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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,铣刀种类,铣削为各种切削方式中变化最大，用途最广的切削方式。所以无论是槽孔铣削、凹切、平面以至于各种造型之面皆可加工，而且经由铣削加工可获得表面光度极佳与精准之尺寸。铣刀是一种多刃口的圆形刀具，铣削的原理为应用铣刀之多刃旋转产生切削作用，所以虽然刀具切入工件甚深，但每一切刃之切削量并不大，因此每一切刃之切削厚度仍可维持很薄，所得之加工面亦佳，且刀具寿命能维持甚久。切削效率佳，用途广泛，所以铣刀在目前金属加工中占有极高之份量。,由于铣刀在目前的切削加工中，几乎可取代大部分之传统切削刀具，故无论在铣刀之材料、造型、结构,等等之设计制造上，不但种类极为繁多而且复杂。现在仅就下列一般模具铣削加工中常用之铣刀种类作说明介绍。,、依几何形状区分,-a,、端铣刀,b,、球刀,c,、圆鼻刀,、依刀具结构区分,-a,、,组合,式刀具,b,、整体式刀具,、,按,几何形状区分,在模具铣削加工中，由于模具本身即是有复杂造型之工件，在考虑切削效率、刀具寿命以及工件形状,等的因素下，因此要只使用单一种形状之铣刀便可将模具加工完成是不可能的。所以在模具加工中常会需要用到不同形状的铣刀来加工模具，一般模具加工最普遍使用的铣刀有以下三种：,a,、端铣刀,End Mill,b,、球刀,Ball-nose Cutter,c,、圆鼻刀,Toroidal Cutter,端铣刀之外形如右图所示，铣刀之外缘及底面均有铣齿以构成切刃，所以可以用来铣削工件之垂直面以及垂直面。端铣刀之刀形变化非常复杂，适用于各类加工，如：铣平面、沟槽或轮廓面,等等，可说是被运用最为广泛的一种铣刀。一般来说端铣刀非常适用于,2D,形状的工件，但是应用于,3D,形状的模具加工时，就不是那么的适用。我们就以下原因说明端铣刀应用于模具加工时所发生的问题：,一、如右图框框所指出的区域，你可以看到此处为一尖点。所 以甚为脆弱，一但此处尖点崩坏，那么铣刀寿命也就随之完结。所以端铣刀的寿命不甚稳定。,二、在铣削,2D,形状的工件时，由于与工件接触的区域为外缘与底面，所以不论是刀间距或是切削深度都可以使用极有效率的数值。反之如果用于铣削,3D,形状的模具时，你可以发现与工件接触的区域几乎都是靠近尖点的部位，所以你必须要减少刀间距或是切削深度，因此加工效率降低。,R=0,D,端铣刀,端铣刀,所以在模具加工中，端铣刀一般会被用来加工模具中的,2D,区域，如：垂直面以及水平面或是模具中尖角的区域会用端铣刀将之加工出来。而在传统方式的模具加工中，端铣刀也会被用来作粗加工。下面图示为端铣刀的实际加工范例。,轮廓加工,铣削垂直壁,铣削沟槽,铣削袋形工件,D,R,D=2R,如左图所示，底部刀刃为一球形状的铣刀为球刀。球刀在目前的模具加工使用上相当的频繁，尤其是在铣削,3D,的模具时，球刀更是不可缺少的工具。与前者端铣刀比起来，因为球刀没有像端铣刀底部为尖点的刀刃，而是带有,R,角的刀刃，所以球刀的刀刃更为强壮，不易崩坏；换句话说，球刀的寿命会比端铣刀更为稳定。除此之外，球刀与工件接触的区域为,R,角的刀刃，因此在精加工时刀间距可用更大的数值，加工面也有极佳的效果。,因此不论是刀具寿命或是加工效率，球刀在模具加工上是不错的选择！不过同样的，球刀在模具加工时也会遭遇一些问题。在铣削,3D,模具时球刀虽然与工件接触的区域为,R,角的刀刃，但是实际的接触位置却会随着工件的形状而改变，这样的差异会带来以下的影响：,球形铣刀,球形铣刀,切削最基本的概念就是赋予切削刀刃以及被切削材相对速度，当刀刃材质比被切削材硬而且切削速度达到时，被切削材与刀刃接触的区域就会被移除。因此切削速度对于刀具的切削效果非常重要，如果切削速度不够或太低，那么刀刃就不是在切削工件，而是在磨工件。为了产生切削速度，所以在车削中就是旋转工件产生切削速度；在铣削中就是旋转刀具产生切削速度。左下图中所显示的球刀，当在旋转时，,1,、,2,、,3,点的位置其对应的切削速度均不相同，甚至,2,这一点的切削速度几乎等于,0,。因此球刀的缺点就是切削速度不稳定。