加工中心刀具知識學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1加工加工(ji gng)中心刀具知識中心刀具知識第一頁，共54頁。在模具銑削加工中，由于模具本身即是有復(fù)雜造型之工件，在考慮(kol)切削效率、刀具壽命以及工件形狀等的因素下，因此要只使用單一種形狀之銑刀便可將模具加工完成是不可能的。所以在模具加工中常會需要用到不同形狀的銑刀來加工模具，一般模具加工最普遍使用的銑刀有以下三種： a、端銑刀End Mill b、球刀Ball-nose Cutter c、圓鼻刀Toroidal Cutter第1頁/共53頁第二頁，共54頁。端銑刀之外形如右圖所示，銑刀之外緣及底面均有銑齒以構(gòu)成切刃，所以可以用來銑削工件之垂直面以及垂直面。端銑刀之刀形變化非

2、常復(fù)雜，適用于各類加工，如：銑平面、溝槽或輪廓面等等，可說是被運用最為廣泛的一種銑刀。一般來說端銑刀非常適用于2D形狀的工件，但是應(yīng)用于3D形狀的模具加工時，就不是那么的適用。我們就以下原因說明端銑刀應(yīng)用于模具加工時所發(fā)生的問題：一、如右圖框框所指出的區(qū)域，你可以看到此處為一尖點。所 以甚為脆弱，一但此處尖點崩壞，那么銑刀壽命也就隨之完結(jié)。所以端銑刀的壽命不甚穩(wěn)定。二、在銑削2D形狀的工件時，由于與工件接觸的區(qū)域為外緣與底面，所以不論是刀間距或是切削深度都可以使用極有效率的數(shù)值。反之如果用于銑削3D形狀的模具時，你可以發(fā)現(xiàn)與工件接觸的區(qū)域幾乎都是靠近尖點的部位，所以你必須要減少刀間距或是切削深

3、度，因此加工效率降低。R=0D端銑刀端銑刀端銑刀第2頁/共53頁第三頁，共54頁。所以在模具加工中，端銑刀一般會被用來加工模具中的2D區(qū)域，如：垂直面以及水平面或是模具中尖角的區(qū)域會用端銑刀將之加工出來。而在傳統(tǒng)方式的模具加工中，端銑刀也會被用來作粗加工。下面圖示為端銑刀的實際加工范例。輪廓加工銑削垂直壁銑削溝槽銑削袋形工件第3頁/共53頁第四頁，共54頁。DRD=2R如左圖所示，底部刀刃為一球形狀的銑刀為球刀。球刀在目前的模具加工使用上相當(dāng)?shù)念l繁，尤其是在銑削3D的模具時，球刀更是不可缺少的工具。與前者端銑刀比起來，因為球刀沒有像端銑刀底部為尖點的刀刃，而是帶有R角的刀刃，所以球刀的刀刃更為

4、強(qiáng)壯，不易崩壞；換句話說，球刀的壽命會比端銑刀更為穩(wěn)定。除此之外，球刀與工件接觸的區(qū)域為R角的刀刃，因此在精加工時刀間距可用更大的數(shù)值，加工面也有極佳的效果。因此不論是刀具壽命或是加工效率，球刀在模具加工上是不錯的選擇！不過同樣的，球刀在模具加工時也會遭遇一些問題。在銑削3D模具時球刀雖然與工件接觸的區(qū)域為R角的刀刃，但是實際的接觸位置卻會隨著工件的形狀而改變，這樣的差異會帶來以下的影響：球形銑刀球形銑球形銑刀刀(x第4頁/共53頁第五頁，共54頁。切削最基本的概念就是賦予切削刀刃以及被切削材相對速度，當(dāng)?shù)度胁馁|(zhì)比被切削材硬而且切削速度達(dá)到時，被切削材與刀刃接觸的區(qū)域就會被移除。因此切削速度對

5、于刀具的切削效果非常重要，如果切削速度不夠或太低，那么刀刃就不是在切削工件，而是在磨工件。為了產(chǎn)生切削速度，所以在車削中就是旋轉(zhuǎn)工件產(chǎn)生切削速度；在銑削中就是旋轉(zhuǎn)刀具產(chǎn)生切削速度。左下圖中所顯示的球刀，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)時，1、2、3點的位置其對應(yīng)的切削速度均不相同，甚至2這一點的切削速度幾乎等于0。因此球刀的缺點就是切削速度不穩(wěn)定。以右下圖范例來說，你可以看到球刀在銑削3D的工件時刀刃與工件接觸的位置會不斷的改變，因此切削速度一直在改變。在 一、切削速度Vcabcd123a、c兩點時其切削速度穩(wěn)定，所 以此區(qū)域為刀刃在切削工件，可 以得到良好之加工面。而在b、d 兩點時會因切削速度太低甚至沒有 切削速

