高速切削-课件 (24)

1、第二章第二章 切削加工原理切削加工原理 第二章第二章 切削加工原理切削加工原理 2.1 2.1 切削加工的特徵切削加工的特徵 2.2 2.2 切削加工用工作母機與刀具切削加工用工作母機與刀具2.3 2.3 切削刀具用材質切削刀具用材質2.4 2.4 切削加工的準備工作切削加工的準備工作 2.5 2.5 切削加工原理切削加工原理 第二章第二章 切削加工原理切削加工原理2.6 2.6 切削機構切削機構( (產生切屑的原理產生切屑的原理) )2.7 2.7 切削加工產生的各種現象切削加工產生的各種現象2.8 2.8 切削加工表面的造形原理切削加工表面的造形原理2.9 2.9 影響切削加工表面精密度的

2、因素影響切削加工表面精密度的因素2.10 2.10 各種工作母機的精密機械加工原理各種工作母機的精密機械加工原理 2.1 2.1 切削加工的特徵切削加工的特徵切削加工切削加工是以定形的刀具，將工作物不要是以定形的刀具，將工作物不要的部分，變形為的部分，變形為切屑切屑的除去加工方法。的除去加工方法。從很久以前就用來加工出精度良好的機械從很久以前就用來加工出精度良好的機械零件之方法。零件之方法。幾乎所有的幾乎所有的金屬材料金屬材料或或高分子材料高分子材料都可以都可以加工。加工。2.1 2.1 切削加工的特徵切削加工的特徵( (續續) )切削加工備有下列特徵切削加工備有下列特徵: :(1)(1)切削

3、材料的使用切削材料的使用範圍廣泛範圍廣泛(2)(2)可加工可加工複雜的形狀複雜的形狀(3)(3)配合加工效率及目的，可以獲得各種配合加工效率及目的，可以獲得各種等等級的精度級的精度(4)(4)去除加工所去除加工所消耗的能量低消耗的能量低2.2 2.2 切削加工用工作母機與刀具切削加工用工作母機與刀具切削加工切削加工或或研磨加工研磨加工用用機械機械，稱為，稱為工作母機工作母機。工作母機依工作母機依工作物工作物及及刀具刀具的相對運動，有各種的相對運動，有各種分類。分類。各種加工也有很多各種加工也有很多複合化的加工複合化的加工，但在本節僅，但在本節僅介紹介紹基本的加工基本的加工。2.2.1 2.2.

4、1 車床車床利用利用工作物旋轉運動工作物旋轉運動，而使，而使刀具作直線運動刀具作直線運動，以切削加工零組件之工作母機，稱為以切削加工零組件之工作母機，稱為車床車床( (圖圖2.1)2.1) ( (圖圖2.2)2.2)。 大型且重量很重的大型且重量很重的大零件加工大零件加工，是使用將，是使用將工工作物置於旋轉工作台上作物置於旋轉工作台上的的立式車床立式車床( (圖圖2.3)2.3)。圖圖2.4 2.4 車床加工使用刀具車床加工使用刀具 圖圖2.5 2.5 切削螺紋使用刀具切削螺紋使用刀具 2.2.2 2.2.2 搪床搪床將將車刀車刀固定在固定在搪孔棒上搪孔棒上，一邊旋轉一邊旋轉一邊作一邊作軸向進

5、給軸向進給，以加工內孔的工作母機，我們，以加工內孔的工作母機，我們稱為稱為搪床搪床( (圖圖2.6)2.6)。由於搪孔棒由於搪孔棒容易變形容易變形並產生並產生振動振動，故每單，故每單位時間的加工效率並不高。位時間的加工效率並不高。2.2.3 2.2.3 牛頭鉋床牛頭鉋床 、龍門鉋床、龍門鉋床刀具做直線運動刀具做直線運動進行切削，每一行程進行切削，每一行程進給進給工作物，以反覆切削方式的工作母機稱為工作物，以反覆切削方式的工作母機稱為鉋床鉋床( (圖圖2.7) 2.7) 。牛頭鉋床牛頭鉋床：用於刀具做往復運動，比較小用於刀具做往復運動，比較小工作物的工作物的平面及溝槽平面及溝槽的加工。的加工。2

6、.2.3 2.2.3 牛頭鉋床、龍門鉋床牛頭鉋床、龍門鉋床龍門鉋床龍門鉋床：是將工作物置於工作台上，使是將工作物置於工作台上，使工作台做往復運動的型式，用於加工車床工作台做往復運動的型式，用於加工車床床台或床台或大型零件大型零件的平面及溝槽。的平面及溝槽。由於由於牛頭鉋床牛頭鉋床及及龍門鉋床龍門鉋床都是利用都是利用鉋刀鉋刀的的往復運動，故加工效率較低。往復運動，故加工效率較低。圖圖2.7(a) 2.7(a) 牛頭鉋床牛頭鉋床圖圖2.7(b) 2.7(b) 龍門鉋床龍門鉋床2.2.4 2.2.4 銑床銑床 銑床銑床就是將就是將旋轉刀具旋轉刀具安裝在安裝在主軸上主軸上，而將，而將工作物工作物夾持於

