CNC刀具简介

CNC刀具简介切削概論切屑之形成-工件切屑刀刃金屬切屑的基本形成步驟abcd下圖為刀具切削之基本機構-刀具切削之基本機構銑刀種類Ⅰ、依幾何形狀區分-a、端銑刀b、球刀c、圓鼻刀Ⅱ、依刀具結構區分-a、捨棄式刀具b、整體式刀具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水平面及垂直面。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。R=0端銑刀端銑刀一般會被用來加工制品的2D區域，如：垂直面以及水平面或是制品中尖角的區域會用端銑刀將之加工出來。另外，端銑刀通常會被用來作粗加工。下面圖示為端銑刀的實際加工範例。輪廓加工銑削垂直壁銑削溝槽銑削袋形工件DRD=2R如下圖所示，底部刀刃為一球形狀的銑刀為球刀。球刀在銑削3D形狀的工件時，是不可缺少的工具。球形銑刀球刀的缺陷:abcd123一、不同位置切削速度不一:二、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的模具和产品曲面，尤其是在精加工以及清角加工，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。粗加工精加工圓鼻刀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。abcdⅠⅡ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，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；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。Ⅱ、依刀具结构區分一、捨棄式刀具二、整體式刀具一般就銑刀的结构方式可將其區分為下列兩種形式的銑刀：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球刀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。圓鼻刀球刀端銑刀刀具材質&鍍層Ⅰ、刀具材質-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、瓷金工具Cermet、陶瓷刀具Ceramics、CBN刀具Ⅱ、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層刀具的10倍，常見的刀具鍍層有下列幾種：TiN氮化鈦、TiCN氮碳化鈦TiAlN氮鋁鈦、Al2O3氧化鋁高速鋼High-SpeedSteel1900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HRc68。做為切削工具在高速切削時其刀鋒即使被加熱至500~600℃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系高速鋼-此為W系高速鋼中W之含量降至6%後，再加入4.5~7%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。瓷金工具CermetTools碳化鈦TiC具有良好的高溫硬度、高溫耐氧化性、耐凹蝕性，所以開發出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（TitanCarbide）碳化鈦(最常使用)TiCN（TitanCarbonitrit）氮碳化鈦TiN（TitanNitrit）氮化鈦WC（WolframCarbide）碳化鎢金屬結合劑:Ni/Co（Nickel/Cobalt）鎳/鈷瓷金工具的優點：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CeramicTools陶瓷工具可分為兩種基本類型：A型&B型A型：以氧化鋁(Al2O3)為主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=增加碳化矽晶體的含量B型：以氮化矽(Si3N4)為主以氧化鋁（Al2O3）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Al2O3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Al2O3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B型多晶鑽石刀具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其他高度耐磨之工件材料。鍍層一般刀具的鍍層厚度在2~5μm，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。b、穩定的化學性質並且不會與工件的材料發生作用。c、與刀具材質的結合性良好、不會發生剝落或裂開。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。氮-鋁-鈦（TiAlN）鍍層的優點TiAlN鍍層結構氧化鋁（Al2O3）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（Al2O3）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PCD刀具简介•多晶金刚石(PCD)•金刚石含量（容量）:~90%vol•应用:切割刀具,磨料,等•硬度:6000HV（维氏硬度）•抗拉强度:9MPa/m2•热传导率:560W/mKPCD原片:•最大直径74mm•标准厚度0.5mm，垫1mm硬质合金a)粒度25µm;b)粒度10µm;c)粒度2µmPCD材料的生产及其原子结构石墨PCD（金刚石）５０－７０GPa１５００－２０００°C这是目前已知的最硬的原子结构PCD是在高温高压下通过烧结而成的这一过程称作HTHP’金刚石颗粒和钴在硬质合金的基础上被烧结在一起.含量约为4-10%的钴原子从硬质合金中渗透到金刚石颗粒之间的缝隙中同时钴原子在金刚石层和硬质合金层之间建立起强大的联接.金刚石带硬质合金层的另一个原因是使得金刚厂片通能够被线切割.优点：•高硬度和抗磨特性•热硬性和最高工作温度•热传导率非常高•摩擦系数很低•锋利的刃口可以维持很久PCD刀具的特性局限：•由于PCD片是一个平面，这使得设计刀具刀尖时受限制•由于PCD必须焊接在硬质合金上，所以刀具直径不能太小一般两个槽的PCD刀具直径不小于5mm.•另一个原因是由于PCD在焊接过程中可能变形，所以PCD刀片不能太大太长•PCD的韧性不如硬质合金好PCD应用:PCD刀具主要应用于非铁元素材料加工如:•铝，铝合金•铜，黄铜•镁合金•CKF，GKF等等.如果在高温下用PCD加工含铁材料，则PCD会还原为石墨.PCD铁高温石墨MAPALPCD刀具铣削效果PCD刀具使用注意由于PCD高硬易碎，所以PCD刃很敏感，即使是个很小的磕碰，也容易损坏用机械式硬接触测量是错误的!因此游标卡尺，螺旋测微器等，不能被用来测量PCD。机械接触式测量PCD会导致PCD刃口损坏，从而降低刀具寿命.因测量被损刃口正确储存和使用的方法:不管在哪里都应该把PCD刀尖保护起来，如放在木头盒里等在搬运PCD时务必注意保护刃口不要把PCD刀具放在没有保护的工具盒里或者其它类似地方.PCD刀具应该主要用光学仪器来测量.唯一的例外是用带有红宝石测量头的千分表来测量刀具跳动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：Ⅰ、側固式Ⅱ、筒夾式Ⅲ、油壓式Ⅳ、牙固式Ⅴ、熱縮式側固式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〈RunOutofTolerance〉極高，所以不適用於精加工或高速加工之銑削。刀把筒夾式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〈RunOutofTolerance〉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。銑刀筒夾刀把油壓式HydraulicType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〈RunOutofTolerance〉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。銑刀刀把牙固式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