃主軸相位=60(度)之位置(前刃主軸相位=0(度)之位置)開始,在後刃主軸相位=120(度)之位置(前刃主軸相位=60(度)之位置)到達波峰而進行復位,在後刃主軸相位=180(度)之位置(前刃主軸相位=120(度)之位置)係前刃141的刀鋒到達工件W的外周面。
藉此,如第7圖所示,前刃141的工具軌跡及後刃142的工具軌跡係在主軸相位(第7圖之圖表的橫軸方向)偏離,前刃141的工具軌跡與後刃142的工具軌跡產生重複。後刃142的工具軌跡t0包含於前刃141的工具軌跡T0的重複期間,由於已藉由前刃141(工具軌跡T0)來切削過,故形成後刃142(工具軌跡t0)實質上不切削工件W之揮空期間,工件W所產生的切屑被切斷成切粉。此後,第一次路徑中,若後刃142在復位時到達前刃141的工具軌跡,則切屑被切斷。
第5圖及第8圖係說明第二次路徑之溝加工的圖。第二次路徑的切入量設定成例如與第一次路徑相同數值,刀鋒朝向X軸的正方向配置之前刃141在Z=0之位置時的加工時間作為0秒。前刃141由工具軌跡T0以T1、T2、T3、T4、T5、T6……之順序前進,前刃141為工具軌跡T3時後刃142位於Z=0之位置(以工具軌跡t3表示),以t4、t5、t6、t7、t8……之順序前進。
第二次路徑中,由於前刃141在Z=0之位置時的加工時間作為0秒,如第8圖所示,前刃141的工具軌跡T0係來回振動使切入加工由前刃主軸相位=0(度)之位置開始,在前刃主軸相位=60(度)之位置到達波峰而進行復位,在前刃主軸相位=120(度)之位置前到達第一次路徑的切削裕度(圖中以虛線表示)。接著,前刃141的工具軌跡T1係來回振動使切入加工由前刃主軸相位=120(度)之位置開始,在前刃主軸相位=240(度)之位置之前到達第一次路徑的切削裕度。
因此,如第8圖所示,前刃141的工具軌跡與第一次路徑的切削裕度產生重複。前刃141的工具軌跡T0包含於第一次路徑的切削裕度之工具軌跡的重複期間,形成前刃141(工具軌跡T0)實質上不切削工件W之揮空期間,工件W所產生的切屑被切斷成切粉。
另一方面,此第二次路徑中,前刃141為工具軌跡T3時後刃142在Z=0之位置(以工具軌跡t3表示)。因此,後刃142的工具軌跡t3係來回振動使切入加工由前刃主軸相位=300(度)之位置(後刃主軸相位=0(度)之位置)開始,在前刃主軸相位=0(度)之位置(後刃主軸相位=60(度)之位置)到達波峰而進行復位,在前刃主軸相位=60(度)之位置(後刃主軸相位=120(度)之位置)之前,後刃142的刀鋒到達前刃141的工具軌跡T3。
因此,如第8圖所示,前刃141的工具軌跡與後刃142的工具軌跡產生重複。後刃142的工具軌跡t3包含於前刃141的工具軌跡T3的重複期間,形成後刃142(工具軌跡t3)實質上不切削工件W之揮空期間,工件W所產生的切屑被切斷。此後,第二次路徑中,若前刃141在復位時到達第一次路徑的切削裕度,或者後刃142在復位時到達前刃141的工具軌跡,則切屑被切斷。
又,雖圖未繪示,但在此溝加工中,第三次路徑中,例如後刃142在Z=0之位置時的加工時間作為0秒,第四次路徑中,例如前刃141在Z=0之位置時的加工時間作為0秒。並且,例如改變第三次路徑及第四次路徑的切入量,分別將第三次路徑的切入量設為比第二次路徑的切入量更小之值,將第四次路徑的切入量設為比第三次路徑的切入量更小之值。
