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銑刀的種類與選擇

依銑刀用途可分為三類：

1. 加工平面用頂針
2. 加工溝槽用鎢鋼
3. 加工成形面用銑刀等三大類。

銑刀的特點及其適用範圍

銑刀為多齒回轉刀具，其每一個刀齒都相當於一把車刀固定在銑刀的回轉面上.同時參加切削的切削刃較長,且無空行程,Vc也較高,所以生產率較高。

圓柱銑刀

圓柱銑刀一般都是用高速鋼製成整體的，螺旋形切削刃分佈在圓柱表面上，沒有副切削刃，螺旋形的刀齒切削時是逐漸切入和脫離工件的，所以切削過程較平穩.用於臥式銑床上加工寬度小於銑刀長度的狹長平面。

根據加工要求不同，圓柱銑刀有粗齒、細齒之分，粗齒的容屑槽大，用於粗加工，細齒用於精加工.外徑較大時，常製成鑲齒的。

面銑刀

主切削刃分佈在圓柱或圓錐表面上，端面切削刃為副切削刃，銑刀的軸線垂直於被加工表面.材料可分為高速鋼和硬質合金兩大類，多製成套式鑲齒結構，刀體材料為40Cr。

高速鋼面銑刀按國家標準規定，直徑d=80～250mm，螺旋角β=10°，刀齒數Z=10～26。

硬質合金面銑刀與高速鋼銑刀相比，銑削速度較高、加工表面品質也較好，並可加工帶有硬皮和淬硬層的工件，故得到廣泛應用..合金面銑刀按刀片和刀齒的安裝方式不同，可分為整體式、機夾一銲接式和可轉位式三種。

面銑刀主要用在立式銑床或臥式銑床上加工臺階面和平面，特別適合較大平面的加工，主偏角為90°的面銑刀可銑底部較寬的臺階面..銑刀加工平面，同時參加切削的刀齒較多，又有副切削刃的修光作用，使加工表面粗糙度值小，因此可以用較大的切削用量，生產率較高，應用廣泛。

立銑刀

立銑刀 是數控銑削中最常用的一種銑刀，其結構，圓柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分佈著副切削刃，主切削刃一般為螺旋齒，這樣可以增加切削平穩性，提高加工精度..普通立銑刀端面中心處無切削刃，所以立銑刀工作時不能作軸向進給，端面刃主要用來加工與側面相垂直的底平面。

為了改善 切屑捲曲情況，增大容屑空間，防止切屑堵塞，刀齒數比較少，容屑槽圓弧半徑則較大..粗齒立銑刀齒數Z=3～4，細齒立銑刀齒數Z=5～8，套式結構 Z=10～20，容屑槽圓弧半徑r=2～5mm..銑刀直徑較大時，還可製成不等齒距結構，以增強抗振作用，使切削過程平穩。

標準立銑刀的螺旋角β為40°～45°（粗齒）和30°～35°（細齒），套式結構立銑刀的β為15°～25°。

直徑較小的立銑刀，一般製成帶柄形式..～φ71mm的立銑刀為直柄；φ6～φ63mm的立銑刀為莫氏推柄；φ25～80mm的立銑刀為帶有螺孔的7：24錐柄，螺孔用來拉緊刀具..大幹φ40～φ160mm的立銑刀可做成套式結構。

立銑刀 主要用於加工凹槽，臺階面以及利用靠模加工成形面..有粗齒大螺旋角立銑刀、玉米銑刀、硬質合金波形刃立銑刀等，它們的直徑較大，可以採用大的進給量，生產率很高。

三面刃銑刀

三面刃銑刀，可分為直齒三面刃和錯齒三面刃..要用在臥式銑床上加工臺階面和一端或二端貫穿的淺溝槽..刃銑刀除圓周具有主切削刃外，兩側面也有副切削 刃，從而改善了切削條件，提高了切削效率，減小了表面粗糙度值..磨後寬度尺寸變化較大，鑲齒三面刃銑刀可解決這一個問題。

