刀具教育导览

1、銑刀種類銑刀種類 銑削為各種切削方式中變化最大，用途最廣的切削方式。所以無論是槽孔、凹切、平面以至於各種造型之面皆可加工，而且經由銑削加工可獲得表面光度極佳與精準之尺寸。銑刀是一種多刃口的圓形刀具，銑削的原理為應用銑刀之多刃旋轉產生切削作用，所以雖然刀具切入工件甚深，但每一切刃之切削量並不大，因此每一切刃之切削厚度仍可維持很薄，所得之加工面亦佳，且刀具壽命能維持甚久。切削效率佳，用途廣泛，所以銑刀在目前金屬加工中佔有極高之份量。 由於銑刀在目前的切削加工中，幾乎可取代大部分之傳統切削刀具，故無論在銑刀之材料、造型、結構等等之設計製造上，不但種類極為繁多而且複雜。現在僅就下列一般模具銑削加工中常

2、用之銑刀種類作說明介紹。、依幾何形狀區分依幾何形狀區分- a、端銑刀端銑刀 b、球刀球刀 c、圓鼻刀圓鼻刀 、依刀具裝置區分依刀具裝置區分- - a、捨棄式刀具捨棄式刀具 b、整體式刀具整體式刀具 、依幾何形狀區分依幾何形狀區分 在模具銑削加工中，由於模具本身即是有複雜造型之工件，在考慮切削效率、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、端銑刀End Mill b、球刀、球刀Ball-nose Cutter c、圓鼻刀、圓鼻刀Torodia

3、l Cutter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常複雜，適用於各類加工，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於2D形狀的工件，但是應用於3D形狀的模具加工時，就不是那麼的適用。我們就以下原因說明端銑刀應用於模具加工時所發生的問題：一、如右圖框框所指出的區域，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，那麼銑刀壽命也就隨之完結。所以端銑刀的壽命不甚穩定。二、在銑削2D形狀的工件時，由於與工件接觸的區域為外緣與底面，所以不論是刀間距或是切削深度都可以使

4、用極有效率的數值。反之如果用於銑削3D形狀的模具時，你可以發現與工件接觸的區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度，因此加工效率降低。R=0D端銑刀端銑刀所以在模具加工中，端銑刀一般會被用來加工模具中的2D區域，如：垂直面以及水平面或是模具中尖角的區域會用端銑刀將之加工出來。而在傳統方式的模具加工中，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範例。輪廓加工輪廓加工銑削垂直壁銑削垂直壁銑削溝槽銑削溝槽銑削袋形工件銑削袋形工件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的頻繁，尤其是在銑削3D的模具時，球刀更是不可缺少的工具

5、。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強壯，不易崩壞；換句話說，球刀的壽命會比端銑刀更為穩定。除此之外，球刀與工件接觸的區域為R角的刀刃，因此在精加工時刀間距可用更大的數值，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，當刀刃材質比被切削材硬而且切削速度達到時，被切削

6、材與刀刃接觸的區域就會被移除。因此切削速度對於刀具的切削效果非常重要，如果切削速度不夠或太低，那麼刀刃就不是在切削工件，而是在磨工件。為了產生切削速度，所以在車削中就是旋轉工件產生切削速度；在銑削中就是旋轉刀具產生切削速度。左下圖中所顯示的球刀，當在旋轉時，1、2、3點的位置其對應的切削速度均不相同，甚至2這一點的切削速度幾乎等於0。因此球刀的缺點就是切削速度不穩定。以右下圖範例來說，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、切削速度一、切削速度Vcabcd123a、c兩點時其切削速度穩定，所 以此區域為刀刃在切削工件，可 以得到良好之加

7、工面。而在b、d 兩點時會因切削速度太低甚至沒有 切削速度導致刀刃在磨擦工件，加工 面品質當然會大受影響。二、刀具損耗二、刀具損耗abc球刀在銑削較平坦的區域時，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。當整個工件這類的區域範圍很大時，球刀底部除了切削速度低外，底部的刀刃也會很快的磨損，兩側的刀刃其實並沒有用到，所以加工面不僅品質低落而且因為刀具損耗的關係，加工面的精度也會受到影響。abc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，但不適合用於銑削較平坦之區域，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