7、夾持於X X、Y Y、Z Z三軸移動的三軸移動的工作台上工作台上，進行進行平面平面、溝槽溝槽、階級孔階級孔等很多種類的加等很多種類的加工之工之工作母機工作母機。車床或鑽床同為平常使用最多的工作母機車床或鑽床同為平常使用最多的工作母機如圖如圖2.82.8，有，有垂直垂直於工作台的於工作台的立式銑床立式銑床與與平平行行於工作台的於工作台的臥式銑床臥式銑床。 圖圖2.92.9所示：所示：為使用於為使用於臥式銑床的刀具臥式銑床的刀具。 有加工複雜剖面形狀的溝槽之特殊銑刀，做成有加工複雜剖面形狀的溝槽之特殊銑刀，做成齒輪齒形齒輪齒形的漸開線銑刀，用於齒輪的加工。的漸開線銑刀，用於齒輪的加工。 面銑刀面銑

8、刀與與端銑刀端銑刀是是立式銑床立式銑床最普遍使用的最普遍使用的刀具刀具( (圖圖2.10)2.10)。廣泛應用於廣泛應用於溝槽加工溝槽加工、面銑刀面銑刀、階級孔加階級孔加工工等處。等處。端銑刀前端為球狀的端銑刀前端為球狀的球形端銑刀球形端銑刀，是加工，是加工複雜複雜3D3D形狀模具，不可或缺的刀具。形狀模具，不可或缺的刀具。(a)(a)面銑刀面銑刀 (b)(b)端銑刀端銑刀 2.2.5 2.2.5 鑽床鑽床鑽床鑽床就是將就是將鑽頭鑽頭安裝在主軸上，安裝在主軸上，一邊旋轉主軸一邊旋轉主軸一邊做軸向進給一邊做軸向進給，而對固定於工作台上的工作，而對固定於工作台上的工作物物進行鑽孔進行鑽孔的的工作母

9、機工作母機。工作母機的型態與工作母機的型態與銑床銑床類似，但是在鑽孔時會類似，但是在鑽孔時會產生很大的產生很大的軸向推力軸向推力的構造的構造( (圖圖 2.11)2.11)。要在大型工作物上鑽孔，必須使用主軸部份可要在大型工作物上鑽孔，必須使用主軸部份可在旋臂上做在旋臂上做徑向移動徑向移動的的懸臂鑽床懸臂鑽床( (圖圖2.12)2.12)。圖圖2.13 2.13 鑽頭各部之名稱鑽頭各部之名稱2.2.6 2.2.6 其他切削加工用工作母機及刀具其他切削加工用工作母機及刀具2.2.6 2.2.6 其他切削加工用工作母機及刀具其他切削加工用工作母機及刀具2.2.7 2.2.7 自動化工作母機自動化工

10、作母機1.1.自動車床自動車床2.2.倣削工作母機倣削工作母機3.NC(3.NC(數值控制數值控制) )工作母機工作母機1.1.自動車床自動車床2.2.倣削工作母機倣削工作母機( (銑床銑床) )2.2.倣削工作母機倣削工作母機( (車床車床) )3.CNC(3.CNC(電腦數值控制電腦數值控制) )車床工作母機車床工作母機3.CNC(3.CNC(電腦數值控制電腦數值控制) )車床結構車床結構3.CNC(3.CNC(電腦數值控制電腦數值控制) )銑床工作母機銑床工作母機3.CNC(3.CNC(電腦數值控制電腦數值控制) )銑床結構銑床結構2.2.8 2.2.8 複合化複合化 、彈性化、彈性化工

11、作母機工作母機1. 1. 轉移型機械轉移型機械2. 2. 切削中心機切削中心機3. 3. 車銑複合機車銑複合機4. FMC(Flexible4. FMC(Flexible Manufacturing Cell) Manufacturing Cell) 彈性製造單元彈性製造單元 5. FMS(Flexible5. FMS(Flexible Manufacturing System) Manufacturing System)彈性製造系統彈性製造系統 1.1.轉移型機械轉移型機械2.2.切削中心機切削中心機4.4.彈性製造單元彈性製造單元(FMC)(FMC)5. FMS(Flexible5. FM

12、S(Flexible Manufacturing Manufacturing System)System)彈性製造系統彈性製造系統2.3 2.3 切削刀具用材質切削刀具用材質切削用刀具切削用刀具必須具備必須具備比工作物更高硬度比工作物更高硬度的條件。的條件。只有在室溫有較高硬度，是無法發揮切削刀具的只有在室溫有較高硬度，是無法發揮切削刀具的功能。功能。1818世紀開始使用工作母機的切削加工，是使用世紀開始使用工作母機的切削加工，是使用含含碳量高的碎火硬化鋼碳量高的碎火硬化鋼，做為切削碳鋼的刀具。，做為切削碳鋼的刀具。刀尖的溫度愈高會使刀尖的溫度愈高會使刀具回火刀具回火，而失去其切削功，而失去其

13、切削功能。後來由於提高高溫區域硬度的材料技術進步，能。後來由於提高高溫區域硬度的材料技術進步，而開發出而開發出各式各樣的刀具材質各式各樣的刀具材質來。來。2.3 2.3 切削刀具材質分類：切削刀具材質分類：1.1.工具鋼工具鋼2.2.高速鋼高速鋼3.3.碳化鎢碳化鎢4.4.陶瓷刀具陶瓷刀具5.5.被覆刀具被覆刀具6.6.鑽石刀具鑽石刀具7.CBN7.CBN刀具刀具1.1.工具鋼工具鋼工具鋼工具鋼又稱為又稱為SKSK材料材料，它是以，它是以碳鋼碳鋼為母材，為母材，加入加入鎢鎢、鉬鉬、鉻鉻、鎳鎳等合金成分，利用等合金成分，利用熱處熱處理以提高硬度的材料理以提高硬度的材料。SKSK材料材料主要是做為