以右下图范例来说，你可以看到球刀在铣削,3D,的工件时刀刃与工件接触的位置会不断的改变，因此切削速度一直在改变。在,一、切削速度,Vc,a,b,c,d,1,2,3,a,、,c,两点时其切削速度稳定，所 以此区域为刀刃在切削工件，可 以得到良好之加工面。而在,b,、,d,两点时会因切削速度太低甚至没有 切削速度导致刀刃在磨擦工件，加工 面质量当然会大受影响。,二、刀具损耗,a,b,c,球刀在铣削较平坦的区域时，如下：此时与工件接触的位置大部分都为,a,、,b,、,c,这几个位置。所以其实是用球刀的底部在铣削工件。当整个工件这类的区域范围很大时，球刀底部除了切削速度低外，底部的刀刃也会很快的磨损，两侧的刀刃其实并没有用到，所以加工面不仅质量低落而且因为刀具损耗的关系，加工面的精度也会受到影响。,a,b,c,球刀在模具加工中最常用来铣削,3D,的模具，尤其是在精加工以及清角加工时，但不适合用于铣削较平坦之区域，因与工件接触面积小，无法加大刀间距。下面图示为球刀的实际加工范例。,粗加工,精加工,圆鼻刀,D,R,D2R,如左下图所示，圆鼻刀的外型与端铣刀类似，均为平坦的底部设计，所不同的是圆鼻刀的底部为带有,R,角的刀刃而不是尖点的刀刃，所以刀刃的强度比端铣刀好，不易崩坏，因此刀具的寿命会比端铣刀要好。,除此之外，圆鼻刀比球刀、端铣刀有更佳的加工效率，尤其是在粗加工时。因为圆鼻刀底部是平的，圆鼻刀的水平刀间距可以用的比球刀更大。在精加工时，它同样拥有与球刀一样的优点，所以刀间距也可以可用更大的数值。因此圆鼻刀不论是用于粗加工以至于精加工，都是非常合适的选择。,在铣削,3D,模具时，圆鼻刀还有另外一项优点是使用球刀所比不上的。球刀本身会随着与工件接触的位置不同，切削速度而有非常大的变化，所以加工面质量不稳定。圆鼻刀虽然也有这样的情形，不过它的切削速度的变化并不像球刀那样有极大的变化。因此使用圆鼻刀加工的工件，质量当然稳定。以下说明圆鼻刀切削速度稳定的原因。,a,b,c,d,切削速度,右下图为模拟圆鼻刀在铣削,3D,工件时圆鼻刀与工件接触的情况，你可以看到在,a,、,b,、,c,、,d,四点时，刀刃与工件接触的位置。不管刀刃与工件怎么接触，刀刃的接触区域都会落在左下图中所显示的,、,两个区域。从这图中可以清楚的了解，即使圆鼻刀的接触点也会像球刀一样不断的改变，但是所造成的切削速度变化不会像球刀那样剧烈，甚至在,b,、,d,两点的位置时，球刀的切削速度会几乎为,0,，但是圆鼻刀能保持一定的切削速度。所以使用圆鼻刀加工时当然可以维持刀刃是在切削的状态，加工面的质量当然就会稳定。,左下图为使用圆鼻刀进行粗加工，用圆鼻刀粗加工的好处为其水平刀间距可以使用的很大，所以粗加工效率远比球刀来的好；而右下图则为用圆鼻刀精加工，圆鼻刀的优点就是切削速度变化稳定，所以你可以看到在精加工后工件的表面呈现出金属在被切削后的光亮。,、,按,刀具装置区分,一、,组合,式刀具,二、整体式刀具,一般就铣刀的使用方式可将其区分为下列两种形式的铣刀：,组合,式刀具,此种形式刀具，顾名思义，即铣刀之刀刃部分为可更换的设计。通常在设计上分为刀座以及刀片两部分，刀片即为铣刀中的刀刃用来切削工件，而刀座则做为固定或支撑刀片。刀座的直径即决定铣刀的大小，此外，刀座也可作成多刃的设计。刀片部分则有许多形状，材质,等变化。使用者可以视不同的加工情况更换适合的刀片，刀片上所有切刃都使用磨耗后，刀片即抛弃而不重磨，只需更换新的刀片。所以刀具成本、使用弹性为其优点。下列图示为舍弃式刀具。,组合,式圆鼻刀,组合,式球刀,整体式刀具,整体式刀具为刀刃与刀体为一体的设计，铣刀上之刀刃与铣刀身皆由同一材料所制成，所以在精度以及刀刃的强度上整体式刀具会比舍弃式刀具来的高，但是相对的制作刀具的材料成本就会提高，而且刀刃在磨耗后需再重新研磨才可再使用。另外因为考虑刀刃的强度以及制作上的难度，在制作,10mm,以下的舍弃式刀具极为不易，所以一般,10mm,以下的铣刀都为整体式刀具。下列图示为整体式刀具。,圆鼻刀,球刀,端铣刀,刀具材质,、,镀层,、刀具材质,-,近代机制生产能力不断的大幅提高，尤其在大量生产的工作要求下，从事于大量且高速的切削工作。为发挥高性能工作母机应有之生产工作效能，则切削刀具尤须密切的配合。