8、工範例。粗加工粗加工精加工精加工圓鼻刀圓鼻刀DRDR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點，所以刀間距也可以可用更大的數值。因此圓鼻刀不論是用於粗加工以至於精加工，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，切削速度而

9、有非常大的變化，所以加工面品質不穩定。圓鼻刀雖然也有這樣的情形，不過它的切削速度的變化並不像球刀那樣有極大的變化。因此使用圓鼻刀加工的工件，品質當然穩定。以下說明圓鼻刀切削速度穩定的原因。abcd 切削速度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。不管刀刃與工件怎麼接觸，刀刃的接觸區域都會落在左下圖中所顯示的、兩個區域。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0，但是圓鼻刀能保持一定的切削速度。所

10、以使用圓鼻刀加工時當然可以維持刀刃是在切削的狀態，加工面的品質當然就會穩定。左下圖為使用圓鼻刀進行粗加工，用圓鼻刀粗加工的好處為其水平刀間距可以使用的很大，所以粗加工效率遠比球刀來的好；而右下圖則為用圓鼻刀精加工，圓鼻刀的優點就是切削速度變化穩定，所以你可以看到在精加工後工件的表面呈現出金屬在被切削後的光亮。、依刀具裝置區分依刀具裝置區分一、捨棄式刀具一、捨棄式刀具二、整體式刀具二、整體式刀具一般就銑刀的使用方式可將其區分為下列兩種形式的銑刀：捨 棄 式 刀 具捨 棄 式 刀 具此種形式刀具，顧名思義，即銑刀之刀刃部分為可更換的設計。通常在設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

11、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計。刀片部分則有許多形狀，材質等變化。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後，刀片即拋棄而不重磨，只需更換新的刀片。所以刀具成本、使用彈性為其優點。下列圖示為捨棄式刀具。捨棄式圓鼻刀捨棄式圓鼻刀捨棄式球刀捨棄式球刀整體式刀具整體式刀具整體式刀具為刀刃與刀體為一體的設計，銑刀上之刀刃與銑刀身皆由同一材料所製成，所以在精度以及刀刃的強度上整體式刀具會比捨棄式刀具來的高，但是相對的製作刀具的材料成本就會提高，而且刀刃在磨耗後需再重新研磨才可再使用。另外因為考慮刀刃的強度以及製作上

12、的難度，在製作10mm以下的捨棄式刀具極為不易，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。圓鼻刀圓鼻刀球刀球刀端銑刀端銑刀刀 具 材 質刀 具 材 質 & & 鍍 層鍍 層、刀具材質刀具材質- - 近代機製生產能力不斷的大幅提高，尤其在大量生產的工作要求下，從事於大量且高速的切削工作。為發揮高性能工作母機應有之生產工作效能，則切削刀具尤須密切的配合。為了發揮刀具之切削能力，故刀具材料需有顯著之進展與改良，目前使用之各種刀具材料均有其特性以適應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製造費用須最低、具有高溫之抵抗軟化的能力、低的摩擦係數、較高的抵抗磨耗性質，導熱

13、性良好、充分的韌性以及耐衝擊性等等，一般使用的刀具材料有下列幾種：高速鋼高速鋼、燒結式碳化物燒結式碳化物 Carbides 、瓷金工具瓷金工具Cermet 陶瓷刀具陶瓷刀具Ceramics、CBN刀具刀具、鍍層鍍層- -由於工程材料不斷持續的發展，在1960年之後，陸續開發出新一代的合金材料。這些新材料不僅有高強度，而且具有高磨損性甚至有極高的化學性質，在切削時會與切削刀具產生化學作用造成侵蝕現象。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。在因應如此嚴格的需求下，發展出刀具材料再加上鍍層保護。具有鍍層保護的刀具其壽命將近是一般沒有鍍

14、層刀具的10倍，常見的刀具鍍層有下列幾種： uncoated 未鍍層未鍍層、TiN 氮化鈦氮化鈦、TiCN 氮碳化鈦氮碳化鈦 TiAlN 氮鋁鈦氮鋁鈦、Al2O3 氧化鋁氧化鋁刀具材料刀具材料& &鍍層與加工時間鍍層與加工時間碳鋼碳鋼 Carbon Steel高速鋼高速鋼 HSS鑄造合金鑄造合金 Cast cobalt-base alloys超硬合金超硬合金 Cemented Carbides新超硬合金新超硬合金 Improved Carbide Grades 鍍層鍍層 First coated Grades 雙鍍層雙鍍層 First double-coated Grades 複合鍍層複合鍍層