14、主要是做為鍛造鍛造或或沖壓沖壓的的模具材料模具材料。因其因其耐磨性不足耐磨性不足，且，且切削速度無法提高切削速度無法提高，故，故不適合不適合做為做為切削用刀具材質切削用刀具材質。 2.2.高速鋼高速鋼高速鋼高速鋼開發於開發於1919世紀末期切削用刀具材質，世紀末期切削用刀具材質，當時的刀具能承受高溫、高硬度且可以高當時的刀具能承受高溫、高硬度且可以高速切削，故命名為速切削，故命名為高速鋼高速鋼 (High Speed (High Speed SteelSteel簡稱為簡稱為H.S.S.)H.S.S.)。但是現在已稱不上是高速了。但是現在已稱不上是高速了。高速鋼大多用於高速鋼大多用於鑽頭鑽頭、鉸

15、刀鉸刀、螺絲攻螺絲攻、螺螺絲模絲模等形狀比較複雜的刀具。等形狀比較複雜的刀具。高速鋼是切削刀具使用量最多的材質。高速鋼是切削刀具使用量最多的材質。3.3.碳化鎢碳化鎢在日本將在日本將碳化鎢碳化鎢稱為稱為超硬合金超硬合金，但它並不是合，但它並不是合金，而是將金，而是將WCWC的粉末的粉末，以，以CoCo為結合材料為結合材料，燒結，燒結而成陶瓷與金屬的混合物。而成陶瓷與金屬的混合物。公元公元19201920年年，因為德國開發出來的名稱為，因為德國開發出來的名稱為Hart Hart melallmelall，故日本稱它為超硬合金。而英文的，故日本稱它為超硬合金。而英文的Sintered Carbid

16、e(Sintered Carbide(燒結碳化物燒結碳化物) )的稱呼。的稱呼。3.3.碳化鎢碳化鎢以以碳化鎢碳化鎢做為做為切削刀具切削刀具，切削刀具中，切削刀具中，車車刀刀、銑刀銑刀、鑽頭鑽頭使用碳化鎢做為刀具材質使用碳化鎢做為刀具材質最多。最多。將將碳化鎢碳化鎢的主要成分，換為的主要成分，換為碳化鈦碳化鈦(TiC(TiC) )或或氮化鈦氮化鈦(TiN(TiN) )的材質稱為的材質稱為瓷金瓷金，其耐磨耗性，其耐磨耗性比碳化鎢優越，但是耐衝擊性則稍差，故比碳化鎢優越，但是耐衝擊性則稍差，故多用於多用於精加工的切削精加工的切削。4.4.陶瓷刀具陶瓷刀具陶瓷陶瓷是在高溫具有較高強度的材料，也有是在

17、高溫具有較高強度的材料，也有做為刀具材質來使用。但是其韌性比高速做為刀具材質來使用。但是其韌性比高速鋼或碳化鎢鋼或碳化鎢低低，且，且容易崩損容易崩損，故要做為切，故要做為切削用刀具，成為可靠性高的刀具材質，是削用刀具，成為可靠性高的刀具材質，是經過了一段漫長的歲月。經過了一段漫長的歲月。最近由於工作母機的高性能化，而減少了最近由於工作母機的高性能化，而減少了刀具損傷的一些因素，而變成可以做為比刀具損傷的一些因素，而變成可以做為比碳化鎢更高速切削的刀具來使用。碳化鎢更高速切削的刀具來使用。5.5.被覆刀具被覆刀具切削刀具切削刀具的的耐磨耗性耐磨耗性與與耐衝擊性耐衝擊性，要兩者皆成，要兩者皆成立是

18、很困難的，所以考慮了立是很困難的，所以考慮了被覆刀具被覆刀具。在在高速鋼高速鋼或或碳化鎢碳化鎢表面，施予表面，施予陶瓷被覆陶瓷被覆，而使，而使表面陶瓷具有耐磨耗性，而母材本體的韌性具表面陶瓷具有耐磨耗性，而母材本體的韌性具有耐衝擊性。有耐衝擊性。而而被覆的材質被覆的材質是使用是使用鋁鋁、氮化鈦氮化鈦(TiN(TiN) )、碳化碳化鈦鈦(TiC(TiC) )及其複合而成的材質，它廣泛使用於及其複合而成的材質，它廣泛使用於鑽頭鑽頭、端銑刀端銑刀、鉸刀鉸刀、齒輪加工用、齒輪加工用滾輪銑刀滾輪銑刀。6.6.鑽石刀具鑽石刀具鑽石鑽石是地球上是地球上最硬的物質最硬的物質，當然會被考慮用，當然會被考慮用來做

19、為來做為切削刀具切削刀具。但是刀具的成形或研磨並不容易，對但是刀具的成形或研磨並不容易，對鐵系鐵系工工作物的作物的耐磨耗性低耐磨耗性低，幾乎不用來做為鐵系刀，幾乎不用來做為鐵系刀具材質。具材質。 卻廣泛使用於卻廣泛使用於非球面鏡片用模具非球面鏡片用模具、隱形鏡片隱形鏡片、雷射反射鏡雷射反射鏡等光學零件的等光學零件的超精密切削超精密切削。單結晶鑽石單結晶鑽石，可以研磨，可以研磨原子原子，在切削，在切削銅銅、鋁鋁、鎳系合金鎳系合金時，比較容易達到時，比較容易達到次微米次微米的精加工的精加工面。面。7.CBN7.CBN刀具刀具CBN(CBN(立方晶氮化棚立方晶氮化棚) )是僅次於鑽石的第二硬是僅次於