6、度導(dǎo)致刀刃在磨擦工件，加工 面質(zhì)量當(dāng)然會大受影響。第5頁/共53頁第六頁，共54頁。二、刀具損耗abc球刀在銑削較平坦的區(qū)域時，如下：此時與工件接觸的位置大部分都為a、b、c這幾個位置。所以其實是用球刀的底部在銑削工件。當(dāng)整個工件這類的區(qū)域范圍很大時，球刀底部除了切削速度低外，底部的刀刃也會很快的磨損，兩側(cè)的刀刃其實并沒有用到，所以加工面不僅質(zhì)量低落而且因為刀具損耗的關(guān)系，加工面的精度也會受到影響。abc第6頁/共53頁第七頁，共54頁。球刀在模具加工中最常用來銑削3D的模具，尤其是在精加工以及清角加工時，但不適合用于銑削較平坦之區(qū)域，因與工件接觸面積小，無法加大刀間距。下面圖示為球刀的實際加

7、工范例。粗加工精加工第7頁/共53頁第八頁，共54頁。DRD2R如左下圖所示，圓鼻刀的外型與端銑刀類似，均為平坦的底部設(shè)計，所不同的是圓鼻刀的底部為帶有R角的刀刃而不是尖點的刀刃，所以刀刃的強(qiáng)度比端銑刀好，不易崩壞，因此刀具的壽命會比端銑刀要好。除此之外，圓鼻刀比球刀、端銑刀有更佳的加工效率，尤其是在粗加工時。因為圓鼻刀底部是平的，圓鼻刀的水平刀間距可以用的比球刀更大。在精加工時，它同樣擁有與球刀一樣的優(yōu)點，所以刀間距也可以可用更大的數(shù)值。因此圓鼻刀不論是用于粗加工以至于精加工，都是非常合適的選擇。在銑削3D模具時，圓鼻刀還有另外一項優(yōu)點是使用球刀所比不上的。球刀本身會隨著與工件接觸的位置不同

8、，切削速度而有非常大的變化，所以加工面質(zhì)量不穩(wěn)定。圓鼻刀雖然也有這樣的情形，不過它的切削速度的變化并不像球刀那樣有極大的變化。因此使用圓鼻刀加工的工件，質(zhì)量當(dāng)然穩(wěn)定。以下說明圓鼻刀切削速度穩(wěn)定的原因。第8頁/共53頁第九頁，共54頁。abcd 切削速度右下圖為模擬圓鼻刀在銑削3D工件時圓鼻刀與工件接觸的情況，你可以看到在a、b、c、d四點時，刀刃與工件接觸的位置。不管刀刃與工件怎么接觸，刀刃的接觸區(qū)域都會落在左下圖中所顯示的、兩個區(qū)域。從這圖中可以清楚的了解，即使圓鼻刀的接觸點也會像球刀一樣不斷的改變，但是所造成的切削速度變化不會像球刀那樣劇烈，甚至在b、d兩點的位置時，球刀的切削速度會幾乎為

9、0，但是圓鼻刀能保持一定的切削速度。所以使用圓鼻刀加工時當(dāng)然可以維持刀刃是在切削的狀態(tài)，加工面的質(zhì)量當(dāng)然就會穩(wěn)定。第9頁/共53頁第十頁，共54頁。左下圖為使用圓鼻刀進(jìn)行粗加工，用圓鼻刀粗加工的好處為其水平刀間距可以使用的很大，所以粗加工效率遠(yuǎn)比球刀來的好；而右下圖則為用圓鼻刀精加工，圓鼻刀的優(yōu)點就是切削速度變化穩(wěn)定，所以你可以看到在精加工后工件的表面呈現(xiàn)出金屬在被切削后的光亮。第10頁/共53頁第十一頁，共54頁。一、組合式刀具二、整體式刀具一般就銑刀的使用方式可將其區(qū)分為下列兩種形式的銑刀：第11頁/共53頁第十二頁，共54頁。此種形式刀具，顧名思義，即銑刀之刀刃部分為可更換的設(shè)計。通常在

10、設(shè)計上分為刀座以及刀片兩部分，刀片即為銑刀中的刀刃用來切削工件，而刀座則做為固定或支撐刀片。刀座的直徑即決定銑刀的大小，此外，刀座也可作成多刃的設(shè)計。刀片部分則有許多形狀，材質(zhì)等變化。使用者可以視不同的加工情況更換適合的刀片，刀片上所有切刃都使用磨耗后，刀片即拋棄而不重磨，只需更換新的刀片。所以刀具成本、使用彈性為其優(yōu)點。下列圖示為舍棄式刀具。組合式圓鼻刀組合式球刀第12頁/共53頁第十三頁，共54頁。整體式刀具為刀刃與刀體為一體的設(shè)計，銑刀上之刀刃與銑刀身皆由同一材料所制成，所以在精度以及刀刃的強(qiáng)度上整體式刀具會比舍棄式刀具來的高，但是相對的制作刀具的材料成本就會提高，而且刀刃在磨耗后需再重