为了发挥刀具之切削能力，故刀具材料需有显著之进展与改良，目前使用之各种刀具材料均有其特性以适应各种不同加工的要求。一般刀具材料必须具备的性能为生产制造费用须最低、具有高温之抵抗软化的能力、低的摩擦系数、较高的抵抗磨耗性质，导热性良好、充分的韧性以及耐冲击性等等，一般使用的刀具材料有下列几种：,高速钢、烧结式碳化物,Carbides,、瓷金工具,Cermet,陶瓷刀具,Ceramics,、,CBN,刀具,、镀层,-,由于工程材料不断持续的发展，在,1960,年之后，陆续开发出新一代的合金材料。这些新材料不仅有高强度，而且具有高磨损性甚至有极高的化学性质，在切削时会与切削刀具产生化学作用造成侵蚀现象。除此之外，在时间及成本降低的要求下，高速切削正逐渐被人们广泛的接受。因此以往的刀具材料已不敷人们的需求。在因应如此严格的需求下，发展出刀具材料再加上镀层保护。具有镀层保护的刀具其寿命将近是一般没有镀层刀具的,10,倍，常见的刀具镀层有下列几种：,uncoated,未镀层、,TiN,氮化钛、,TiCN,氮碳化钛,TiAlN,氮铝钛、,Al,2,O,3,氧化铝,刀具材料,、,镀层与加工时间,碳钢,Carbon Steel,高速钢,HSS,铸造合金,Cast cobalt-base alloys,超硬合金,Cemented Carbides,新超硬合金,Improved Carbide Grades,镀层,First coated Grades,双镀层,First double-coated Grades,复合镀层,First triple-coated Grades,加工时间,min,年代,100,26,15,6,3,1.5,1,0.7,1900,10,20,30,40,50,60,70,80,左边的图表显示出自,1900,年后至今，由于刀具技术的发展使得切削时间缩短了,100,倍。而在,1960,年之后，因为镀层刀具的出现，缩短了,4,倍的加工时间。,高速钢,High-Speed Steel,1900,年发展成功之切削刀具材料为切削工具钢之一种，含有钨、铬、钼、钒、钴等合金元素。因含有较多的合金元素故有相当高的硬度，经热处理后其硬度可高达,HRc 68,。做为切削工具在高速切削时其刀锋即使被加热至,500600,也不会产生回火软化，仍能保持其硬度之性质，而且在高温时硬度降低极微，是刀具材料所具备的重要性质之一，故能耐高温及重切削。一般常用者有钨,W,系高速钢以及钼,Mo,系高速钢：,1,、钨,W,系高速钢,-,系为钢基中含有,18%,钨、,4%,铬以及,1%,钒，为一般之多用途刀具材料。,2,、钼,Mo,系高速钢,-,此为,W,系高速钢中,W,之含量降至,6%,后，再加入,4.57%,钼的合金钢，具有良好之韧性及耐冲击性。适合于制造强力之切削、耐磨刀具，如铣刀、螺丝攻等。,烧结式硬质合金,在钢的麻田散铁,Martensite,组织中如果分布着有特殊碳化物的话，其比单是麻田散铁组织的钢更具有磨耗性，但是麻田散铁在高温时会失去其硬度，要改良此缺点的方法为使碳化物的量增加。可能的话，能做成全部都是碳化物的工具最好。但是一般碳化物的熔点很高，无法以熔解法来制造。所以必须利用烧结法,(sintering),来固着碳化物，利用烧结方式产生的工具材料中有：,碳化物超硬合金（,Carbides,）,瓷金工具（,Cermet Tools,）,陶瓷工具（,Ceramic Tools,）,多晶钻石刀具（,CBN,）,碳化物超硬合金,Sintered Hard Carbides,以碳化钨,WC,、碳化钛,TiC,、碳化钽,TaC,等粉末以适当比例之钴,Co,金属粉末，压成适当形状之压块，经过半烧结后以增加其强度，然后修整成正确之形状之尺寸，然后以钴粉为粘结剂再于,1500,烧结完成。烧结后硬度大增，约为,HRa 9092,。碳化物超硬合金比高速钢具有更高的高温硬度，温度即使于,1200,也不会损害其刀刃之性质，而且抗压强度大、耐磨耗性佳，其切削效率约为高速钢之三倍。故此合金被广泛使用于钢的切削用途上，一般碳化物材料之使用上可分为下类几种：,碳化钨加钴粉制造而成，密度大、耐磨耗高、又称为普通碳化物。但是因为其韧性低，不宜用于切削性不良之材料，适用于切削铸铁、非铁金属以及硬化钢。