鋸片銑刀

鋸片銑刀本身很薄 ，只在圓周上有刀齒 ，用於切斷工件和銑窄槽 ，為避免夾刀 ，其厚度由邊緣向中心減薄，使兩側形成副偏角。

鍵槽銑刀

國家標準規定，直柄鍵槽銑刀直徑d=2～22mm，錐柄鍵精銑刀直徑d=14～50mm.銑刀直徑的偏差有e8和d8兩種.銑刀的圓周切削刃僅在靠近端面的一小段長度內發生磨損，重磨時，只需刃磨端面切削刃 ，因此重磨後銑刀直徑不變。

鍵槽銑刀外形與立銑刀相似，不同的是它在圓周上只有兩個螺旋刀齒，其端面刀齒的刀刃延伸至中心，既像立銑刀，又像鑽頭.在銑兩端不通的鍵槽時，可以作適量的軸向進給.要用於加工圓頭封閉鍵槽，使用它加工時，要作多次垂直進給和縱向進給才能完成鍵槽加工。

切削刀具材料

刀具材料 性能的優劣是影響加工表面品質、切削加工效率、刀具壽命的基本因素。切削加工時，直接擔負切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好壞大多取決於構成刀具切削部分的材料、切削部分的幾何參數及刀具結構的選擇和設計是否合理。切削加工生產率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面品質的優劣等，都取決於刀具材料的合理選擇。

具備之性能:

1. 較高的硬度和耐磨性;
2. 足夠的強度和韌度;
3. 較高的耐熱性;
4. 良好的技術性和經濟性。

刀具之材質:

• 碳素工具鋼:
  含碳量較高的優質鋼(含碳量為0.7%～1.2%，如T10A等)，淬火後硬度較高、價廉，但耐熱性較差。
• 合金工具鋼刀具材料:
  在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成 (如 9SiCr等)，可適當減少熱處理變形和提高耐熱性。常用來製造切削速度不高的手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀等，較少用於製造其它刀具。
• 高速鋼刀具材料:
  是含W、Cr、V等合金元素較多的合金工具鋼。普通高速鋼：如W18Cr4V，廣泛地用於製造形狀較為複雜的各種刀具，如麻花鑽、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其它成形刀具等。
• 硬質合金刀具材料:
  是由難熔金屬碳化物(如WC、TiC、 TaC、NbC等)和金屬粘結劑(如Co、Ni等)粉末經粉末冶金的方法製成.硬度高、耐磨性好、耐熱性高，允許的切削速度比高速鋼高數倍，但其強度 和韌度均較高速鋼低，工藝性也不如高速鋼。因此常製成各種型式的刀片，焊接或機械夾固在車刀、刨刀、端銑刀等的刀柄(刀體)上使用。
• 陶瓷或金屬陶瓷刀具材料:
  Al 2O3基和Si3N4基兩類。以氧化鋁或以氮化矽為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結而成的一種刀具材料。有很高的硬度與耐磨性，常溫硬度達 91～95HRC； 有很高的耐熱性，在1200℃高溫下硬度為80HRC；高溫條件下抗彎強度、韌性降低極少； 有很高的化學穩定性，陶瓷與金屬親和力小，高溫抗氧化性能好，即使在熔化溫度下也不與鋼相互作用。因而刀具的粘結、擴散、氧化磨損較少；有較低的摩擦係數，切屑不易粘刀，不易產生積屑瘤。
• 超硬(superhard)刀具材料 :
  
• 天然金剛石：自然界最硬的材料，其硬度範圍在HK8 000～12 000(HK，Knoop硬度，單位為kgf/mm2)，耐熱性為700～800℃。耐磨性極好，但價格昂貴，主要用於加工精度和表面粗糙度 要求極高的零件，如加工磁片、鐳射反射鏡、感光鼓、多面鏡等。其主要缺點是與鐵族材料有親和作用，不宜加工鋼和鑄鐵。
• 聚晶金剛石(PCD)：碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉化而成，是目前人工製造出的最堅硬物質。硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦係數較小，不易產生粘結或積屑瘤，可在大部分場合可替代天然金剛石，可製成各種車刀、鏜刀、銑刀等刀片。
• 立方氮化硼(CBN):立方氮化硼（CBN）是一種人工合成的新型刀具材料，由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉化而成。具很高的硬度及耐磨性，熱穩定性好，化學惰性大與鐵系金屬在1300℃時不易起化學反應，導熱性好，摩擦係數低。