11、新研磨才可再使用。另外因為考慮刀刃的強(qiáng)度以及制作上的難度，在制作10mm以下的舍棄式刀具極為不易，所以一般10mm以下的銑刀都為整體式刀具。下列圖示為整體式刀具。圓鼻刀球刀端銑刀第13頁/共53頁第十四頁，共54頁。、刀具材質(zhì)- 近代機(jī)制生產(chǎn)能力不斷的大幅提高，尤其在大量生產(chǎn)的工作要求下，從事于大量且高速的切削工作。為發(fā)揮高性能工作母機(jī)應(yīng)有之生產(chǎn)工作效能，則切削刀具尤須密切的配合。為了發(fā)揮刀具之切削能力，故刀具材料需有顯著之進(jìn)展與改良，目前使用之各種刀具材料均有其特性以適應(yīng)各種不同加工的要求。一般刀具材料必須具備的性能為生產(chǎn)制造費用須最低、具有高溫之抵抗軟化的能力、低的摩擦系數(shù)、較高的抵抗磨耗

12、性質(zhì)，導(dǎo)熱性良好、充分的韌性以及耐沖擊性等等，一般使用的刀具材料有下列幾種：高速鋼、燒結(jié)式碳化物 Carbides 、瓷金工具Cermet 陶瓷刀具Ceramics、CBN刀具、鍍層-由于工程材料不斷持續(xù)的發(fā)展，在1960年之后，陸續(xù)開發(fā)出新一代的合金材料。這些新材料不僅有高強(qiáng)度，而且具有高磨損性甚至有極高的化學(xué)性質(zhì)，在切削時會與切削刀具產(chǎn)生化學(xué)作用造成侵蝕現(xiàn)象。除此之外，在時間及成本降低的要求下，高速切削正逐漸被人們廣泛的接受。因此以往的刀具材料已不敷人們的需求。在因應(yīng)如此嚴(yán)格的需求下，發(fā)展出刀具材料再加上鍍層保護(hù)。具有鍍層保護(hù)的刀具其壽命將近是一般沒有鍍層刀具的10倍，常見的刀具鍍層有下列

13、幾種： uncoated 未鍍層、TiN 氮化鈦、TiCN 氮碳化鈦 TiAlN 氮鋁鈦、Al2O3 氧化鋁第14頁/共53頁第十五頁，共54頁。碳鋼 Carbon Steel高速鋼 HSS鑄造合金 Cast cobalt-base alloys超硬合金 Cemented Carbides新超硬合金 Improved Carbide Grades 鍍層 First coated Grades 雙鍍層 First double-coated Grades 復(fù)合鍍層 First triple-coated Grades加工時間min年代1002615631.510.71900,10,20,30,4

14、0,50,60,70,80左邊的圖表顯示出自1900年后至今，由于刀具技術(shù)的發(fā)展使得切削時間縮短了100倍。而在1960年之后，因為鍍層刀具的出現(xiàn)，縮短了4倍的加工時間。第15頁/共53頁第十六頁，共54頁。1900年發(fā)展成功之切削刀具材料為切削工具(gngj)鋼之一種，含有鎢、鉻、鉬、釩、鈷等合金元素。因含有較多的合金元素故有相當(dāng)高的硬度，經(jīng)熱處理后其硬度可高達(dá)HRc 68。做為切削工具(gngj)在高速切削時其刀鋒即使被加熱至500600也不會產(chǎn)生回火軟化，仍能保持其硬度之性質(zhì)，而且在高溫時硬度降低極微，是刀具材料所具備的重要性質(zhì)之一，故能耐高溫及重切削。一般常用者有鎢W系高速鋼以及鉬Mo

15、系高速鋼： 1、鎢W系高速鋼- 系為鋼基中含有18%鎢、4 %鉻以及 1%釩，為一般之多用途刀具材料。 2、鉬Mo系高速鋼- 此為W系高速鋼中W之含量降至6 %后，再加入4.57 %鉬的合金鋼，具有良好之韌性及耐沖擊性。適合于制造強(qiáng)力之切削、耐磨刀具，如銑刀、螺絲攻等。第16頁/共53頁第十七頁，共54頁。在鋼的麻田散鐵Martensite組織中如果分布著有特殊碳化物的話，其比單是麻田散鐵組織的鋼更具有磨耗性，但是麻田散鐵在高溫時會失去其硬度，要改良此缺點的方法為使碳化物的量增加?？赡?knng)的話，能做成全部都是碳化物的工具最好。但是一般碳化物的熔點很高，無法以熔解法來制造。所以必須利用燒

16、結(jié)法(sintering)來固著碳化物，利用燒結(jié)方式產(chǎn)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） 多晶鉆石刀具（ CBN ）第17頁/共53頁第十八頁，共54頁。以碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC 等粉末以適當(dāng)比例之鈷Co金屬粉末，壓成適當(dāng)形狀之壓塊，經(jīng)過半燒結(jié)后以增加其強(qiáng)度，然后修整成正確之形狀之尺寸，然后以鈷粉為粘結(jié)劑再于1500 燒結(jié)完成。燒結(jié)后硬度大增，約為HRa 9092。碳化物超硬合金比高速鋼具有更高的高溫硬度，溫度即使于1200 也不會損害其刀刃之性質(zhì)，而且抗壓強(qiáng)度大、耐磨耗性佳，其切削效率