,碳化钨加碳化钛及钴粉制成，密度较小、耐磨耗，又称为钛碳化物，适用于一般材料、钢材之切削。,碳化钨加碳化钛、碳化钽及钴粉制造而成，密度与,K,级相同。其性质介于,P,、,K,级碳化物之间，具有相当之强度及韧性，又称为钽碳化物。适用于切削不锈钢、合金钢、延性铸钢等抗拉强度大而难以切削的材料。,K,级碳化物,P,级碳化物,M,级碳化物,ISO,分类,-,碳化物系列,主要类别,P,颜色：蓝色,适合重切削量,M,颜色：黄色,适合重切削量及,韧性强而难以切削的材料,K,颜色：红色,适合微量切削与精加工,适用切削材料,钢,铸铁,4,系列不锈钢,铸铁,耐热钢,锰钢,镍合金,3,系列不锈钢,等 级,K01 K03 K10 K20 K30 K40,M01 M10 M20 M30 M40,耐磨耗性,韧性,P01 P10 P20 P30 P40 P50,切削速度增高耐磨耗性增大,切削速度增高耐磨耗性增大,切削速度增高耐磨耗性增大,韧性增大 切削量增大,韧性增大 切削量增大,韧性增大 切削量增大,硬化钢,铸铁,非铁金属,瓷金工具,Cermet Tools,碳化硅,TiC,具有良好的高温硬度、高温耐氧化性、耐凹蚀性,Crater,，所以开发出,TiC,与,Ni,的烧结合金，称之为瓷金工具。为介于碳化物合金与陶瓷工具之间的工具材料。,材质,:TiC,（,Titan Carbide,）碳化钛,(,最常使用,),TiCN,（,Titan Carbonitrit,）氮碳化钛,TiN,（,Titan Nitrit,）氮化钛,WC,（,Wolfram Carbide,）碳化钨,金属结合剂,:Ni/Co,（,Nickel/Cobalt,）镍,/,钴,瓷金工具的优点：适合切削高硬度的超硬合金,或是用来作钢及铸铁材料的精加工,陶瓷工具,Ceramic Tools,陶瓷工具可分为两种基本类型：,A,型,&B,型,A,型：以氧化铝,(Al,2,O,3,),为主,A1 =,纯的氧化铝,A2 =,添加,20 40,的碳化钛,(TiC),和氮化钛,(TiN),来加以混和,A3 =,增加碳化硅晶体的含量,B,型：以氮化硅,(Si,3,N,4,),为主,以氧化铝（,Al,2,O,3,）为主体，而类似于陶瓷器的材料。通常是在纯度为,99.5%,以上的,Al,2,O,3,中加入微量的,MgO,、,CaO,、,Na,2,O,、,K,2,O,、,SiO,2,等而在,1600,以上加以烧结制成。与前述瓷金工具不同的是烧结时不使用结合剂。,MgO,、,SiO,2,的添加物是为了保持,Al,2,O,3,粒子的细微，而且使密度增加。在高温时具有极大的硬度及强度，此为其特征。所以可比,WC,系超硬合金在更高的速度进行切削，而且在切削时可以不需要使用切削剂。但是因为陶瓷工具比,WC,系合金更脆而缺乏耐冲击性，所以仅做为最后精加工或半最后加工用的切削工具。,以氮化硅,(Si,3,N,4,),为主体，氮化物系陶瓷中之氮化硅,(Si,3,N,4,),因其热冲击抵抗大，机械强度可维持到高温，另外亦有优良的耐氧化性及耐蚀性所以适合高温机械零件与切削工具等。近年来已成为最重要的机械零件用新陶瓷。,A,型,B,型,陶瓷刀具的选用,陶瓷刀具又称为氧化刀具，硬度极高，可达到,HRa 94,。陶瓷的耐热性可达到,1200,，有极高之抗压强度，不过脆性太大所以强度不高，因此切削量不能太大，故适合最后精加工或半最后加工用之切削工具或是其他高度耐磨之非金属。,NTK HC1,NTK C1,NTK HC2,分类,性质,钢,铸铁,铸钢,钢 淬火钢,铸铁,铸钢,钢,铸铁,铸钢,适用切削材料,200500 m/min,200400 m/min,100300 m/min,切削速度,震动较小之作业 尺寸精密之加工,震动较小之作业不适合粗加工,比,C1,、,HC1,更耐震动之切削，适合中、细切削,工作条件,韧性增大,耐磨耗性增大,多晶钻石刀具,CBN,在以氮化物做为切削刀具中，除了氮化硅,Si,3,N,4,以外，尚有氮化硼,BN,与氮化铝,AlN,皆为烧结体,，其性质皆为硬度极高、抗热性佳。尤其是以,BN,为立方晶结构的立方晶氮化硼,CBN,具代表性。立方晶结构的氮化硼使它成为仅次于钻石（,Diamond,）之后最硬的材料。