藉此,第三次路徑中,若後刃142到達第二次路徑的切削裕度,或者後刃142到達前刃141的工具軌跡時,則切屑被切斷。又,第四次路徑中,若前刃141到達第三次路徑的切削裕度,或者後刃142到達前刃141的工具軌跡時,則切屑被切斷。
相對於上述溝加工係伴隨工件W於徑向之振動,精加工係不伴隨工件W於徑向之振動,形成螺紋部分之步驟,僅使用前刃141而不使用後刃142。因此,後刃142的長度係設定成比前刃141的長度短,如第3圖所示,後刃142的刀鋒設於比前刃141的刀鋒低h之位置。亦即,伴隨振動之溝加工時藉由調整切入量及振幅,係以前刃141及後刃142進行加工,不伴隨振動之精加工時係僅以前刃141進行加工。此外,控制部181可將振動波形的振幅設定為在精加工中不使後刃142的刀鋒接觸工件W的螺紋底面之值。振幅可藉由例如相對於實際的切削工具對工件W之切入量的比率(振幅切入比率)設定。
第6圖及第9圖係說明第五次路徑之精加工的圖。最後的第五次路徑的切入量係設定為比第四次路徑的切入量小之值。在此第五次路徑中,未在工件W的徑向來回振動,故如第9圖所示,切入量為固定值。前刃141在Z=0之位置時的加工時間作為0秒,則前刃141的刀鋒接觸第6圖中以虛線所示之螺紋底面而前進,切削工件W的螺紋底面。
如此,精加工中,後刃142的刀鋒不接觸工件W的螺紋底面,故即使是使用刀片131進行螺紋加工的情況下,亦可形成加工精度高的螺紋部分。又,若使用多刃的刀片131,則與使用一片切削刃之類型的情況相比,可減少路徑次數,可縮短加工時間。此外,前刃141未切削的部位係後刃142來切削,後刃142未切削的部位係前刃141來切削,故每個刀刃產生的切削阻力減少,延長使用壽命。
第1圖中係說明了主軸馬達115相當於旋轉手段,Z軸方向進給機構160相當於使主軸110於Z軸方向(規定的加工進給方向)移動之進給手段,X軸方向進給機構150相當於基於所設定之振動波形來使切削工具130於X軸方向來回振動之振動手段的例子。然而本發明不限定於此。例如,可將振動手段與X軸方向進給機構150個別設置。又,亦可將切削工具130於Z軸方向進給,或使主軸110停止旋轉而使切削工具130旋轉。又,以兩片切削刃構成的例子已用圖說明,惟亦能以三片以上的切削刃構成。
100:工具機(加工裝置)
110:主軸(工件保持手段)
110A:主軸台
115:主軸馬達(旋轉手段)
120:夾頭
130:切削工具
130A:刀具台
130B:架子
131:刀片(多刃工具)
132:工具本體
133:貫孔
141:前刃(第一切削刃)
142:後刃(第二切削刃)
150:X軸方向進給機構(振動手段)
151:車台
152:X軸方向導引滑軌
153:X軸方向進給台
154:X軸方向導件
155:線性伺服馬達
155a:動子
155b:定子
160:Z軸方向進給機構(進給手段)
161:車台
162:Z軸方向導引滑軌
163:Z軸方向進給台
164:Z軸方向導件
165:線性伺服馬達
165a:動子
165b:定子
180:控制裝置
181:控制部
h:前刃的刀鋒至後刃的刀鋒之長度
T0~T6:前刃的工具軌跡
t0~t8:後刃的工具軌跡
W:工件
[第1圖] 說明本發明之一實施形態的加工裝置的概要圖。
[第2圖] 說明工件與多刃工具之關係的圖。
[第3圖] 說明多刃工具的圖。
[第4圖] 說明螺紋加工時一系列動作(第一次路徑)的圖。
[第5圖] 說明螺紋加工時一系列動作(第二次路徑)的圖。