17、約為高速鋼之三倍。故此合金被廣泛使用于鋼的切削用途上，一般碳化物材料之使用上可分為下類幾種： 碳化鎢加鈷粉制造而成，密度大、耐磨耗高、又稱為普通碳化物。但是因為其韌性低，不宜用于切削性不良之材料，適用于切削鑄鐵、非鐵金屬以及硬化鋼。 碳化鎢加碳化鈦及鈷粉制成，密度較小、耐磨耗，又稱為鈦碳化物，適用于一般材料、鋼材之切削。 碳化鎢加碳化鈦、碳化鉭及鈷粉制造而成，密度與K級相同。其性質(zhì)介于P、K級碳化物之間，具有相當(dāng)之強(qiáng)度及韌性，又稱為鉭碳化物。適用于切削不銹鋼、合金鋼、延性鑄鋼等抗拉強(qiáng)度大而難以切削的材料。 K級碳化物 P級碳化物M級碳化物第18頁/共53頁第十九頁，共54頁。主要(zhyo)類

18、別P顏色：藍(lán)色適合(shh)重切削量 M顏色：黃色適合重切削量及韌性強(qiáng)而難以切削的材料K 顏色：紅色適合微量切削與精加工 適 用 切 削 材 料鋼鑄鐵4系列不銹鋼鑄鐵耐熱鋼錳鋼鎳合金3系列不銹鋼等 級 K01 K03 K10 K20 K30 K40M01 M10 M20 M30 M40耐磨耗性 韌性 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韌性增大 切削量增大韌性增大 切削量增大韌性增大 切削量增大硬化鋼鑄鐵非鐵金屬第19頁/共53頁第二十頁，共54頁。碳化硅TiC具有良好的高溫(gown)硬度、高溫(gown)耐氧

19、化性、耐凹蝕性Crater，所以開發(fā)出TiC與Ni的燒結(jié)合金，稱之為瓷金工具。為介于碳化物合金與陶瓷工具之間的工具材料。 材質(zhì): TiC（Titan Carbide）碳化鈦(最常使用) TiCN（Titan Carbonitrit）氮碳化鈦 TiN（Titan Nitrit）氮化鈦 WC（Wolfram Carbide）碳化鎢 金屬結(jié)合劑: Ni / Co（Nickel / Cobalt）鎳/鈷 瓷金工具的優(yōu)點：適合切削高硬度的超硬合金 或是用來作鋼及鑄鐵材料的精加工第20頁/共53頁第二十一頁，共54頁。陶瓷工具可分為兩種基本類型： A型& B型 A型：以氧化鋁(Al 2O3 ) 為

20、主 A1 = 純的氧化鋁 A2 = 添加20 40的碳化鈦(TiC)和氮化鈦(TiN)來加以混和A3 = 增加碳化硅晶體的含量 B型：以氮化硅(Si3N4 )為主以氧化鋁（Al 2O3）為主體，而類似于陶瓷器的材料。通常是在純度為99.5%以上的Al 2O3中加入微量的MgO、CaO、Na2O、K2O、SiO2等而在1600以上加以燒結(jié)制成。與前述瓷金工具不同的是燒結(jié)時不使用結(jié)合劑。MgO、SiO2的添加物是為了保持Al 2O3粒子的細(xì)微，而且使密度增加。在高溫時具有極大的硬度及強(qiáng)度，此為其特征。所以可比WC系超硬合金在更高的速度進(jìn)行切削，而且在切削時可以不需要使用切削劑。但是因為陶瓷工具比W

21、C系合金更脆而缺乏耐沖擊性，所以僅做為最后精加工或半最后加工用的切削工具。以氮化硅(Si3N4 )為主體，氮化物系陶瓷中之氮化硅(Si3N4 )因其熱沖擊抵抗大，機(jī)械強(qiáng)度可維持到高溫，另外亦有優(yōu)良的耐氧化性及耐蝕性所以適合高溫機(jī)械零件與切削工具等。近年來已成為最重要的機(jī)械零件用新陶瓷。 A型B型第21頁/共53頁第二十二頁，共54頁。陶瓷刀具又稱為氧化刀具，硬度極高，可達(dá)到HRa 94。陶瓷的耐熱性可達(dá)到1200，有極高之抗壓強(qiáng)度，不過脆性太大所以強(qiáng)度不高，因此切削量不能太大，故適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屬。NTK HC1NTK C1NTK HC2分類性質(zhì)鋼鑄