用此类材料所作成的切削工具，其承受温度可达到,2000,，但是与陶瓷刀具一样，因为脆性太大所以强度不高，因此切削量不能太大，故只适合最后精加工用之切削工具或适用于超过,50HRC,的硬化合金钢与铸铁之精加工或是其他高度耐磨之工件材料。使用,CBN,做为切削刀具时，其切削速度为,5001000m/min,，在普通工具机之速度下是不足以产生足够之切削速度来配合。,各种工具材料的高温硬度,温度,(),硬度,(,Hb),0,200,400,600,800,1000,100,200,300,400,500,600,700,800,1500,1600,1700,碳化物超硬合金,碳工具钢,高速钢,铸造合金,镀层,一般刀具的镀层厚度在,25m,，镀层应有以下的特点以符合需求：,a,、在温度不断的提升下，仍能保持相当的硬度。,b,、稳定的化学性质并且不会与工件的材料发生作用。,c,、热传导性低。,d,、与刀具材质的结合性良好、不会发生剥落或裂开。,e,、多孔性低，最好不会产生孔洞。,镀层的好处可以强化刀具材料的硬度、韧性以及热传导性。具有镀层保护的刀具其寿命将近是一般没有镀层刀具的,10,倍。而无镀层的刀具，可以用于一般的切削速度，或于老旧机台使用较低的速度，亦可重新研磨或修改再使用。,镀层技术,镀层的产生为使用汽化沉淀法制作，通常所使用的有两种方法,-,化学汽化沈淀法,CVD,以及物理汽化沈淀法,PVD,。汽化沉淀法可有效的控制其成分组成、厚度以及多孔性。,制程方式,HT-CVD,高温,-,化学汽化沈淀法,MT-CVD,中温,-,化学汽化沈淀法,Plasma-CVD,电浆,-,化学汽化沈淀法,PVD,物理汽化沈淀法,制程温度范围,950-1000,700-900,400-600,400-600,适用镀层种类,TiN,、,TiCN,、,TiC,、,Al,2,O,3,TiN,、,TiCN,、,TiC,、,TiAlN,、,Al,2,O,3,TiN,、,TiCN,、,TiC,、,TiAlN,、,Al,2,O,3,TiN,、,TiCN,、,TiAlN,、,Al,2,O,3,镀层特色,镀,层,TiN,TiC,TiCN,Al,2,O,3,TiAlN,颜色,金色,灰色,黑紫色,黑色,表面硬度,HV,0.05,2.300-2.700,2.800-3.000,2.800-3.000,3.700,3.000-3.600,镀层技术,PVD,Plasma-CVD,PVD,Plasma-CVD,&,PVD,PVD,制程温度,450,450,450,500,450,镀层厚度,2-5,2-5,2-5,4-6,2-5,于切削加工时所能承受之最高温度,黑紫色,600,600,400,850,800,氮,-,铝,-,钛（,TiAlN,）镀层的优点,TiAlN,镀层结构,氧化铝 （,Al,2,O,3,）,氮,-,铝,-,钛 （,TiAlN,）,基体 （,Substrate,）,为在基体上度上一层氮,-,铝,-,钛的镀层。使用这样的材料当作切削工具时，由于温度升高，镀层中的铝会被释放出来并且与氧结合产生氧化铝（,Al,2,O,3,）而披覆在切削工具外面形成一层薄膜。由于氧化铝本身不易氧化，所以不易锈蚀，形成薄膜披覆在切削工具上时可防止受到侵蚀；而且在高温时氧化铝具有更佳的强度以及硬度，如同陶瓷工具一样可在更高的速度切削。,特性,刀具,夹,持,铣刀,的,形式,、,种类繁多,、,故铣刀,夹,持方式,也,视铣刀,的,形式、种类,的,不同。铣刀,的夹,持是否适合与正确，,直,接影响的就是铣削的过程与结果，诸如工作之精度、铣刀之寿命,等。铣刀挟持的精准度可与量具的精准度相比，故应重视及了解其正确之使用，以期能精准的将铣刀装于机台上从事铣削工作。铣刀之挟持方式大致上可分为下列几种：,、侧固式,、筒夹式,、油压式,、牙固式,、热缩式,侧固式,Weldon,具有极高之挟持力，故常用于重切削之场合，适用于传统加工方式或传统机台之粗重切削。不过缺点为挟持精准度低，挟持后之刀具同心度偏摆,Run Out of Tolerance,极高，所以不适用于精加工或高速加工之铣削。,铣刀,刀把,筒夹式,Chuck,&,Collet,此为最常使用之挟持铣刀方式，因为只需更换筒夹就可以变换不同之挟持范围，所以从经济上考量是不错的选择。