加工中心刀具知识

1、加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 銑削、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

2、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、 b、球刀球刀 c、圓鼻刀圓鼻刀 、依刀具結構區分、依刀具結構區分- - a、捨棄式刀具捨棄式刀具 b、整體式刀具整體式刀具 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 、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 M

3、ill b、球刀、球刀Ball-nose Cutter c、圓鼻刀、圓鼻刀Toroidal Cutter 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

4、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=0 D 端銑刀端銑刀 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

5、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 D R D=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。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

6、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

7、 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Vc a b c d 1 2 3 a、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 二、刀具損耗二、刀具損耗 a b c 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

8、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。 a b c 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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工範例。 粗加工粗加工 精加工精加工 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 圓鼻刀圓鼻刀 D R D2R 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

9、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

10、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 a b c d 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。所以使 用圓鼻刀加工時當然可以維持刀

11、刃是在切削的狀態，加工面的品質當然就 會穩定。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 、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： 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 捨 棄 式 刀 具捨 棄 式 刀 具 此種形式刀具，顧名思義，

12、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

13、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

14、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

15、 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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 a

16、lloys 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 First triple-coated Grades 加工時間加工時間min 年代年代 100 26 15 6 3 1.5 1 0.7 1900 ,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

17、4倍的加 工時間。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 高速鋼高速鋼 High-Speed Steel 1900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

18、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

19、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 ） 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

20、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

21、。 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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 適合重切削量及適合重切削量及 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 級 級 K01 K03 K10 K20

22、K30 K40 M01 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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

23、以 開發出TiC與Ni的燒結合金，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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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：以型：以

24、氧化鋁氧化鋁(Al 2O3 ) 為主為主 A1 = 純的氧化鋁純的氧化鋁 A2 = 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：以型：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

25、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

26、，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 HC1 NTK C1 NTK 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/min 200400 m/min 100300 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

27、、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

28、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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) 02004006008001000 100 200 300 400 500 600 700 800 1500 1600 1700 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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 鍍層鍍層 一般刀具的鍍層厚度在25m，鍍層應有以下的特點以符合需求： a、在溫度不斷

29、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具

30、知识 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 2O3 TiN、TiCN、Ti

31、C、TiAlN、Al 2O3 TiN、TiCN、TiC、TiAlN、Al 2O3 TiN、TiCN、TiAlN、Al 2O3 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 PVD Plasma-CVD PVD Plasma-CVD & PVD PVD 製程溫度製程溫度 450 450450500 450 鍍層厚度鍍

32、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 600 600 400 850 800 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

33、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 、油壓式、油壓式 、牙固式、牙固式 、熱

34、縮式、熱縮式 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

35、 Tolerance 雖然比側固 式佳，但是因為筒夾品質的關係仍有將近0.02mm的誤差。 銑刀銑刀 筒夾筒夾 刀把刀把 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 牙固式牙固式 Screw Type 利

36、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 T

37、olerance 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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 比較比較 1、刀具同心度偏擺刀具同心度偏擺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

38、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 的銑刀而又可以維持相當的剛 性，如右下圖。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

39、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

40、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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Relief 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。

41、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 螺旋角螺旋角Helix Angle FH FVF 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。當螺旋角越小時，水平分 力FH會變大，造成切削時刀具

42、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，當刀具在高速旋轉時這是非常危險的。常見的螺旋角有30、38、 45、60。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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 Breaker。 其目的為使切屑能夠急速捲曲，藉捲曲的應力迫使切

43、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。 適中適中太大太大太小太小 排屑槽之寬度排屑槽之寬度 排屑槽之構

44、造排屑槽之構造 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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。 加

45、工中心刀具知识加工中心刀具知识 刀刃數目刀刃數目 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。 加工中心刀具知识加工

46、中心刀具知识 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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 金屬切屑的基本形成步驟金屬切屑的基本形成步驟 ab cd 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

47、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

48、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 切 屑 之 形 式切 屑 之 形 式 一般切屑的基本形式有不連續切屑、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

49、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 斷裂形斷裂形 剝裂形剝裂形 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

50、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。 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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

51、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 加工中心刀具知识加工中心刀具知识 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