22、鐵鑄鋼鋼 淬火鋼鑄鐵鑄鋼鋼鑄鐵鑄鋼適用切削材料200500 m/min200400 m/min100300 m/min切 削 速 度震動較小之作業(yè) 尺寸精密之加工震動較小之作業(yè)不適合粗加工比C1、HC1更耐震動之切削，適合中、細(xì)切削工 作 條 件韌性增大耐磨耗性增大第22頁/共53頁第二十三頁，共54頁。在以氮化物做為切削刀具中，除了氮化硅Si3N4以外，尚有氮化硼B(yǎng)N與氮化鋁AlN皆為燒結(jié)體，其性質(zhì)皆為硬度極高、抗熱性佳。尤其是以BN為立方晶結(jié)構(gòu)的立方晶氮化硼CBN具代表性。立方晶結(jié)構(gòu)的氮化硼使它成為僅次于鉆石（Diamond）之后(zhhu)最硬的材料。用此類材料所作成的切削工具，其承受溫

23、度可達(dá)到2000，但是與陶瓷刀具一樣，因為脆性太大所以強(qiáng)度不高，因此切削量不能太大，故只適合最后精加工用之切削工具或適用于超過50HRC的硬化合金鋼與鑄鐵之精加工或是其他高度耐磨之工件材料。使用CBN做為切削刀具時，其切削速度為5001000m/min，在普通工具機(jī)之速度下是不足以產(chǎn)生足夠之切削速度來配合。 第23頁/共53頁第二十四頁，共54頁。溫度()硬度(Hb)02004006008001000100200300400500600700800150016001700碳化物超硬合金碳工具鋼高速鋼鑄造合金 第24頁/共53頁第二十五頁，共54頁。一般刀具的鍍層厚度在25m，鍍層應(yīng)有以下的特點

24、以符合需求： a、在溫度不斷的提升下，仍能保持相當(dāng)?shù)挠捕取?b、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)并且不會與工件的材料發(fā)生作用。 c、熱傳導(dǎo)性低。 d、與刀具材質(zhì)的結(jié)合性良好、不會發(fā)生剝落或裂開(li ki)。 e、多孔性低，最好不會產(chǎn)生孔洞。鍍層的好處可以強(qiáng)化刀具材料的硬度、韌性以及熱傳導(dǎo)性。具有鍍層保護(hù)的刀具其壽命將近是一般沒有鍍層刀具的10倍。而無鍍層的刀具，可以用于一般的切削速度，或于老舊機(jī)臺使用較低的速度，亦可重新研磨或修改再使用。第25頁/共53頁第二十六頁，共54頁。鍍層的產(chǎn)生為使用汽化沉淀法制作，通常所使用的有兩種方法-化學(xué)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組成

25、、厚度以及多孔性。制程方式 HT-CVD高溫-化學(xué)汽化沈淀法 MT-CVD中溫-化學(xué)汽化沈淀法 Plasma-CVD電漿-化學(xué)汽化沈淀法 PVD物理汽化沈淀法 制程溫度范圍 950-1000 700-900 400-600 400-600 適用鍍層種類 TiN、TiCN、TiC、Al 2O3TiN、TiCN、TiC、TiAlN、Al 2O3TiN、TiCN、TiC、TiAlN、Al 2O3TiN、TiCN、TiAlN、Al 2O3第26頁/共53頁第二十七頁，共54頁。鍍 層 TiN TiC TiCN Al 2O3 TiAlN 顏色 金色 灰色 黑紫色 黑色 表面硬度HV 0.05 2.300

26、-2.700 2.800-3.000 2.800-3.000 3.700 3.000-3.600 鍍層技術(shù) PVD Plasma-CVD PVD Plasma-CVD & PVD PVD 制程溫度 450 450450500 450鍍層厚度 2-5 2-5 2-5 4-6 2-5 于切削加工時所能承受之最高溫度黑紫色 600 600 400 850 800 第27頁/共53頁第二十八頁，共54頁。TiAlN鍍層結(jié)構(gòu)氧化鋁 （Al 2O3）氮-鋁-鈦 （TiAlN）基體 （Substrate）為在基體上度上一層氮-鋁-鈦的鍍層。使用這樣的材料當(dāng)作切削工具時，由于溫度升高，鍍層中的鋁會被釋

27、放出來并且與氧結(jié)合產(chǎn)生氧化鋁（Al 2O3）而披覆在切削工具外面形成一層薄膜。由于氧化鋁本身不易氧化，所以不易銹蝕，形成薄膜披覆在切削工具上時可防止受到侵蝕；而且在高溫時氧化鋁具有更佳的強(qiáng)度以及硬度，如同陶瓷工具一樣可在更高的速度切削。 特性第28頁/共53頁第二十九頁，共54頁。銑刀的形式、種類繁多、故銑刀夾持方式也視銑刀的形式、種類的不同。銑刀的夾持是否適合與正確，直接影響的就是銑削的過程與結(jié)果，諸如工作之精度、銑刀之壽命等。銑刀挾持的精準(zhǔn)度可與量具的精準(zhǔn)度相比，故應(yīng)重視及了解其正確之使用，以期能精準(zhǔn)的將銑刀裝于機(jī)臺上從事銑削工作。銑刀之挾持方式大致上可分為下列幾種：、側(cè)固式 、筒夾式 、