不过正因为如此的设计，所以其挟持力不高，不适合做重切削，而且挟持后之刀具同心度偏摆,Run Out of Tolerance,虽然比侧固式佳，但是因为筒夹质量的关系仍有将近,0.02mm,的误差。,铣刀,筒夹,刀把,油压式,Hydraulic Type,此挟持方式利用加压液体所产生之力量以挟持铣刀，由于液体具有流动之特性，能均匀与刀具接触产生紧密之接合，所以挟持力高而且挟持后之刀具同心度偏摆,Run Out of Tolerance,误差甚小，在,0.01mm,以内。不过由于构造复杂，所以价格昂贵，此外其液压系统甚为脆弱在使用时需格外小心使用避免损坏。,铣刀,刀把,牙固式,Screw Type,利用锁牙的方式将铣刀以及刀把作结合，使用者只需要针对螺牙的大小就可更换铣刀的种类以及适合的大小。由于是用锁牙的方式来固定铣刀，所以挟持极为稳固，相当适合用于粗加工，此外其刀具同心度偏摆,Run Out of Tolerance,误差与筒夹式相当，也适合用于精加工。,热缩式,Heat-Shrinking,利用热胀冷缩的原理将铣刀及刀把作紧密的结合。使用时须将刀把挟持铣刀的部位加热使之张开，然后趁张开的同时将铣刀放入，待冷却后其收缩并固定铣刀。此挟持方式所产生之挟持力量非常高可使刀把及铣刀整体的刚性更加稳固之外，其刀具同心度偏摆,Run Out of Tolerance,误差更可达到,0.005mm,，因此不仅适用于粗加工，用于精加工更是最佳的选择。,刀把,铣刀,热缩口,比较,1,、,刀具同心度偏摆,Run Out of Tolerance,：铣刀寿命会受挟持方式不同而深受影响，除了挟持刚性外，另一个就是刀具同心度偏摆,Run Out of Tolerance,。以碳化钨材质的铣刀来说，每一,0.01mm,的误差就会造成刀具寿命,10%,的损耗。,2,、刀把干涉：以一般的加工经验法则来说，铣刀的伸长量,L,大于铣刀直径,D,的,5,倍时，也就是说,L5D,，这时切削所产生的力量就会影响刀具，造成刀具偏摆。在右下左边的图中可以清楚的看到如果刀把的大小远大于铣刀，如果在加工较深的区域时，为了防止刀把 碰撞工件，势必得将铣刀伸出 的长度加长，这时切削力,F,就会 影响刀具。如果这时可以使用 干涉量较小的挟持方式，如热 缩刀把，那么就不用伸出太长 的铣刀而又可以维持相当的刚 性，如右下图。,刀具几何,刀具之能切削金属的基本要件乃为刀具须比被切削材硬，且被切削材要有足够之力量予以固定，以使刀具施力时能切入工件。这些要件满足后其次就是有足够之动力以克服工件材料之阻力，除此之外，刀具的几何形状也会影响实际的切削效果甚至结果。选择适当的刀具几何可以增加刀具的寿命、维持加工精度、减少切削之动力,等等。常见之刀具相关几何如下：,、刀具刃角,、排屑槽,、过中心、未过中心刀具,、刀刃数目,刀具刃角,斜角的改变可由正值变化到负值，如下图所示。以切削力与所需之动力来看，正斜角所形成的刀尖角度较小，刀具能够轻易切入工件，而且切屑流出排除顺畅，可减少切削压力，所以切削效率较大。但太大的正斜角形成尖锐的刀尖，故刀口较脆弱易于磨耗或崩裂。负斜角则反之具有较强之切刃，刀口强度较大适合切削高强度的材料。,斜角,Rake Angle,刀具,刀具,刀具,工件,工件,工件,切屑,切屑,切屑,正斜角,零斜角,负斜角,又称之为离隙角，均为正值。其作用为刀具切入工件时，避免刀腹与工件表面产生么擦或物理现象之干扰现象，如下图。小的间隙角给予切刃有较大的支撑，一般用于有高强度机械性质的工件材料。大的间隙角可使刀刃尖锐，但刀口强度减低，易于磨耗或崩裂，适合较软或低强度的工件材料。,间隙角,Relief Angle,较小之间隙角具有较强之切刃。,零或负的间隙角会使刀腹在工件表面上拖滞而阻止刀具之切入。,较大间隙角之切刃会较尖锐但是脆弱。,螺旋角,Helix Angle,F,H,F,V,F,左旋切削及 左螺旋角铣刀,右旋切削及 右螺旋角铣刀,此为铣刀之刀槽成螺旋状，可分为左螺旋及右螺旋两种，如下。在切削时当刃刃进入工件时，如右下图切削力,F,会瞬间增至最大，当刀刃离开工件时，切削力急速降低，此为造成切削时发生震动的原因。螺旋角此时的作用可避免切削力过于集中某个方向，让切削力分散于其他两个方向,-,水平分力,F,H,以及垂直分力,F,V,。