20、鑽石的第二硬物質，原來是不存在於地球上的物質，但物質，原來是不存在於地球上的物質，但在公元在公元19571957年，經由年，經由合成合成而變成而變成CBNCBN。對於鐵系材料的耐磨耗性，對於鐵系材料的耐磨耗性，CBNCBN比鑽石來得比鑽石來得優越，故大多用於優越，故大多用於汽車零件的量產加工汽車零件的量產加工。特別是在最近，用於特別是在最近，用於熱處理熱處理而提高硬度的而提高硬度的鋼料精加工。省掉了原來必要的鋼料精加工。省掉了原來必要的研磨研磨工程，工程，而對而對降低成本降低成本有重大貢獻。有重大貢獻。2.4 2.4 切削加工的準備工作切削加工的準備工作2.4.1 2.4.1 選擇切削刀具選擇

21、切削刀具2.4.2 2.4.2 夾持工作物的方法夾持工作物的方法2.4.3 2.4.3 切削液切削液 2.4.1 2.4.1 選擇切削刀具選擇切削刀具(1)(1)工作母機的主軸輸出功率及最高轉數工作母機的主軸輸出功率及最高轉數: :考慮考慮刀具耐磨耗性，並選擇縮短加工時間的刀具。刀具耐磨耗性，並選擇縮短加工時間的刀具。(2)(2)工作母機主軸的振動或工作台的效能降低工作母機主軸的振動或工作台的效能降低: :比較容易造成刀具的崩損，故要選擇韌性高的比較容易造成刀具的崩損，故要選擇韌性高的刀具材質。刀具材質。(3)(3)加工數的多少加工數的多少: :只有幾個可以使用手磨的刀只有幾個可以使用手磨的刀

22、具，但是數量很多時，則使用捨棄式刀具。具，但是數量很多時，則使用捨棄式刀具。(4)(4)工作物容易變形工作物容易變形: :會因為切削阻力而變形時，會因為切削阻力而變形時，應選擇減低力量的刀具。應選擇減低力量的刀具。(5)(5)是否進行無人運轉是否進行無人運轉: :在運轉中應選擇不易產在運轉中應選擇不易產生崩裂的刀具或有切屑處理性的刀具。生崩裂的刀具或有切屑處理性的刀具。2.4.2 2.4.2 夾持工作物的方法夾持工作物的方法進行機械式去除加工時，一定不要同時產生進行機械式去除加工時，一定不要同時產生力力量量，這種，這種力量力量會造成會造成刀具刀具或或工作物工作物的的變形變形。在加工點產生在加工

23、點產生熱量熱量，會造成工作物的，會造成工作物的熱變形熱變形。 將工作物或虎鉗固定在銑床的工作台時，如果將工作物或虎鉗固定在銑床的工作台時，如果沒有去除工作台表面的沒有去除工作台表面的傷痕傷痕或或毛邊毛邊，就會影響，就會影響工作物的工作物的形狀精度形狀精度。即使是無人化工廠，也不要使工作物變形。正即使是無人化工廠，也不要使工作物變形。正確將工作物安裝在確將工作物安裝在拖板上拖板上的工作，是無法由機的工作，是無法由機器人取代的。器人取代的。 2.4.3 2.4.3 切削液切削液為了抑制刀具磨損及減小加工面粗糙度等目的，為了抑制刀具磨損及減小加工面粗糙度等目的，而使用切削液。切削液的功能有而使用切削

24、液。切削液的功能有潤滑潤滑、冷卻冷卻、清潔清潔等。等。必須配合加工目的，加以區分使用：切削液大必須配合加工目的，加以區分使用：切削液大致分為致分為非水溶性切削液非水溶性切削液與與水溶性切削液水溶性切削液。非水溶性切削液非水溶性切削液是在礦物油或植物油加入添加是在礦物油或植物油加入添加劑，其劑，其潤滑性潤滑性較優越。較優越。2.4.3 2.4.3 切削液切削液水溶性切削液水溶性切削液是以水為主，使用於重視是以水為主，使用於重視冷卻冷卻性性的加工。的加工。水溶性切削液分為水溶性切削液分為乳化液型乳化液型及及可溶型可溶型。乳化液型乳化液型是以水稀釋後，則變成白濁色，故是以水稀釋後，則變成白濁色，故亦

25、稱為乳化油，為具備亦稱為乳化油，為具備潤滑潤滑及及冷卻冷卻兩種功能兩種功能的切削液。的切削液。可溶型可溶型切削液是以界面活性劑為主體，使用切削液是以界面活性劑為主體，使用於重視於重視冷卻冷卻功能的研磨加工。功能的研磨加工。2.5 2.5 切削加工原理切削加工原理 切削加工切削加工是刀具進入工作物，機械式產生是刀具進入工作物，機械式產生切屑的去除方法。切屑的去除方法。2.5.1 2.5.1 二維切削與實際切削二維切削與實際切削( (三維切削三維切削) )2.5.2 2.5.2 切屑形態切屑形態2.5.3 2.5.3 影響切屑形態的因素影響切屑形態的因素 2.5.1 2.5.1 二維切削與實際切削