28、油壓式 、牙固式 、熱縮式第29頁/共53頁第三十頁，共54頁。側(cè)固式 Weldon具有極高之挾持力，故常用于重切削之場合，適用于傳統(tǒng)加工方式或傳統(tǒng)機(jī)臺之粗重切削。不過缺點為挾持精準(zhǔn)度低，挾持后之刀具同心度偏擺Run Out of Tolerance極高，所以不適用于精加工或高速加工之銑削。銑刀刀把第30頁/共53頁第三十一頁，共54頁。筒夾式 Chuck & Collet此為最常使用之挾持銑刀方式，因為只需更換筒夾就可以變換不同之挾持范圍，所以從經(jīng)濟(jì)上考量是不錯的選擇。不過正因為如此的設(shè)計，所以其挾持力不高，不適合做重切削，而且挾持后之刀具同心度偏擺 Run Out of Toler

29、ance 雖然比側(cè)固式佳，但是因為筒夾質(zhì)量的關(guān)系仍有將近0.02mm的誤差。銑刀筒夾刀把第31頁/共53頁第三十二頁，共54頁。油壓式 Hydraulic Type此挾持方式利用加壓液體所產(chǎn)生之力量以挾持銑刀，由于液體具有流動之特性，能均勻與刀具接觸產(chǎn)生緊密之接合，所以挾持力高而且挾持后之刀具同心度偏擺 Run Out of Tolerance誤差甚小，在0.01mm以內(nèi)。不過由于構(gòu)造復(fù)雜，所以價格昂貴，此外其液壓系統(tǒng)甚為脆弱在使用時需格外小心使用避免損壞。銑刀刀把第32頁/共53頁第三十三頁，共54頁。牙固式 Screw Type利用鎖牙的方式將銑刀以及刀把作結(jié)合，使用者只需要針對螺牙的大小

30、就可更換銑刀的種類以及適合的大小。由于是用鎖牙的方式來固定銑刀，所以挾持極為穩(wěn)固，相當(dāng)適合用于粗加工，此外其刀具同心度偏擺Run Out of Tolerance誤差與筒夾式相當(dāng)，也適合用于精加工。 第33頁/共53頁第三十四頁，共54頁。熱縮式 Heat-Shrinking利用熱脹冷縮的原理將銑刀及刀把作緊密的結(jié)合。使用時須將刀把挾持銑刀的部位加熱使之張開，然后趁張開的同時將銑刀放入，待冷卻后其收縮并固定銑刀。此挾持方式所產(chǎn)生之挾持力量非常高可使刀把及銑刀整體的剛性更加穩(wěn)固之外，其刀具同心度偏擺 Run Out of Tolerance 誤差更可達(dá)到0.005mm，因此不僅適用于粗加工，用于

31、精加工更是最佳的選擇。刀把銑刀熱縮口第34頁/共53頁第三十五頁，共54頁。比較1、刀具同心度偏擺Run Out of Tolerance： 銑刀壽命會受挾持方式不同而深受影響，除了挾持剛性外，另一個就是刀具同心度偏擺Run Out of Tolerance。以碳化鎢材質(zhì)的銑刀來說，每一0.01mm的誤差就會造成刀具壽命10%的損耗。 2、刀把干涉： 以一般的加工經(jīng)驗法則來說，銑刀的伸長量L大于銑刀直徑D的5倍時，也就是說L5D，這時切削所產(chǎn)生的力量就會影響刀具，造成刀具偏擺。在右下左邊的圖中可以清楚的看到如果刀把的大小遠(yuǎn)大于銑刀，如果在加工較深的區(qū)域時，為了防止刀把 碰撞工件，勢必得將銑刀伸

32、出 的長度加長，這時切削力F就會 影響刀具。如果這時可以使用 干涉量較小的挾持方式，如熱 縮刀把，那么就不用伸出太長 的銑刀而又可以維持相當(dāng)?shù)膭?性，如右下圖。第35頁/共53頁第三十六頁，共54頁。刀具之能切削金屬的基本要件乃為刀具須比被切削材硬，且被切削材要有足夠之力量(l ling)予以固定，以使刀具施力時能切入工件。這些要件滿足后其次就是有足夠之動力以克服工件材料之阻力，除此之外，刀具的幾何形狀也會影響實際的切削效果甚至結(jié)果。選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀慰梢栽黾拥毒叩膲勖⒕S持加工精度、減少切削之動力等等。常見之刀具相關(guān)幾何如下： 、刀具刃角 、排屑槽 、過中心、未過中心刀具 、刀刃數(shù)目第36頁

33、/共53頁第三十七頁，共54頁。斜角的改變可由正值變化到負(fù)值，如下圖所示。以切削力與所需之動力來看，正斜角所形成的刀尖角度較小，刀具能夠輕易切入工件，而且切屑流出排除順暢，可減少切削壓力，所以切削效率較大。但太大的正斜角形成尖銳的刀尖，故刀口較脆弱易于磨耗或崩裂。負(fù)斜角則反之具有較強(qiáng)之切刃，刀口強(qiáng)度較大適合切削高強(qiáng)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負(fù)斜角第37頁/共53頁第三十八頁，共54頁。又稱之為離隙角，均為正值。其作用為刀具切入工件時，避免刀腹與工件表面產(chǎn)生么擦或物理現(xiàn)象之干擾現(xiàn)象，如下圖。小的間隙角給予切刃有較大的支撐，一般用于有高強(qiáng)度機(jī)