当螺旋角,越小时，水平分力,F,H,会变大，造成切削时刀具摆动；螺旋角,越大时，垂直分力,F,V,会变大，在切削时要是挟持刀具的力量不够时，刀具可能会从刀把中脱离，当刀具在高速旋转时这是非常危险的。常见的螺旋角有,30,、,38,、,45,、,60,。,排屑槽,切削加工中切屑之排出，理想的切屑处理状况是切屑流出时不致干扰或刮伤工件表面或撞击刀具和伤害到工作者，所以切屑要能够自然断裂成小碎段并且排出至其他地方。故切屑之控制不仅要考虑切屑的流向，而且须使切屑自动断裂。为达到此要求，一般会在刀顶面上作一种设计，能够自动限制切屑长度的机构称之为排屑槽或断屑槽,Chip Breaker,。其目的为使切屑能够急速卷曲，藉卷曲的应力迫使切屑断裂。一般的排屑槽设计如右下：,槽宽,W,：使产生切屑时形成卷曲，若槽宽太大，则卷曲半径较大，产生的卷曲应力不足以 折断切屑；若太小，则反之，产生之应力过大时，易使切刃崩裂。槽深,H,：影响切屑流出的稳定性，若太深则切屑流向槽肩时之卷曲所需的力量较大，易引起刀刃破裂；若太浅则切屑可能未流至槽肩时即自行离去，使切屑流向不易控制。槽肩,R,：为切屑由断屑槽卷起作用之部位，关系卷起时之顺畅与否，直接影响卷曲力之大小，若半径太大则切屑易滑上，卷曲应力可能不足以将切屑折断；若半径太小，切屑易被堵塞滑上不易，将产生极大的挤压应力。,适中,太大,太小,排屑槽之宽度,排屑槽之构造,过中心、未过中心刀具,过中心,未过中心,无刀刃区域,舍弃式圆鼻刀在制作时，通常刀具直径,D,会比刀刃,R,角大上许多，所以在其底部中间的位置刀刃会未过中心而出现无刀刃区域，也就是说这个区域无切削能力，如左下图。当碰到在加工孔或凹槽形状的工件时，这时会发生右下图的加工问题。虽然刀具的大小可以进入这些区域，但是因为刀刃未过中心，所以刀刃会切削不到中间的料而留下图中黄色柱状的余料，随着越往深处加工，此余料的高度会增加，最后撞到刀具的底部造成刀具损坏。而过中心刀具则是其刀刃过中心，所以没有这样的问题，因此又称钻孔刀具。,刀刃数目,铣刀的刀刃数目与切削效果的关系会受工件材料，铣刀形状以及加工面光度等等之影响而异，刃数较多之铣刀，因有较多之切刃产生切削作用，故可获得更光洁平滑之加工面，不过因为无充分之切屑空间以容纳切屑，易受切屑之干扰，且刀刃之强度会较弱。所以一般粗切削，高进给，尤其是较软之材料时，需有较大的切屑空间，而提供切屑空间的最佳方法，即是减少刃数、增大刀刃，不仅能加大切屑空间，亦可增大刀刃之强度，而且铣刀之再研磨次数与寿命也可增加。因此考虑加工方法时，重及粗切削宜选用刃数少、粗齿之铣刀；细及精加工宜选择刃数多、较细齿之铣刀。,切削概论,切屑之形成,-,切屑的产生，一般而言是由于刀具之施力作用在被切削材上产生了剪力，剪切作用使刀具切刃前之金属的材料组织产生变形。材料组织会以变形的金属层型态沿着刀面向上滑动，每一层对邻近层向外推一定量，直到整个切屑滑上刀面，如下图所示。因为材料受剪力产生塑性变性，因此所产生之切屑会比母材之金属层厚，且因变形的因故而使切屑硬化，故切屑之硬度也比母材高。,切屑的形成,工件,切屑,刀刃,金属切屑的基本形成步骤,a,b,c,d,下图为切屑形成的连续步骤，,a,图中为刀刃在切削时开始接触工件。当切削力继续施与时如,b,图所示，工件材料受力产生内部组织变化。切削力继续施与时，则切削状态继续进行如,c,图所示，切削力克服材料之阻抗，而使材料内部结晶开始发生塑性流动变形。切削 再进行时，无论材料 之断裂或塑性流动都 是沿着和刀面垂直的 方向发生的，因而产 生了切屑，如,d,图所 示，如此则切屑的基 本形成即由,a-b-c-d,继 续无限制的循环所产 生。,下图为刀具切削,的,基本,结,构,-1,、刀面,Face,：在切削过程中，切屑流出所经过的刀具表面称之为刀面。,2,、刀腹,Flank,：切削时，当刀刃切入工件中时，为避免工件表面与刀具产生磨擦干扰而加以研磨成刀具表面称之为刀腹,。,3,、刃口,Cutting Edge,：刀面与刀腹之交接处，于切削工作中首先与工件接触之部位称之为刃口,刀具切削,的,基本,结,构,切屑,的,形式,一般切屑的基本形式有不连续切屑、连续切屑和黏附切刃的连续切屑等三种。