26、二維切削與實際切削( (三維切削三維切削) )如圖如圖2.23(a)2.23(a)刀具的刀刃垂直於切削寬度的方向，刀具的刀刃垂直於切削寬度的方向，刀具的刀形與寬度方向相同的切削，我們稱為刀具的刀形與寬度方向相同的切削，我們稱為二維切削二維切削。圖圖2.242.24所示所示二維剖面二維剖面，是由切削方向取剖面。，是由切削方向取剖面。 2.5.2 2.5.2 切屑形態切屑形態切削所產生的切屑，會因工作物的變形特切削所產生的切屑，會因工作物的變形特性或切削條件，而有性或切削條件，而有各種的型態各種的型態( (圖圖2.25)2.25)(a)(a)流線形切屑流線形切屑(b)(b)剪斷形切屑剪斷形切屑(c

27、)(c)皺紋形切屑皺紋形切屑 (d)(d)龜裂形切屑龜裂形切屑2.5.3 2.5.3 影響切屑形態的因素影響切屑形態的因素 (a)(a) 在切屑內部不產生破裂時，就會變成在切屑內部不產生破裂時，就會變成流線形切屑流線形切屑。(b)(b) 雖然產生破裂，但是在中途會停止的，雖然產生破裂，但是在中途會停止的，就變成就變成剪斷形切屑剪斷形切屑。(c)(c) 不會產生破裂，但切屑的變形過大之不會產生破裂，但切屑的變形過大之切屑，就變成切屑，就變成皺紋形切屑皺紋形切屑。(d)(d) 產生過度的破裂，達到精加工面的切產生過度的破裂，達到精加工面的切屑，就成為屑，就成為龜裂形切屑龜裂形切屑。依工作物的情況，

28、要產生依工作物的情況，要產生流線性切屑流線性切屑比較比較困難。但是要提高切屑的連續性，有以下困難。但是要提高切屑的連續性，有以下的的對策對策：(1)(1)減少切屑承受的變形。減少切屑承受的變形。具體來說，就是具體來說，就是增加刀具的斜角。增加刀具的斜角。(2)(2)提高切削材料的延展性。提高切削材料的延展性。具體來說，就具體來說，就是提高切削材料的溫度。是提高切削材料的溫度。(3)(3)降低刀具斜面的摩擦。降低刀具斜面的摩擦。具體來說，就是具體來說，就是供給有潤滑效果的切削液。供給有潤滑效果的切削液。2.6 2.6 切削機構切削機構( (產生切屑的原理產生切屑的原理) ) 產生流線形切屑時，在

29、圖產生流線形切屑時，在圖2.272.27的的ABAB，切削材料會，切削材料會變形為切屑。此平面稱為變形為切屑。此平面稱為剪斷面剪斷面，而與切削方向所，而與切削方向所構成的角度構成的角度，稱為，稱為剪斷角剪斷角。由圖可以了解，。由圖可以了解，切削切削厚度厚度h h、切屑厚度切屑厚度hchc、刀具斜角刀具斜角及及剪斷角剪斷角之間，之間，以下關係是成立的。以下關係是成立的。2.6.2 2.6.2 二維切削的切削阻力二維切削的切削阻力2.6.3 2.6.3 三維切削三維切削( (一般切削一般切削) )的切削阻力的切削阻力圖圖2.31 2.31 三維切削的切削阻力三維切削的切削阻力2.6.4 2.6.4

30、 剪斷角的理論與實際剪斷角的理論與實際2.7 2.7 切削加工產生的各種現象切削加工產生的各種現象2.7.1 2.7.1 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度2.7.2 2.7.2 刀具的磨耗、損傷與壽命刀具的磨耗、損傷與壽命 2.7.3 2.7.3 刀瘤刀瘤( (積屑刀口積屑刀口) )2.7.4 2.7.4 切削造成的振動切削造成的振動2.7.5 2.7.5 加工變質層加工變質層2.7.6 2.7.6 毛邊與微崩毛邊與微崩2.7.1 2.7.1 切削熱與切削溫度切削熱與切削溫度切削所消耗的能量，極少的部分留在切屑切削所消耗的能量，極少的部分留在切屑或加工面表層，成為彈性變形能量儲存起或加工面表層

31、，成為彈性變形能量儲存起來，大部分來，大部分(99%(99%以上以上) )變成熱變成熱，傳到切屑工，傳到切屑工作物或刀具。作物或刀具。1.1.熱的發生來源與流動熱的發生來源與流動切削熱的發生來源，切削熱的發生來源，如圖如圖2.342.34所示所示，大致，大致區分為區分為3 3個區域。個區域。(1)(1)剪斷面的剪斷變形能量。剪斷面的剪斷變形能量。 (2)(2)刀具的斜面與切屑的摩擦。刀具的斜面與切屑的摩擦。 (3)(3)刀具離隙面與精加工面的摩擦。刀具離隙面與精加工面的摩擦。刀具沒有磨耗，則可忽略刀具離隙面的摩擦，刀具沒有磨耗，則可忽略刀具離隙面的摩擦，但是切屑厚度很小時，就會變成很大的比例。

32、但是切屑厚度很小時，就會變成很大的比例。產生的熱會傳到產生的熱會傳到切屑切屑、刀具刀具及及工作物工作物。其比。其比例如例如圖圖2.352.35所示所示，6 6成進入切屑。切削速度愈成進入切屑。切削速度愈快，切屑厚度愈厚，進入切屑的熱量比例會快，切屑厚度愈厚，進入切屑的熱量比例會增加。增加。傳入工作物及刀具的熱量，會產生傳入工作物及刀具的熱量，會產生熱變形熱變形，且會影響加工精度。傳入刀具的熱量，會造且會影響加工精度。傳入刀具的熱量，會造成刀具的成刀具的疲勞殘留變形疲勞殘留變形或或介面的磨耗介面的磨耗。2.2.刀刃附近的溫度分佈刀刃附近的溫度分佈3.3.切削條件與切削溫度切削條件與切削溫度因為切