34、械性質(zhì)的工件材料。大的間隙角可使刀刃尖銳，但刀口強(qiáng)度減低，易于磨耗或崩裂，適合較軟或低強(qiáng)度的工件材料。間隙角Relief Angle較小之間隙角具有較強(qiáng)之切刃。零或負(fù)的間隙角會使刀腹在工件表面上拖滯而阻止刀具之切入。較大間隙角之切刃會較尖銳但是脆弱。第38頁/共53頁第三十九頁，共54頁。螺旋角Helix AngleFHFVF左旋切削及 左螺旋角銑刀右旋切削及 右螺旋角銑刀此為銑刀之刀槽成螺旋狀，可分為左螺旋及右螺旋兩種，如下。在切削時當(dāng)刃刃進(jìn)入工件時，如右下圖切削力 F 會瞬間增至最大，當(dāng)?shù)度须x開工件時，切削力急速降低，此為造成切削時發(fā)生震動的原因。螺旋角此時的作用可避免切削力過于集中某個方

35、向，讓切削力分散于其他兩個方向-水平分力FH以及垂直分力FV。當(dāng)螺旋角越小時，水平分力FH會變大，造成切削時刀具擺動；螺旋角越大時，垂直分力FV會變大，在切削時要是挾持刀具的力量不夠時，刀具可能會從刀把中脫離，當(dāng)?shù)毒咴诟咚傩D(zhuǎn)時這是非常危險的。常見的螺旋角有30、38、45、60。第39頁/共53頁第四十頁，共54頁。切削加工中切屑之排出，理想的切屑處理狀況是切屑流出時不致干擾或刮傷工件表面或撞擊刀具和傷害到工作者，所以切屑要能夠自然斷裂成小碎段并且排出至其他地方。故切屑之控制不僅要考慮切屑的流向，而且須使切屑自動斷裂。為達(dá)到此要求，一般會在刀頂面上作一種設(shè)計，能夠自動限制切屑長度的機(jī)構(gòu)稱之為

36、排屑槽或斷屑槽Chip Breaker。其目的為使切屑能夠急速卷曲，藉卷曲的應(yīng)力迫使切屑斷裂。一般的排屑槽設(shè)計如右下： 槽寬W：使產(chǎn)生切屑時形成卷曲，若槽寬太大，則卷曲半徑較大，產(chǎn)生的卷曲應(yīng)力不足以 折斷切屑；若太小，則反之，產(chǎn)生之應(yīng)力過大時，易使切刃崩裂。 槽深H：影響切屑流出的穩(wěn)定性，若太深則切屑流向槽肩時之卷曲所需的力量較大，易引起刀刃破裂；若太淺則切屑可能未流至槽肩時即自行離去，使切屑流向不易控制。 槽肩R：為切屑由斷屑槽卷起作用之部位，關(guān)系卷起時之順暢與否，直接影響卷曲力之大小，若半徑太大則切屑易滑上，卷曲應(yīng)力可能不足以將切屑折斷；若半徑太小，切屑易被堵塞滑上不易，將產(chǎn)生極大的擠壓應(yīng)

37、力。適中太大太小排屑槽之寬度排屑槽之構(gòu)造第40頁/共53頁第四十一頁，共54頁。過中心未過中心無刀刃區(qū)域舍棄式圓鼻刀在制作時，通常刀具直徑D 會比刀刃R 角大上許多，所以在其底部中間的位置刀刃會未過中心而出現(xiàn)無刀刃區(qū)域，也就是說這個區(qū)域無切削能力，如左下圖。當(dāng)碰到在加工孔或凹槽形狀的工件時，這時會發(fā)生右下圖的加工問題。雖然刀具的大小可以進(jìn)入這些區(qū)域，但是因為刀刃未過中心，所以刀刃會切削不到中間的料而留下圖中黃色柱狀的余料，隨著越往深處加工，此余料的高度會增加，最后撞到刀具的底部造成刀具損壞。而過中心刀具則是其刀刃過中心，所以沒有這樣的問題，因此又稱鉆孔刀具。第41頁/共53頁第四十二頁，共54

38、頁。銑刀的刀刃數(shù)目與切削效果的關(guān)系會受工件材料，銑刀形狀(xngzhun)以及加工面光度等等之影響而異，刃數(shù)較多之銑刀，因有較多之切刃產(chǎn)生切削作用，故可獲得更光潔平滑之加工面，不過因為無充分之切屑空間以容納切屑，易受切屑之干擾，且刀刃之強(qiáng)度會較弱。所以一般粗切削，高進(jìn)給，尤其是較軟之材料時，需有較大的切屑空間，而提供切屑空間的最佳方法，即是減少刃數(shù)、增大刀刃，不僅能加大切屑空間，亦可增大刀刃之強(qiáng)度，而且銑刀之再研磨次數(shù)與壽命也可增加。因此考慮加工方法時，重及粗切削宜選用刃數(shù)少、粗齒之銑刀；細(xì)及精加工宜選擇刃數(shù)多、較細(xì)齒之銑刀。第42頁/共53頁第四十三頁，共54頁。切屑之形成- 切屑的產(chǎn)生，一