15、 First triple-coated Grades加工時間加工時間min年代年代1002615631.510.71900,10,20,30,40,50,60,70,80左邊的圖表顯示出自1900年後至今，由於刀具技術的發展使得切削時間縮短了100倍。而在1960年之後，因為鍍層刀具的出現，縮短了4倍的加工時間。高速鋼高速鋼High-Speed Steel1900年發展成功之切削刀具材料為切削工具鋼之一種，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高的硬度，經熱處理後其硬度可高達HRc 68。做為切削工具在高速切削時其刀鋒即使被加熱至500600也不會產生回火軟化，仍能保

16、持其硬度之性質，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系高速鋼： 1、鎢W系高速鋼- 係為鋼基中含有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 %後，再加入4.57 %鉬的合金鋼，具有良好之韌性及耐衝擊性。適合於製造強力之切削、耐磨刀具，如銑刀、螺絲攻等。燒 結 式 硬 質 合 金燒 結 式 硬 質 合 金在鋼的麻田散鐵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

17、點的方法為使碳化物的量增加。可能的話，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，無法以熔解法來製造。所以必須利用燒結法燒結法(sintering)來固著碳化物，利用燒結方式產生的工具材料中有：碳化物超硬合金碳化物超硬合金（Carbides）瓷金工具瓷金工具（Cermet Tools）陶瓷工具陶瓷工具（Ceramic Tools） 多晶鑽石刀具多晶鑽石刀具（ CBN ）碳化物超硬合金碳化物超硬合金Sintered Hard Carbides以碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC 等粉末以適當比例之鈷Co金屬粉末，壓成適當形狀之壓塊，經過半燒結後以增加其強度，然後修整成正確之形狀

18、之尺寸，然後以鈷粉為粘結劑再於1500 燒結完成。燒結後硬度大增，約為HRa 9092。碳化物超硬合金比高速鋼具有更高的高溫硬度，溫度即使於1200 也不會損害其刀刃之性質，而且抗壓強度大、耐磨耗性佳，其切削效率約為高速鋼之三倍。故此合金被廣泛使用於鋼的切削用途上，一般碳化物材料之使用上可分為下類幾種： 碳化鎢加鈷粉製造而成，密度大、耐磨耗高、又稱為普通碳化物。但是因為其韌性低，不宜用於切削性不良之材料，適用於切削鑄鐵、非鐵金屬以及硬化鋼。 碳化鎢加碳化鈦及鈷粉製成，密度較小、耐磨耗，又稱為鈦碳化物，適用於一般材料、鋼材之切削。 碳化鎢加碳化鈦、碳化鉭及鈷粉製造而成，密度與K級相同。其性質介於

19、P、K級碳化物之間，具有相當之強度及韌性，又稱為鉭碳化物。適用於切削不銹鋼、合金鋼、延性鑄鋼等抗拉強度大而難以切削的材料。 K級碳化物級碳化物 P級碳化物級碳化物M級碳化物級碳化物ISO分類分類-碳化物系列碳化物系列主 要 類 別主 要 類 別P顏色：藍色顏色：藍色適合重切削量適合重切削量 M顏色：黃色顏色：黃色適合適合重切削量及重切削量及韌性強而難以切韌性強而難以切削的材料削的材料K 顏色：紅色顏色：紅色適合微量切削與適合微量切削與精加工精加工 適 用 切 削 材 料適 用 切 削 材 料鋼鋼鑄鐵鑄鐵4 4系列不銹鋼系列不銹鋼鑄鐵鑄鐵耐熱鋼耐熱鋼錳鋼錳鋼鎳合金鎳合金3系列不銹鋼系列不銹鋼等等