33、削溫度會影響刀具磨耗及尺寸精度，故因為切削溫度會影響刀具磨耗及尺寸精度，故溫度愈低愈好溫度愈低愈好。 要抑制切削溫度上昇，有以下幾個方法：要抑制切削溫度上昇，有以下幾個方法：(1)(1)減少切削阻力。減少切削阻力。 (2)(2)使用熱傳導率高的刀具，使熱傳到刀具。使用熱傳導率高的刀具，使熱傳到刀具。 (3)(3)使用高壓給油的切削液，以提高冷卻效率使用高壓給油的切削液，以提高冷卻效率2.7.2 2.7.2 刀具的磨耗、損傷與壽命刀具的磨耗、損傷與壽命使用切削刀具後會伴隨產生使用切削刀具後會伴隨產生磨耗磨耗，然後隨著，然後隨著磨耗的進行，最後達到磨耗的進行，最後達到壽命壽命而不能使用。而不能使用

34、。1.1.磨耗與損傷磨耗與損傷2.2.磨耗的形態與定量量測方法磨耗的形態與定量量測方法3.3.磨耗的機構磨耗的機構4.4.刀具壽命與壽命判斷刀具壽命與壽命判斷1.1.磨耗與損傷磨耗與損傷刀具磨耗：刀具磨耗：就是隨著切削的進行，離隙面或斜就是隨著切削的進行，離隙面或斜面慢慢減少的現象，即使以最硬的鑽石，切削面慢慢減少的現象，即使以最硬的鑽石，切削鋁等軟金屬材料時，也是無法避免的現象。鋁等軟金屬材料時，也是無法避免的現象。形狀的變化過程是連續的，故磨耗的程度是可形狀的變化過程是連續的，故磨耗的程度是可以預測的。以預測的。刀具損傷：刀具損傷：就是刀具的一部分，由於塑性變形就是刀具的一部分，由於塑性變

35、形而產生脆性的破壞、分離，使刀尖的形狀產生而產生脆性的破壞、分離，使刀尖的形狀產生變化的現象。變化的現象。脆性破壞稱為脆性破壞稱為微崩微崩，其規模從數十到數百，其規模從數十到數百m m。2.2.磨耗的形態與定量量測方法磨耗的形態與定量量測方法圖圖2.372.37所示，微切削刀具的典型磨耗形態。所示，微切削刀具的典型磨耗形態。3.3.磨耗的機構磨耗的機構(1)(1)擴散磨耗擴散磨耗: :刀具與切屑刀具與切屑或或刀具與工作物刀具與工作物的接的接觸面溫度很高，則會使構成雙方材料的元素產觸面溫度很高，則會使構成雙方材料的元素產生生磨耗磨耗，提高切削速度則會促進提高切削速度則會促進刀具磨耗刀具磨耗。 (

36、2)(2)機械式磨耗機械式磨耗: :一邊接觸一邊做相對運動的物一邊接觸一邊做相對運動的物體，一點一點被磨除的機構。體，一點一點被磨除的機構。 (3)(3)凝著磨耗凝著磨耗: :切削材料附著在刀具表面，在附切削材料附著在刀具表面，在附著物脫離時，會帶走刀具的一部分，此機構稱著物脫離時，會帶走刀具的一部分，此機構稱為為凝著磨耗凝著磨耗。 (4)(4)化學式磨耗化學式磨耗: :稱稱腐蝕磨耗腐蝕磨耗、氧化磨耗氧化磨耗，刀具，刀具材料在高溫環境下，會造成化學反應或氧化，材料在高溫環境下，會造成化學反應或氧化，去除反應生成物的機構。去除反應生成物的機構。 4.4.刀具壽命與壽命判斷刀具壽命與壽命判斷刀具產

37、生磨耗或損傷刀具產生磨耗或損傷，到不能使用時的實，到不能使用時的實際際切削時間切削時間，我們稱為，我們稱為刀具壽命刀具壽命，其時間，其時間通常以通常以分鐘分鐘表示。表示。一般是使用一般是使用離隙面磨耗寬度離隙面磨耗寬度VBVB或或銲疤深度銲疤深度KTKT的大小。達到的大小。達到VBVB或或KTKT基準值的切削時間基準值的切削時間就是就是刀具壽命刀具壽命。在在切削速度較低切削速度較低的範圍，的範圍，VBVB較快達到壽命較快達到壽命點，在點，在高速高速範圍，範圍，KTKT較快達到壽命點。較快達到壽命點。 圖圖2.38 2.38 壽命曲線的例子壽命曲線的例子 2.7.3 2.7.3 刀瘤刀瘤( (積

38、屑刀口積屑刀口) )使用碳化物車刀，以使用碳化物車刀，以5Om/min5Om/min以下以下的切削速的切削速度，低速切削低碳鋼，則在加工面留下粗度，低速切削低碳鋼，則在加工面留下粗糙的凹凸與刀痕。糙的凹凸與刀痕。產生這種現象時，如圖產生這種現象時，如圖2.392.39所示，在刀尖所示，在刀尖堆積附著物的刀刃是堆積附著物的刀刃是刀瘤刀瘤，刀瘤返覆堆積、，刀瘤返覆堆積、脫落，而使脫落，而使加工面留下刀痕加工面留下刀痕。圖圖2.392.39刀瘤的產生與脫落刀瘤的產生與脫落 圖圖2.402.40為車削含碳量為車削含碳量0.45%0.45%的碳鋼桿料，在的碳鋼桿料，在改變切削速度切削時，表面粗糙度的曲線