39、般而言是由于刀具之施力作用在被切削材上產(chǎn)生了剪力，剪切作用使刀具切刃前之金屬的材料組織產(chǎn)生變形。材料組織會以變形的金屬層型態(tài)沿著刀面向上滑動，每一層對鄰近層向外推一定量，直到整個切屑滑上刀面，如下圖所示。因為材料受剪力產(chǎn)生塑性變性，因此所產(chǎn)生之切屑會比母材之金屬層厚，且因變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第43頁/共53頁第四十四頁，共54頁。金屬切屑的基本形成步驟abcd下圖為切屑形成的連續(xù)步驟，a圖中為刀刃在切削時開始接觸工件。當(dāng)切削力繼續(xù)施與時如b圖所示，工件材料受力產(chǎn)生內(nèi)部組織變化。切削力繼續(xù)施與時，則切削狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行如c圖所示，切削力克服材料之阻抗

40、，而使材料內(nèi)部結(jié)晶開始發(fā)生塑性流動變形。切削 再進(jìn)行時，無論材料 之?dāng)嗔鸦蛩苄粤鲃佣?是沿著和刀面垂直的 方向發(fā)生的，因而產(chǎn) 生了切屑，如d圖所 示，如此則切屑的基 本形成即由a-b-c-d繼 續(xù)無限制的循環(huán)所產(chǎn) 生。第44頁/共53頁第四十五頁，共54頁。下圖為刀具切削的基本結(jié)構(gòu)- 1、刀面Face：在切削過程中，切屑流出所經(jīng)過的刀具表面稱之為刀面。 2、刀腹Flank：切削時，當(dāng)?shù)度星腥牍ぜ袝r，為避免工件表面與刀具產(chǎn)生磨擦干擾而加以研磨成刀具表面稱之為刀腹。 3、刃口Cutting Edge：刀面與刀腹之交接處，于切削工作中首先與工件接觸之部位稱之為刃口刀具切削的基本結(jié)構(gòu)第45頁/共53

41、頁第四十六頁，共54頁。一般切屑的基本形式有不連續(xù)切屑、連續(xù)切屑和黏附切刃的連續(xù)切屑等三種。 1、不連續(xù)切屑： 切削時產(chǎn)生不連續(xù)切屑的情況，通常會發(fā)生于機(jī)械性質(zhì)不佳或脆性的材料時，因材料本身之組織變形量很小，工件受切削之力后，切屑沿著剪切面作周期性的破裂，換言之即切屑的產(chǎn)生不穩(wěn)定。切削時產(chǎn)生此種切屑之情況下一般而言工件表面還是相當(dāng)粗糙的，不連續(xù)切屑之形成大致有下列幾種條件： a、脆性較高之工件材料。 b、切削刀具之斜角較小時。 c、切削速度較低時。 d、切削量大，切屑較厚。不連續(xù)切削的各種切削型態(tài)剪斷形斷裂形剝裂形第46頁/共53頁第四十七頁，共54頁。2、連續(xù)切屑切削時以連續(xù)切屑之型態(tài)產(chǎn)生如

42、右下圖所示，通常均于延性及塑性流動較高之材料。材料受切削之力后，工件內(nèi)部組織由于滑動和熔接之作用，使工件材料內(nèi)部組織能產(chǎn)生連續(xù)的塑性流動而平順的依刀面滑出。切削時所產(chǎn)生之切屑一般均利用刀刃上之?dāng)嘈疾厶幚碇Ｇ邢魉a(chǎn)生之連續(xù)切削狀況可使工件表面極佳，所耗之動力小且刀具之摩擦阻力小，所以為理想的切屑。產(chǎn)生連續(xù)切屑的條件大致有下列幾項： a、工件材質(zhì)延展性較高。 b、刀具后斜角較大或刀刃較銳利。 c、切削量較小，切屑較薄。 d、切削速度高 e、選用適當(dāng)之切削劑 f、刀具材質(zhì)摩擦系數(shù)低，刀面平滑。第47頁/共53頁第四十八頁，共54頁。切削瘤 切削瘤，一般由于切削延性材料時切削速度太低、延性材料較粘，容易附著于刀面及刀腹上，因高壓力及摩擦使切削溫度急增，使細(xì)微切屑慢慢堆積在刀尖上，如左下圖所示。因為切削時細(xì)微切屑慢慢堆積于刀口，形成切刃狀。當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行切削時，積層增大最后最后脫離刀口斷落。在切削中積層以形成成長分裂脫落，重覆進(jìn)行，如右下圖所示。故刀口因積層而不能達(dá)到正常切削狀態(tài)，且積層脫落時會將刀口部分扯