20、 級級 K01 K03 K10 K20 K30 K40M01 M10 M20 M30 M40耐磨耗性耐磨耗性 韌性韌性 P01 P10 P20 P30 P40 P50切削速度增高切削速度增高耐磨耗性增大耐磨耗性增大切削速度增高切削速度增高耐磨耗性增大耐磨耗性增大切削速度增高切削速度增高耐磨耗性增大耐磨耗性增大韌性增大韌性增大 切削量增大切削量增大韌性增大韌性增大 切削量增大切削量增大韌性增大韌性增大 切削量增大切削量增大硬化鋼硬化鋼鑄鐵鑄鐵非鐵金屬非鐵金屬瓷金工具瓷金工具Cermet Tools碳化矽TiC具有良好的高溫硬度、高溫耐氧化性、耐凹蝕性Crater，所以開發出TiC與Ni的燒結合金

21、，稱之為瓷金工具。為介於碳化物合金與陶瓷工具之間的工具材料。 材質: 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 金屬結合劑: Ni / Co（Nickel / Cobalt）鎳/鈷 瓷金工具的優點瓷金工具的優點：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陶瓷工具陶瓷工具Ceramic Tools陶瓷工具可分為兩種基本類型： A型& B型 A型型：以以氧化鋁氧化鋁(Al 2O3 ) 為主為主 A1 = 純的氧化鋁純的氧化鋁 A

22、2 = 添加添加20 40的碳化鈦的碳化鈦(TiC)和氮化鈦和氮化鈦(TiN)來加以混和來加以混和A3 = 增加碳化矽晶體的含量增加碳化矽晶體的含量 B型型：以以氮化矽氮化矽(Si3N4 )為主為主以氧化鋁（Al 2O3）為主體，而類似於陶瓷器的材料。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以上加以燒結製成。與前述瓷金工具不同的是燒結時不使用結合劑。MgO、SiO2的添加物是為了保持Al 2O3粒子的細微，而且使密度增加。在高溫時具有極大的硬度及強度，此為其特徵。所以可比WC系超硬合金在更高的速度進行切削，而且在切削時可以不

23、需要使用切削劑。但是因為陶瓷工具比WC系合金更脆而缺乏耐衝擊性，所以僅做為最後精加工或半最後加工用的切削工具。以氮化矽(Si3N4 )為主體，氮化物系陶瓷中之氮化矽(Si3N4 )因其熱衝擊抵抗大，機械強度可維持到高溫，另外亦有優良的耐氧化性及耐蝕性所以適合高溫機械零件與切削工具等。近年來已成為最重要的機械零件用新陶瓷。 A型型B型型陶瓷刀具的選用陶瓷刀具的選用陶瓷刀具又稱為氧化刀具，硬度極高，可達到HRa 94。陶瓷的耐熱性可達到1200，有極高之抗壓強度，不過脆性太大所以強度不高，因此切削量不能太大，故適合最後精加工或半最後加工用之切削工具或是其他高度耐磨之非金屬。NTK HC1NTK C

24、1NTK HC2分類分類 性質性質鋼鋼鑄鐵鑄鐵鑄鋼鑄鋼鋼鋼 淬火鋼淬火鋼鑄鐵鑄鐵鑄鋼鑄鋼鋼鋼鑄鐵鑄鐵鑄鋼鑄鋼適用切削材料適用切削材料200500 m/min200400 m/min100300 m/min切 削 速 度切 削 速 度震動較小之作業震動較小之作業 尺寸精密之加工尺寸精密之加工震動較小之作業震動較小之作業不適合粗加工不適合粗加工比比C1、HC1更耐更耐震動之切削，適震動之切削，適合中、細切削合中、細切削工 作 條 件工 作 條 件韌性增大韌性增大耐磨耗性增大耐磨耗性增大多晶鑽石刀具多晶鑽石刀具 CBN 在以氮化物做為切削刀具中，除了氮化矽Si3N4以外，尚有氮化硼BN與氮化鋁AlN

25、皆為燒結體，其性質皆為硬度極高、抗熱性佳。尤其是以BN為立方晶結構的立方晶氮化硼CBN具代表性。立方晶結構的氮化硼使它成為僅次於鑽石（Diamond）之後最硬的材料。用此類材料所作成的切削工具，其承受溫度可達到2000，但是與陶瓷刀具一樣，因為脆性太大所以強度不高，因此切削量不能太大，故只適合最後精加工用之切削工具或適用於超過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，在普通工具機之速度下是不足以產生足夠之切削速度來配合。 各種工具材料的高溫硬度各種工具材料的高溫硬度溫度溫度()硬度硬度(Hb)02004006