39、。改變切削速度切削時，表面粗糙度的曲線。切削速度切削速度1OOm/min1OOm/min以上以上時，刀具前端隅角部時，刀具前端隅角部分的形狀，會轉寫到工件表面，在分的形狀，會轉寫到工件表面，在低速低速範圍範圍粗糙度的最大高度，增加了好幾倍。粗糙度的最大高度，增加了好幾倍。圖圖2.402.40切削速度不同的粗糙度曲線變化切削速度不同的粗糙度曲線變化2.7.4 2.7.4 切削造成的振動切削造成的振動切削加工中產生的切削加工中產生的振動振動，稱為，稱為顫動顫動，它會，它會增加精加工表面粗糙度或表面起伏，很嚴增加精加工表面粗糙度或表面起伏，很嚴重時，會造成重時，會造成刀具的損傷刀具的損傷。1.1.強

40、制振動的顫動強制振動的顫動2.2.自勵振動的顫動自勵振動的顫動1.1.強制振動的顫動強制振動的顫動由於迴轉部分不平衡產生的振動，或車刀由於迴轉部分不平衡產生的振動，或車刀斷續切削，產生的切削阻力之變動等，強斷續切削，產生的切削阻力之變動等，強制性變動或力量引起的振動。制性變動或力量引起的振動。排除振動來源是第一對策，而使用減振器排除振動來源是第一對策，而使用減振器或調整切削速度，以錯開共振點也是有效或調整切削速度，以錯開共振點也是有效果的。果的。2.2.自勵振動的顫動自勵振動的顫動它分為它分為摩擦型顫動摩擦型顫動與與再生顫動再生顫動兩種。兩種。摩擦型摩擦型：是刀具產生離隙面磨耗時，會產生是刀具

41、產生離隙面磨耗時，會產生像剎車叫聲的高頻聲音。會產生摩擦型顫動，像剎車叫聲的高頻聲音。會產生摩擦型顫動，振動會產生在切削速度方向。振動會產生在切削速度方向。再生顫動再生顫動：切削加工面時，阻力變動的位相切削加工面時，阻力變動的位相差，供給能量、振動擴大、持續的現象差，供給能量、振動擴大、持續的現象，其其振動發生在切削厚度的方向。振動發生在切削厚度的方向。改變切削速度以錯開共振頻率，並使用減振改變切削速度以錯開共振頻率，並使用減振器，就可以抑制振動。器，就可以抑制振動。圖圖2.412.41再生效果產生的振動再生效果產生的振動2.7.5 2.7.5 加工變質層加工變質層在切削加工中，切削承受極大的

42、剪斷變形在切削加工中，切削承受極大的剪斷變形，而達到再結晶溫度以上的高溫，刀具通過而達到再結晶溫度以上的高溫，刀具通過後的加工面表層，也受到變形或溫度上昇後的加工面表層，也受到變形或溫度上昇的影響。結果，造成工作物表層部分與內的影響。結果，造成工作物表層部分與內部不同的性質。這種變質的部分，我們稱部不同的性質。這種變質的部分，我們稱為為加工變質層加工變質層。圖圖2.422.42所示，為再切削金屬材料時，所產所示，為再切削金屬材料時，所產生的生的加工變質層模式圖加工變質層模式圖。 圖圖2.422.42所示所示 加工變質層模式圖加工變質層模式圖結晶組織產生變形，其表層多為非晶質結晶組織產生變形，其

43、表層多為非晶質化，我們看到了以下的特徵。化，我們看到了以下的特徵。 1.1.硬度的變化：硬度的變化：金屬材料具有承受塑性變金屬材料具有承受塑性變形，硬度就會變硬的形，硬度就會變硬的加工硬化加工硬化之特性。之特性。 2.2.殘留應力：殘留應力：由於結晶變形及熱的影響，由於結晶變形及熱的影響，也會發生殘留應力。也會發生殘留應力。 3.3.活性化表面：活性化表面：加工變質層是因為結晶格加工變質層是因為結晶格子在承受很大的變形狀態，故很容易變成子在承受很大的變形狀態，故很容易變成金屬離子。金屬離子。 圖圖2.43 2.43 銑削加工殘留應力銑削加工殘留應力2.7.6 2.7.6 毛邊與微崩毛邊與微崩加

44、工變質層加工變質層，會在工作物出現，會在工作物出現毛邊毛邊與與微崩微崩。以小斜角的刀具，切削富延展性的材料時，以小斜角的刀具，切削富延展性的材料時，如圖如圖2.442.44所示，在工作物的側面及切削的離所示，在工作物的側面及切削的離開處，產生開處，產生毛邊毛邊。另一方面，缺乏延展性的脆性材料，就會產另一方面，缺乏延展性的脆性材料，就會產生生微崩微崩 。圖圖2.44 2.44 毛邊毛邊與與微崩微崩2.8 2.8 切削加工表面的造形原理切削加工表面的造形原理切削加工切削加工就是以刀具一邊產生切屑，一邊去就是以刀具一邊產生切屑，一邊去除不要的部分，以造形目的形狀之加工方法。除不要的部分，以造形目的形