切削刀具材質比較表

碳化鎢刀具、鎢鋼刀具、超硬刀具之比較

其成份為碳化鎢(WC) 按其用途(以切削材料來區分)可分為三類：

P類(最常用)P/ wc-Co-Tic/ 藍 /鋼.鑄鋼(延性材料):

適合車削軟鋼、中碳鋼、高碳鋼等......。

K類(K/ wc-Co/紅/鑄鐵.石材.非鐵金屬(脆性材):

適合車削硬度較高的材料例如鑄鐵、高速鋼(HSS)或已經熱處理過的材料等......。

M類介於P類,K類兩者之間M/ wc-Co-Tic-Tac/ 黃/ 不鏽鋼(強軔材):

適合切削較難切削之材料或抗拉強度較高之材料例如白鐵

切削量小.表面粗糙度良好.則適合使用高速鋼(HSS).切削硬度較高之材料則使用碳化鎢刀具。

鎢鋼刀具適用之行業

傳統產業(如汽機車業)使用之要求:依被加工材質選定PKM其中一類即可

光學類及光電類行業使用之要求:大多要求超高的表面粗糙度(鏡面加工)及刀具的形狀精度

目前市售面上只對高速鋼HSS、鎢鋼的刀具及刀具切削的理論較詳述，較少以鑽石刀具來做比較，但是以目前鑽石刀具之應用及性能優勢也較上述高速鋼HSS、鎢鋼的刀具性能高出許多。

選擇各類刀具時，目前市場上提供之產品不只有鎢鋼刀具或是HSS刀具，也可考慮鑽石刀具或適用於非鐵金屬鑽石刀具，其優勢為減少換刀時間及優越的性能和壽命

近幾年加工中心主軸的高速化技術的發展，為了因應高強度高硬度材料進行高速加工，且為求能延長模具壽命，所以其使用的被削材料硬度提升，為配合更好加工效率效益，對其加工使用刀具要求也逐漸提升及重視。

先了解加工需求，選擇適合之刀具：

1. 要瞭解被切削工件基本材質、特性、條件、製造流程…

例如:客戶需求工件是否需達鏡面(或其鏡面程度)、工件尺寸、公差值、工件轉角不可已有切削換刀接著點、NC程式切削路徑、客戶工件應用端等相關問題，以無誤的選擇適用刀具。

2. 先大概了解不同材質刀具間有何差異(例:強度硬度大小差異…)

目前銑刀大致分類有：單晶鑽石刀具、PCD含CO鑽石刀具、PCD含Si鑽石刀具、PCBN刀具、金屬陶瓷刀具、鎢鋼類刀具、HSS類刀具、普通鋼鐵刀具，再根據被切削物挑選適當刀具。

3. 依據加工工件外型的特殊要求來選取(例:加工工件有深溝曲面…)

依據加工工件的四周外形、曲面拉伸、曲面回轉、曲面圓球、圓角造型、圓錐曲線圓柱曲線造型、等條件來選擇立銑刀刀頸外形.立銑刀的刀頸外形分為 標準型、長頸型和錐頸型，可根據工件的加工深度、形狀外觀、加工物件粗中細三次銑削路徑、等相關條件進行選擇..型和錐頸型可進行深挖加工，在兩者中選擇 時應考慮幹涉角度..，與長頸型相比，錐頸型立銑刀的剛性高，可進步切削條件，並實現更好的加工精度，應盡量選擇錐頸型立銑刀。