26、008001000100200300400500600700800150016001700碳化物超硬合金碳化物超硬合金碳工具鋼碳工具鋼高速鋼高速鋼鑄造合金鑄造合金 鍍層鍍層一般刀具的鍍層厚度在510 m，鍍層應有以下的特點以符合需求： a、在溫度不斷的提昇下，仍能保持相當的硬度。、在溫度不斷的提昇下，仍能保持相當的硬度。 b、穩定的化學性質並且不會與工件的材料發生作用。、穩定的化學性質並且不會與工件的材料發生作用。 c、熱傳導性低。、熱傳導性低。 d、與刀具材質的結合性良好、不會發生剝落或裂開。、與刀具材質的結合性良好、不會發生剝落或裂開。 e、多孔性低，最好不會產生孔洞。、多孔性低，最好不會

27、產生孔洞。鍍層的好處可以強化刀具材料的硬度、韌性以及熱傳導性。具有鍍層保護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，可以用於一般的切削速度，或於老舊機台使用較低的速度，亦可重新研磨或修改再使用。鍍層技術鍍層技術鍍層的產生為使用汽化沉澱法製作，通常所使用的有兩種方法-化學汽化沈澱法CVD以及物理汽化沈澱法PVD。汽化沉澱法可有效的控制其成分組成、厚度以及多孔性。製程方式製程方式 HT-CVD高溫高溫- -化學汽化沈澱法化學汽化沈澱法 MT-CVD中溫中溫- -化學汽化沈澱法化學汽化沈澱法 Plasma-CVD電漿電漿- -化學汽化沈澱法化學汽化沈澱法 PVD物理汽化沈澱法物理汽

28、化沈澱法 製程溫度範圍製程溫度範圍 950-1000 700-900 400-600 400-600 適用鍍層種類適用鍍層種類 TiN、TiCN、TiC、Al 2O3TiN、TiCN、TiC、TiAlN、Al 2O3TiN、TiCN、TiC、TiAlN、Al 2O3TiN、TiCN、TiAlN、Al 2O3鍍層特色鍍層特色鍍鍍 層層 TiN TiC TiCN Al 2O3 TiAlN 顏色顏色 金色金色 灰色灰色 黑紫色黑紫色 黑色黑色 表面硬度表面硬度HV 0.05 2.300-2.700 2.800-3.000 2.800-3.000 3.700 3.000-3.600 鍍層技術鍍層技術

29、PVD Plasma-CVD PVD Plasma-CVD & PVD PVD 製程溫度製程溫度 450 450450500 450鍍層厚度鍍層厚度 2-5 2-5 2-5 4-6 2-5 於切削加工於切削加工時所能承受時所能承受之最高溫度之最高溫度黑紫色黑紫色 450 600 600 850 850 氮氮- -鋁鋁- -鈦（鈦（TiAlN）鍍層的優點）鍍層的優點 TiAlN鍍層結構鍍層結構氧化鋁氧化鋁 （Al 2O3）氮氮- -鋁鋁- -鈦鈦 （TiAlN）基體基體 （Substrate）為在基體上度上一層氮-鋁-鈦的鍍層。使用這樣的材料當作切削工具時，由於溫度升高，鍍層中的鋁會被釋放出來並

30、且與氧結合產生氧化鋁（Al 2O3）而披覆在切削工具外面形成一層薄膜。由於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度以及硬度，如同陶瓷工具一樣可在更高的速度切削。 特性特性刀具挾持刀具挾持銑刀之形式、種類甚為繁多，故銑刀挾持方式亦視銑刀之形式、種類等之不同而異。銑刀之挾持是否適合與正確，所直接影響的就是銑削的過程與結果，諸如工作之精度、銑刀之壽命等。銑刀挾持的精準度可與量具的精準度相比，故應重視及了解其正確之使用，以期能精準的將銑刀裝於機台上從事銑削工作。銑刀之挾持方式大致上可分為下列幾種：、側固式、側固式 、筒夾式、筒夾式 、