45、狀之加工方法。基本上加工面的基本上加工面的精密度精密度，是由轉印刀具形狀，是由轉印刀具形狀及其及其運動軌跡運動軌跡來決定。來決定。利用刀具的利用刀具的運動軌跡運動軌跡，產生，產生理想加工面的凹理想加工面的凹凸凸( (理論粗糙度理論粗糙度) )。實際上受到許多凹凸增加的因素影響，大多實際上受到許多凹凸增加的因素影響，大多與與理論粗糙度理論粗糙度有很大的不同。有很大的不同。1.1.車削加工的理論粗糙度：車削加工的理論粗糙度： 使工作物旋轉，車刀在工作物使工作物旋轉，車刀在工作物軸向進給軸向進給的長的長方向車削之進給方向方向車削之進給方向理論粗糙度理論粗糙度。 2.2.銑削加工的理論粗糙度：銑削加工

46、的理論粗糙度： 在銑削加工中，銑刀以一定的轉數旋轉，工在銑削加工中，銑刀以一定的轉數旋轉，工作物是以一定的速度做作物是以一定的速度做直線運動直線運動，故銑刀的刀，故銑刀的刀尖相對於工作物，會描繪出如圖尖相對於工作物，會描繪出如圖2.472.47的的擺線擺線。圖圖2.46 2.46 車床加工的外徑切削理論粗糙度車床加工的外徑切削理論粗糙度圖圖2.47 2.47 銑刀加工的理論粗糙度銑刀加工的理論粗糙度2.9 2.9 影響切削加工表面精密度的因素影響切削加工表面精密度的因素機械零件的精密度，在機械零件的精密度，在JISJIS中有以下規定。中有以下規定。 (1)(1)尺寸尺寸精度精度( (長度、厚度

47、、直徑等長度、厚度、直徑等) )。 (2)(2)形狀形狀精度精度( (真直度、平面度、真圓度等真直度、平面度、真圓度等) )。 (3)(3)表面表面精度精度( (粗糙度及表面起伏等粗糙度及表面起伏等) ) 。尺寸精度及形狀精度尺寸精度及形狀精度，為，為巨觀巨觀形狀精度形狀精度，主要受，主要受限於工作母機的運動精度或彈性變形、熱變形。限於工作母機的運動精度或彈性變形、熱變形。表面精度表面精度為為微觀微觀形狀精度形狀精度，主要受限於刀具刀尖，主要受限於刀具刀尖的形狀、磨耗、熔著。的形狀、磨耗、熔著。 影響加工面精密度的幾個因素影響加工面精密度的幾個因素.1工作母機的運動精度工作母機

48、的運動精度.2工作物及刀具的夾持狀態工作物及刀具的夾持狀態.3切削阻力造成的變形及振動切削阻力造成的變形及振動2.9.4 2.9.4 熱變形及變位熱變形及變位.5刀具磨損刀具磨損.6刀瘤刀瘤2.9.7 2.9.7 殘留應力造成的工作物變形殘留應力造成的工作物變形2.10 2.10 各種工作母機的精密機械加工原理各種工作母機的精密機械加工原理要達到精密機械加工，必須因應要達到精密機械加工，必須因應工作母機工作母機構造構造或或刀具形狀刀具形狀等問題。等問題。以下要介紹以下要介紹幾個工作母機幾個工作母機及及加工目的加工目的之精之精密加工

49、原理。在密加工原理。在加工現場發生的各種問題加工現場發生的各種問題，與許多因素有關。與許多因素有關。2.lO.1 2.lO.1 車削加工車削加工1.1.抑制切削阻力造成的工作物變形：抑制切削阻力造成的工作物變形：車床以夾頭夾住工作物一端，故切削遠離車床以夾頭夾住工作物一端，故切削遠離夾頭的部份，則由於切削阻力的背分力，夾頭的部份，則由於切削阻力的背分力，而使工作物產生而使工作物產生彎曲變形彎曲變形。特別是在切削細長工作物時，如圖特別是在切削細長工作物時，如圖 2.522.52，使用扶架一邊使變形消失一邊切削，在切使用扶架一邊使變形消失一邊切削，在切削加工中，調整防止偏擺的襯墊，調整要削加工中，

50、調整防止偏擺的襯墊，調整要完成的尺寸，故要有較好的熟練度。完成的尺寸，故要有較好的熟練度。調整切削阻力的方向，做為抑制工作物變形調整切削阻力的方向，做為抑制工作物變形的對策是有效的。切削阻力的方向，與由斜的對策是有效的。切削阻力的方向，與由斜面排出的切屑方向一致，故熟練的技術人員面排出的切屑方向一致，故熟練的技術人員一邊看切屑排出的方向，一邊使工作物變形一邊看切屑排出的方向，一邊使工作物變形最小的條件來切削。最小的條件來切削。 圖圖2.532.53 使用使用負前進角負前進角、正前斜角正前斜角的車刀，的車刀，可使切削阻力的背分力變小，進給分力變大。可使切削阻力的背分力變小，進給分力變大。車床主軸的軸向推力較小時，可能會有其他車床主軸的軸向推力較小時，可能會有其他的問題產生，但是可使工作物徑向的變形變的問題產生，但是可使工作物徑向的變形變小。小。2.2.抑制調整車刀刀尖高度造成的變形抑制調整車刀刀尖高度造成的變形將車刀安裝在車床刀座上時，要調整到車刀將車刀安裝在車床刀座上時，要調整到車刀刀尖高度，大約與主軸中心的高度一致刀尖高度，大約與主軸中心的高度一致 ( (圖圖2.54(b)2.54(b)。(a)(a)車刀中心車刀中心過高過高。(b)(b)主軸與車刀中心高度主軸與車刀中心高度一致一致。(c)(c)車刀中心車刀中心