4. 根據加工精度與工件表面細膩度選擇不同球頭精度與光滑刃口的立銑刀。

球頭立銑刀的圓弧精度通常為±5μm，但也有±2~3μm的高精度立銑刀，在進行高精度加工時可選用。

5. 根據加工工件的種類及硬度來選擇刀具塗層種類

如加工碳素鋼等硬度在HRC40以下的工件時，可選用TiALN塗層..合金鋼S、工具鋼等硬度在HRC50左右的工件時，可選用奈米氮化鋁鈦膜-NanoTiAlN塗層..工硬度更高的工件時可選擇刀具外形、硬質合金材料、塗層均為加工高硬度材料專用的高硬度加工用TiALN+PLC鍍層。

6. 當加工工件為難切削，需配合特殊材質高硬度刀具(例:金屬陶瓷、鑽石刀具)

          例如:切削金屬複合材料時，因材料屬高鎳成份，最好選擇金屬陶瓷刀具or鑽石刀具來解決難切削問題

刀具磨損與壽命

刀具磨損:

在切削時熱和摩擦所產生的物理作用和化學作用的綜合結果。

刀具壽命:

由開始切削達到刀具壽命依據以前所經過的切削時間，依據一般採用刀具磨損量的某個預定值，可以把某一現象的出現作為判斷依據，如振動激化、加工表面粗糙度惡化，斷屑不良和崩刃等。達到刀具壽命後，應將刀具重磨、轉位或廢棄。

刀具總壽命:

切削過程中刀具的刀頭部位因不斷地受到很大的作用力、高溫和激烈的摩擦作用而磨損，等磨損到某一程度時刀具即無法再勝任原有的切削功能。

生產中 常根據加工條件，按最低生產成本或最高生產率原則，來確定刀具壽命和擬定工時定額。影響刀具壽命因素很多且複雜，

其中可判斷影響主要因素:

1. 刀具材料與工件材料之配合情形
2. 切削速度
3. 切削厚度
4. 切削寬度

切削速度增加，可使工件加工時間縮短，且加工面精度較佳，但刀具的磨耗速率卻會增加，亦即刀具壽命會縮短。刀具壽命和切削速度之間相互制約的經驗公式為

VTⁿ = C

• T:刀具實際使用的切削時間(min)
• V:為切削速度(m/min)
• N: 常數 (刀具材料、工件材料與切削條件有關)
• C:常數 (指刀具壽命為一分鐘時的切削速度)

刀具的磨損包括磨耗和破損

1. 刀具破損通常是突然發生，產生的原因有：

1. 刀具幾何形狀不當
2. 切削負荷過大
3. 顫動或振動的衝擊作用
4. 切削溫度超過其高溫硬度的極限
5. 刀具本身即存在微裂縫的瑕疵等

2.造成刀具磨耗的主要原因有：

1. 熔著
2. 刮除
3. 擴散

常見刀具磨損

1. 凹陷磨耗(Cater wear)
2. 熱變形(Thermal deformation)
3. 熱龜裂(Thermal cracking)
4. 刀鼻磨耗(Nose wear)
5. 深切凹口(Depth of cut notching)

刀具磨損過程

1. 初期磨損：
   此階段磨損因刀具讓面微觀粗糙不瓶，於切削作用下微觀突起先被磨平，隨之讓面被磨出一磨損帶，此後壓力減少，磨損速度趨於穩定。
2. 正常磨損：
   刀具讓面磨損寬度隨切削時間增長而均勻增加，磨損狀況較穩定，此階段為刀具加工之有效期，刀具應在此範圍內使用。
3. 劇烈磨損：此階段刀具變鈍，切削力增大，切削溫度上升，刀具很快失去切削能力，刀具磨損達此階段時，刀具材料損耗過大，刀具使用時應盡量避免到此階段。