31、油壓式、油壓式 、牙固式、牙固式 、熱縮式、熱縮式側固式側固式 Weldon具有極高之挾持力，故常用於重切削之場合，適用於傳統加工方式或傳統機台之粗重切削。不過缺點為挾持精準度低，挾持後之刀具同心度偏擺Run Out of Tolerance極高，所以不適用於精加工或高速加工之銑削。銑刀銑刀刀把刀把筒夾式筒夾式 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範圍，所以從經濟上考量是不錯的選擇。不過正因為如此的設計，所以其挾持力不高，不適合做重切削，而且挾持後之刀具同心度偏擺 Run Out of Tolerance 雖然比側固式佳，但是因為筒夾品質

32、的關係仍有將近0.02mm的誤差。銑刀銑刀筒夾筒夾刀把刀把油壓式油壓式 Hydraulic Type此挾持方式利用加壓液體所產生之力量以挾持銑刀，由於液體具有流動之特性，能均勻與刀具接觸產生緊密之接合，所以挾持力高而且挾持後之刀具同心度偏擺 Run Out of Tolerance誤差甚小，在0.01mm以內。不過由於構造複雜，所以價格昂貴，此外其液壓系統甚為脆弱在使用時需格外小心使用避免損壞。銑刀銑刀刀把刀把牙固式牙固式 Screw Type利用鎖牙的方式將銑刀以及刀把作結合，使用者只需要針對螺牙的大小就可更換銑刀的種類以及適合的大小。由於是用鎖牙的方式來固定銑刀，所以挾持極為穩固，相當適合

33、用於粗加工，此外其刀具同心度偏擺Run Out of Tolerance誤差與筒夾式相當，也適合用於精加工。 熱縮式熱縮式 Heat-Shrinking利用熱脹冷縮的原理將銑刀及刀把作緊密的結合。使用時須將刀把挾持銑刀的部位加熱使之張開，然後趁張開的同時將銑刀放入，待冷卻後其收縮並固定銑刀。此挾持方式所產生之挾持力量非常高可使刀把及銑刀整體的剛性更加穩固之外，其刀具同心度偏擺 Run Out of Tolerance 誤差更可達到0.005mm，因此不僅適用於粗加工，用於精加工更是最佳的選擇。刀把刀把銑刀銑刀熱縮口熱縮口比較比較1、刀具同心度偏擺刀具同心度偏擺Run Out of Tolera

34、nce： 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：、刀把干涉： 以一般的加工經驗法則來說，銑刀的伸長量L大於銑刀直徑D的5倍時，也就是說L5D，這時切削所產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大於銑刀，如果在加工較深的區域時，為了防止刀把 碰撞工件，勢必得將銑刀伸出 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，那麼就不用伸出太長 的

35、銑刀而又可以維持相當的剛 性，如右下圖。刀具幾何刀具幾何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予以固定，以使刀具施力時能切入工件。這些要件滿足後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果。選擇適當的刀具幾何可以增加刀具的壽命、維持加工精度、減少切削之動力等等。常見之刀具相關幾何如下： 、刀具刃角刀具刃角 、排屑槽排屑槽 、過中心、未過中心刀具過中心、未過中心刀具 、刀刃數目刀刃數目刀具刃角刀具刃角斜角的改變可由正值變化到負值，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

36、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，故刀口較脆弱易於磨耗或崩裂。負斜角則反之具有較強之切刃，刀口強度較大適合切削高強度的材料。斜角斜角Rake Angle刀具刀具刀具刀具刀具刀具工件工件工件工件工件工件切屑切屑切屑切屑切屑切屑正斜角正斜角零斜角零斜角負斜角負斜角又稱之為離隙角，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生麼擦或物理現象之干擾現象，如下圖。小的間隙角給予切刃有較大的支撐，一般用於有高強度機械性質的工件材料。大的間隙角可使刀刃尖銳，但刀口強度減低，易於磨耗或崩裂，適合較軟或低強度的工件材料。間隙角間隙角Relie