[第6圖] 說明螺紋加工時一系列動作(最後一次路徑)的圖。
[第7圖] 說明工具軌跡(第一次路徑)的圖。
[第8圖] 說明工具軌跡(第二次路徑)的圖。
[第9圖] 說明工具軌跡(最後一次路徑)的圖。
100:工具機(加工裝置)
120:夾頭
130:切削工具
130B:架子
131:刀片(多刃工具)
141:前刃(第一切削刃)
142:後刃(第二切削刃)
W:工件
Claims (4)
- 一種加工裝置,具備: 工件保持手段,係保持工件; 刀具台,係保持多刃工具,該多刃工具係將該工件切削加工; 進給手段,係藉由該工件保持手段及該刀具台之相對移動,使該多刃工具相對於該工件係往規定之加工進給方向進給作動; 振動手段,係使該工件保持手段及該刀具台於該工件之徑向上相對地來回振動;及 旋轉手段,係使該工件及該多刃工具相對地旋轉,該多刃工具具有沿著該加工進給方向被排列配置之第一切削刃及第二切削刃,該第二切削刃配置於該第一切削刃的後方且比該第一切削刃的長度短,該加工裝置使該工件及該多刃工具一邊相對旋轉一邊沿著該加工進給方向相對地進給移動,並沿著形成規定之螺旋狀的相同切削路徑進行數次於該工件之徑向的切入加工,以進行在該工件形成螺紋部分之螺紋加工,其中,該加工裝置具備控制部,該控制部控制該進給手段、該振動手段及該旋轉手段之作動,以進行伴隨該工件於徑向之振動來形成螺紋部分之溝加工,以及接觸該工件的經該溝加工之部位並形成該螺紋部分之精加工,該控制部係將對該振動手段設定之振動波形的振幅,設定成在該精加工中不使該第二切削刃的刀鋒接觸該工件的螺紋底面之值。
- 如請求項1之加工裝置,其中,該控制部係將對該振動手段設定之振動波形的振幅,設定成在該精加工中為0。
- 一種加工方法,係使工件及切削加工該工件之多刃工具一邊相對旋轉,一邊使該多刃工具對該工件沿著規定之加工進給方向相對地進給移動,並沿著形成規定之螺旋狀的相同切削路徑進行數次於該工件之徑向的切入加工,以進行在該工件形成螺紋部分之螺紋加工,該多刃工具具有沿著該加工進給方向被排列配置之第一切削刃及第二切削刃,該第二切削刃配置於該第一切削刃的後方且比該第一切削刃的長度短,該螺紋加工包含溝加工步驟及精加工步驟,該溝加工步驟係伴隨該工件及該多刃工具於該工件之徑向之相對來回振動來形成該螺紋部分,該精加工步驟係接觸該工件的經該溝加工之部位並形成該螺紋部分,該精加工步驟中,將對該振動手段設定之振動波形的振幅,設定成不使該第二切削刃的刀鋒接觸該工件的螺紋底面之值。
- 一種切削工具,係用於一加工方法,該加工方法係使工件及切削加工該工件之多刃工具一邊相對旋轉,一邊使該多刃工具對該工件沿著規定之加工進給方向相對地進給移動,並沿著形成規定之螺旋狀的相同切削路徑進行數次於該工件之徑向的切入加工,以進行在該工件形成螺紋部分之螺紋加工,該螺紋加工包含溝加工步驟及精加工步驟,該溝加工步驟係伴隨該工件及該多刃工具於該工件之徑向之相對來回振動來形成該螺紋部分,該精加工步驟係接觸該工件的經該溝加工之部位並形成該螺紋部分,該多刃工具具有沿著該加工進給方向被排列配置之第一切削刃及第二切削刃,該第一切削刃被使用於該溝加工步驟及該精加工步驟兩者,該第二切削刃配置於該第一切削刃的後方且僅被使用於該精加工步驟,該第二切削刃的長度係設為比該第一切削刃的長度短。
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