,1,、不连续切屑：切削时产生不连续切屑的情况，通常会发生于机械性质不佳或脆性的材料时，因材料本身之组织变形量很小，工件受切削之力后，切屑沿着剪切面作周期性的破裂，换言之即切屑的产生不稳定。切削时产生此种切屑之情况下一般而言工件表面还是相当粗糙的，不连续切屑之形成大致有下列几种条件：,a,、脆性较高之工件材料。,b,、切削刀具之斜角较小时。,c,、切削速度较低时。,d,、切削量大，切屑较厚。,不连续切削的各种切削型态,剪断形,断裂形,剥裂形,2,、连续切屑,切削时以连续切屑之型态产生如右下图所示，通常均于延性及塑性流动较高之材料。材料受切削之力后，工件内部组织由于滑动和熔接之作用，使工件材料内部组织能产生连续的塑性流动而平顺的依刀面滑出。切削时所产生之切屑一般均利用刀刃上之断屑槽处理之。切削所产生之连续切削状况可使工件表面极佳，所耗之动力小且刀具之摩擦阻力小，所以为理想的切屑。产生连续切屑的条件大致有下列几项：,a,、工件材质延展性较高。,b,、刀具后斜角较大或刀刃较锐利。,c,、切削量较小，切屑较薄。,d,、切削速度高,e,、选用适当之切削剂,f,、刀具材质摩擦系数低，刀面平滑。,切削瘤,切削,瘤,，一般由于切削延性材料时切削速度太低、延性材料较粘，容易附着于刀面及刀腹上，因高压力及摩擦使切削温度急增，使细微切屑慢慢堆积在刀尖上，如左下图所示。因为切削时细微切屑慢慢堆积于刀口，形成切刃状。当继续进行切削时，积层增大最后最后脱离刀口断落。在切削中积层以形成成长分裂脱落，重覆进行，如右下图所示。故刀口因积层而不能达到正常切削状态，且积层脱落时会将刀口部分扯裂，以致于刀具受到损害，刀具寿命降低。此外因为刀刃不能发挥正常之切削，且积层脱落时又粘附于已加工之工件表面，致使加工面极为粗糙，为三种切屑形式中最差者。欲减少此现象发生，可使用以润滑为主的切削剂、将切削速度提高或使用低摩擦系数之刀具材料。,积层循环步骤,干式切削,一,、环保,-,近年来因为环保意识的抬头，间接影响到机械加工切削，包括刀具以及工作母机的作业方式都受到相当冲击和影响。为了降低耗能，改采干式切削或以雾化气体作润滑切削，以避免切屑后处理及抛弃污染。二、刀具,-,随着刀具的发展日益精良，目前之刀具都已能承受在极高温时的切削。反倒是刀具在高温状态切削时，如果此时加入切削剂，温度由高温急剧的降低会导致刀具承受不住如此急剧的温度变化而破裂损坏。,高速加工的发展已逐渐成为切削加工的趋势，而高速加工的其中一项优点就是干式切削。在切削过程中通常会产生大量的热源并且累积起来，这些热源如果无法适时的排除势必会影响刀具的切削，甚至导致工件热胀冷缩影响工件精度。一般来说，大量热源的产生会发生在粗、中加工过程，尤其是在粗加工时，而且绝大部分产生的位置会在切屑上，如下图。而高速加工的特点就是切削量切削深度不高、刀具切削速度转速高以及进给快。此时切屑会被以极高的速度切下并且迅速的脱离工件以及刀具，也就是说绝大部分的热量还来不及传导至工件及刀具就会经由切屑被迅速地带走。因此工件甚至刀具比较不会产生高温而发烫。,三、高速加工,HSM,切削时热量之分布,刀具切削参数,切削速度的计算：铣削的切削方式为旋转刀具来切削工件，所以刀具的转速会影响切削的效果。而转速的取决来至于切削速度，其中转速与切削速度的关系如下：,Vc=(,D,N)/1000 N=(1000,Vc)/(,D)Vc=,切削速度,(m/min)D=,刀具直径,(mm)N=,转速,(rpm),切削速度的大小通常会依照刀具与工件的材质来决定，举例来说：直径,25mm,的铣刀，其材质为碳 化钨材质，欲切削普通材质之钢 材，求其转速？,碳化物刀具一般之切削速度为,200m/min,，所以,-N=(1000,200)/(,25)N=2546(rpm),刀具材质,陶瓷及瓷金,碳化钛合金,碳化钛及氮化钛镀层,碳化钨合金,切削速度,ft/min,m/s,进给,进给的计算公式如下：,F=N,Z,fz F=,进给,(mm)N=,转速,(rpm)Z=,刀刃刃数,fz=,每一刃之切削量,(mm)fz,的大小取决于刀刃所能承受之负荷，以前一个例子来说，铣刀的刀刃共有,5,刃，每一刃所能承受之最大切削量为,0.5mm,，如要发挥刀具之最大效率，则进给为,-,F=2546,5,0.5 F=6365(mm),