37、f Angle較小之間隙角具較小之間隙角具有較強之切刃。有較強之切刃。零或負的間隙角零或負的間隙角會使刀腹在工件會使刀腹在工件表面上拖滯而阻表面上拖滯而阻止刀具之切入。止刀具之切入。較大間隙角之切較大間隙角之切刃會較尖銳但是刃會較尖銳但是脆弱。脆弱。螺旋角螺旋角Helix AngleFHFVF左旋切削及左旋切削及 左螺旋角銑刀左螺旋角銑刀右旋切削及右旋切削及 右螺旋角銑刀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。在切削時當刃刃進入工件時，如右下圖切削力 F 會瞬間增至最大，當刀刃離開工件時，切削力急速降低，此為造成切削時發生震動的原因。螺旋角此時的作用可避免切削力過於

38、集中某個方向，讓切削力分散於其他兩個方向-水平分力FH以及垂直分力FV。當螺旋角越大時，水平分力FH會變大，造成切削時刀具擺動；螺旋角越小時，垂直分力FV會變大，在切削時當挾持刀具的力量不夠時，刀具會從刀把中脫離，在高速旋轉時是非常危險的。常見的螺旋角有30、38、45、60。排屑槽排屑槽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並且排出至其他地方。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。為達到此要求，一般會在刀頂面上作一種設計，能夠自動限制切屑長度的機構稱之為排屑槽或斷屑槽Chip Bre

39、aker。其目的為使切屑能夠急速捲曲，藉捲曲的應力迫使切屑斷裂。一般的排屑槽設計如右下： 槽寬槽寬W：使產生切屑時形成捲曲，若槽寬太大，則捲曲半徑較大，產生的捲曲應力不足以 折斷切屑；若太小，則反之，產生之應力過大時，易使切刃崩裂。 槽深槽深H：影響切屑流出的穩定性，若太深則切屑流向槽肩時之捲曲所需的力量較大，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。 槽肩槽肩R：為切屑由斷屑槽捲起作用之部位，關係捲起時之順暢與否，直接影響捲曲力之大小，若半徑太大則切屑易滑上，捲曲應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，將產生極大的擠壓應力。適中適中太大太

40、大太小太小排屑槽之寬度排屑槽之寬度排屑槽之構造排屑槽之構造過中心、未過中心刀具過中心過中心未過中心未過中心無刀刃區域無刀刃區域捨棄式圓鼻刀在製作時，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無刀刃區域，也就是說這個區域無切削能力，如左下圖。當碰到在加工孔或凹槽形狀的工件時，這時會發生右下圖的加工問題。雖然刀具的大小可以進入這些區域，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餘料，隨著越往深處加工，此餘料的高度會增加，最後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，因此又稱鑽孔刀具。刀刃數目刀刃數

41、目銑刀的刀刃數目與切削效果的關係會受工件材料，銑刀形狀以及加工面光度等等之影響而異，刃數較多之銑刀，因有較多之切刃產生切削作用，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，且刀刃之強度會較弱。所以一般粗切削，高進給，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、增大刀刃，不僅能加大切屑空間，亦可增大刀刃之強度，而且銑刀之再研磨次數與壽命也可增加。因此考慮加工方法時，重及粗切削宜選用刃數少、粗齒之銑刀；細及精加工宜選擇刃數多、較細齒之銑刀。切削概論切削概論切屑之形成切屑之形成- 切屑的產生，一般而言是由於刀具之施力作用在被切削

42、材上產生了剪力，剪切作用使刀具切刃前之金屬的材料組織產生變形。材料組織會以變形的金屬層型態沿著刀面向上滑動，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。因為材料受剪力產生塑性變性，因此所產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。切屑的形成切屑的形成工件工件切屑切屑刀刃刀刃金屬切屑的基本形成步驟金屬切屑的基本形成步驟abcd下圖為切屑形成的連續步驟，a圖中為刀刃在切削時開始接觸工件。當切削力繼續施與時如b圖所示，工件材料受力產生內部組織變化。切削力繼續施與時，則切削狀態繼續進行如c圖所示，切削力克服材料之阻抗，而使材料內部結晶開始發生塑性

43、流動變形。切削 再進行時，無論材料 之斷裂或塑性流動都 是沿著和刀面垂直的 方向發生的，因而產 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 續無限制的循環所產 生。下圖為刀具切削之基本機構- 1、刀面、刀面Face：在切削過程中，切屑流出所經過的刀具表面稱之為刀面。 2、刀腹、刀腹Flank：切削時，當刀刃切入工件中時，為避免工件表面與刀具產生磨擦干擾而加以研磨成刀具表面稱之為刀腹。 3、刃口、刃口Cutting Edge：刀面與刀腹之交接處，於切削工作中首先與工件接觸之部位稱之為刃口刀具切削之基本機構刀具切削之基本機構切 屑 之 形 式切 屑 之 形 式一般切屑的基本