鋁合金零件之加工對刀具有很高的要求，尤其是航空工業中的鋁合金刀具.在具有高性價比的同時還必須滿足高質量

加工之需求。由於整體 硬質合金刀具.具有非常鋒利的切削刃和槽型，其在鋁合金精加工中切削力小，並具有容屑空

間大，排屑順暢等優點，因此整體硬質合金刀具逐漸取代了傳統的高速鋼刀具。

由於鋁合金強度和硬度相對較低，塑性較小，對刀具磨損小，且熱導率較高,使切削溫度較低,所以鋁合金的切削

加工性較好，屬易加工材料，切削速度較高,適於高速切削。但鋁合金熔點較低,溫 度升高後塑性增大，在高溫

高壓作用下，切削面摩擦力很大。容易粘刀；特別是退火狀態的鋁合金，不易獲得低的表面粗糙度。為了獲得

光潔的工件表面，盡可能採 用粗切削和精切削的組合，因合格的工件毛坯總會有一些氧化層，致使刀具受到相當

程度的磨損。如果最後切削工序採用拋光過的鋒利刀具進行精細切削，就能達到以上要求。

鋁矽合金:

依矽含量來選擇適用刀具材質，矽含量在12％以下可採ISO K10-K20鎢鋼刀具，矽含量大於12％即採鑽石刀具，

鋁合金加工不宜採Al2O3陶瓷刀具，切削時因氧化了的氧化鋁切屑會與刀具產生化學親和力而產生黏結與積屑瘤，

造成摩擦阻力增大而磨損加快。積屑瘤一旦形成，就會代替切削刃進行切削時， 超精密加工中的刀具刀刃的鋒銳度

此時已失去意義。並且積屑瘤的底部相對穩定，而頂部很不穩定，容易破裂，破裂後一部分隨切屑排出，

另一部分留在加工表面 上，使加工表面變得粗糙，積屑瘤凸出刀刃以外部分的不平度還會直接使加工表面切得粗

糙，積屑瘤與已加工表面之間的摩擦也會加大表面粗度。

粗銑刀減少切削變形，由原來的寬帶切屑分割成數條較窄的切屑，使銑削過程中切屑形成捲曲和排屑情況得以改善，隨之降低切削抗力，粗銑刀之外周刃為波浪形，切屑很細就會斷裂，切削抵抗會很小，加工面會呈凹凸不平狀，可從事進給大之重切削(粗加工)。

由於切削振動很大，刀具和機器之接合處易變很粗糙(摩擦腐蝕) ，應避免使用於高精度之機器。特別是乾切削的時候，由於刀具很容易具有高熱，因此應將切削速度降低10至20％左右，以增長刀具壽命。

粗銑刀主要是分屑

降低切削力，便與排屑，用於粗加工，基本無特定的加工物件材料。

槽型銑刀多應用於粗中加工

在粗加工時，針對軟材加工(銅、鋁…)時(吃深排屑量多)，因波浪槽型銑刀排屑槽比一般粗銑刀大，在作切削加工時，可以大 量排屑，但對於硬材加工時(吃淺排屑量小)，不要求排屑量時，優勢亦無法凸顯，波浪槽型銑刀也只針對某些材料加工具良好效果，在用於形成刃間的相對切屑厚 度不同，可以消除再生顫振，可用於一些難加工材料，特別是鈦合金。

良好4刃槽型銑刀，其各刃波峰波谷區域位置設計不一(錯開)及同一波浪高度(在加工不造成振刀範圍內，角度約可差 1-2度)，以達加工省力及延長壽命之目的。但此波浪銑刀製作工序繁複且易磨耗砂輪，對於加工機台損也耗大，相對成本較高，考慮成本上，多數工廠粗加工仍 以粗銑刀為主。

槽型銑刀優點

1. 切屑容易變形折斷。切削不但有縱向變形，還有橫向變形，所以容易斷屑。
2. 實際切削刃增長，便於散熱，減低切削力
3. 切屑與前刀面粘附力小
4. 切削平穩。在同一斷面上，它相當於不等齒結構，每條刃波峰波谷，錯開，避免週期性振動。
5. 刃口每一點都處於同一圓柱的表面，因此可用於精加工。