44、形式有不連續切屑、連續切屑和黏附切刃的連續切屑等三種。 1、不連續切屑、不連續切屑： 切削時產生不連續切屑的情況，通常會發生於機械性質不佳或脆性的材料時，因材料本身之組織變形量很小，工件受切削之力後，切屑沿著剪切面作週期性的破裂，換言之即切屑的產生不穩定。切削時產生此種切屑之情況下一般而言工件表面還是相當粗糙的，不連續切屑之形成大致有下列幾種條件： a、脆性較高之工件材料。、脆性較高之工件材料。 b、切削刀具之斜角較小時。、切削刀具之斜角較小時。 c、切削速度較低時。、切削速度較低時。 d、切削量大，切屑較厚。、切削量大，切屑較厚。不連續切削的不連續切削的各種切削型態各種切削型態剪斷形剪斷形斷

45、裂形斷裂形剝裂形剝裂形2、連續切屑連續切屑切削時以連續切屑之型態產生如右下圖所示，通常均於延性及塑性流動較高之材料。材料受切削之力後，工件內部組織由於滑動和熔接之作用，使工件材料內部組織能產生連續的塑性流動而平順的依刀面滑出。切削時所產生之切屑一般均利用刀刃上之斷屑槽處理之。切削所產生之連續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。產生連續切屑的條件大致有下列幾項： a、工件材質延展性較高。、工件材質延展性較高。 b、刀具後斜角較大或刀刃較銳利。刀具後斜角較大或刀刃較銳利。 c、切削量較小，切屑較薄。、切削量較小，切屑較薄。 d、切削速度高、切削速度高 e、選

46、用適當之切削劑、選用適當之切削劑 f、刀具材質摩擦係數低，刀面平滑。、刀具材質摩擦係數低，刀面平滑。黏附切刃的連續切屑黏附切刃的連續切屑 Built-Up Edge chipBUE切削時黏附切刃的連續切屑之產生，一般均由於切削延性材料時切削速度太低、延性材料較粘著，容易附著於刀面及刀腹上，因高壓力及摩擦使切削溫度急增，使細微切屑慢慢堆積在刀尖上，如左下圖所示。因為切削時細微切屑慢慢堆積於刀口，形成切刃狀。當繼續進行切削時，積層增大最後最後脫離刀口斷落。在切削中積層以形成成長分裂脫落，重覆進行，如右下圖所示。故刀口因積層而不能達到正常切削狀態，且積層脫落時會將刀口部分扯裂，以致於刀具受到損害，刀

47、具壽命降低。此外因為刀刃不能發揮正常之切削，且積層脫落時又粘附於已加工之工件表面，致使加工面極為粗糙，為三種切屑形式中最差者。欲減少此現象發生，可使用以潤滑為主的切削劑、將切削速度提高或使用低摩擦係數之刀具材料。積層循環步驟積層循環步驟切削劑切削劑在任何切削施行中，切屑、工件與刀具間產生甚大之壓力，因為摩擦之關係，溫度會急劇上升。若壓力及溫度甚高時，不但增加了動能之消耗，而且將導致刀具之軟化，進而影響切削過程。為了改進切削效能，故於切削進行中會使用某種固體、液體或氣體等作為切削劑，有時稱之為冷卻劑或切削潤滑劑。使用切削劑其目的不外有下列幾項： 1、減少切屑、刀具及工件間的摩擦阻力。、減少切屑、刀具及工件間的摩擦阻力。 2、減少切屑堆積造成粘附刀刃之形成。、減少切屑堆積造成粘附刀刃之形成。 3、沖除切屑離開工作區。、沖除切屑離開工作區。 4、降低切削溫度。、降低切削溫度。 5、增加刀具壽命。、增加刀具壽命。 6、增進工件之表面光度。、增進工件之表面光度。 除此之外，切削劑必須具備下列幾種性質： 1、不妨礙人體之健康及安全。、不妨礙人