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数控加工技术CNC常用刀具讲解(一)


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2023-06-20

【概要描述】铣削为各种切削方式中变化较大,用途较广的切削方式。所以无论是槽孔、凹切、平面以至于各种造型之面皆可加工,而且经由铣削加工可获得表面亮度较好的与准确之尺寸。铣刀是一种多刃口的圆形刀具,铣削的原理为应用铣刀之多刃旋转产生切削作用,所以虽然刀具切入工件甚深,但每一切刃之切削量并不大,因此每一切刃之切削厚度仍可维持很薄,所得之加工面亦佳,且刀具寿命能维持甚久。切削效率佳,用途广泛,所以铣刀在目前金属加工中占有极高之分量。

1. 铣刀的应用

铣削为各种切削方式中变化较大,用途较广的切削方式。所以无论是槽孔、凹切、平面以至于各种造型之面皆可加工,而且经由铣削加工可获得表面亮度较好的与准确之尺寸。铣刀是一种多刃口的圆形刀具,铣削的原理为应用铣刀之多刃旋转产生切削作用,所以虽然刀具切入工件甚深,但每一切刃之切削量并不大,因此每一切刃之切削厚度仍可维持很薄,所得之加工面亦佳,且刀具寿命能维持甚久。切削效率佳,用途广泛,所以铣刀在目前金属加工中占有极高之分量。

由于铣刀在目前的切削加工中,几乎可取代大部分之传统切削刀具,故无论在铣刀之材料、造型、结构…等等之设计制造上,不但种类极为繁多而且复杂。现在仅下列一般模具铣削加工中常用之铣刀种类作说明介绍。

2.铣刀的种类

在模具铣削加工中,由于模具本身即是有复杂造型之工件,在考虑切削效率、刀具寿命以及工件形状…等的因素下,因此要只使用单一种形状之铣刀便可将模具加工完成是不可能的。所以在模具加工中常会需要用到不同形状的铣刀来加工模具,一般模具加工较普遍使用的铣刀有以下三种: A、端铣刀;B、球刀;C、圆鼻刀。

2.1端铣刀的特点

在铣削2D形状的工件时,由于与工件接触的区域为外缘与底面,所以不论是刀间距或是切削深度都可以使用极有效率的数值。反之如果用于铣削3D形状的模具时,你可以发现与工件接触的区域几乎都是靠近尖点的部位,所以你必须要减少刀间距或是切削深度,因此加工效率降低。

端铣刀之外形如右图所示,铣刀之外缘及底面均有铣齿以构成切刃,所以可以用来铣削工件之垂直面以及垂直面。端铣刀之刀形变化非常复杂,适用于各类加工,如:铣平面、沟槽或轮廓面…等等,可说是被运用较为广泛的一种铣刀。一般来说端铣刀非常适用于2D形状的工件,但是应用于3D形状的模具加工时,不是那么的适用。我们以下原因说明端铣刀应用于模具加工时所发生的问题:

一、如下图框框所指出的区域,你可以看到此处为一尖点。所以甚为脆弱,一旦此处尖点崩坏,那么铣刀寿命也随之完结。所以端铣刀的寿命不甚稳定。

所以在模具加工中,端铣刀一般会被用来加工模具中的2D区域,如:垂直面以及水平面或是模具中尖角的区域会用端铣刀将之加工出来。而在传统方式的模具加工中,端铣刀也会被用来作粗加工。下面图标为端铣刀的实际加工范例。

2.2球刀

如下图所示,底部刀刃为一球形状的铣刀为球刀。球刀在目前的模具加工使用上相当的频繁,尤其是在铣削3D的模具时,球刀更是不可缺少的工具。

与前者-端铣刀比起来,因为球刀没有像端铣刀底部为尖点的刀刃,而是带有R角的刀刃,所以球刀的刀刃更为强壮,不易崩坏;换句话说,球刀的寿命会比端铣刀更为稳定。除此之外,球刀与工件接触的区域为R角的刀刃,因此在精加工时刀间距可用更大的数值,加工面也有极佳的效果。

因此不论是刀具寿命或是加工效率,球刀在模具加工上是不错的选择!不过同样的,球刀在模具加工时也会遭遇一些问题。在铣削3D模具时球刀虽然与工件接触的区域为R角的刀刃,但是实际的接触位置却会随着工件的形状而改变,这样的差异会带来以下的影响:

2.2.1切削速度

切削较基本的概念是赋予切削刀刃以及被切削材相对速度,当刀刃材质比被切削材硬而且切削速度达到时,被切削材与刀刃接触的区域会被移除。因此切削速度对于刀具的切削效果非常重要,如果切削速度不够或太低,那么刀刃不是在切削工件,而是在磨工件。为了产生切削速度,所以在车削中是旋转工件产生切削速度;在铣削中是旋转刀具产生切削速度。如下图中所显示的球刀,

当在旋转时,1、2、3点的位置其对应的切削速度均不相同,甚至2这一点的切削速度几乎等于0。因此球刀的缺点是切削速度不稳定。以下图范例来说,

你可以看到球刀在铣削3D的工件时刀刃与工件接触的位置会不断的改变,因此切削速度一直在改变。在a、c两点时其切削速度稳定,所以此区域为刀刃在切削工件,可以得到良好之加工面。而在b、d两点时会因切削速度太低甚至没有切削速度导致刀刃在摩擦工件,加工面质量当然会大受影响。

2.2.2刀具损耗

球刀在铣削较平坦的区域时,如下:此时与工件接触的位置大部分都为a、b、c这几个位置。所以其实是用球刀的底部在铣削工件。当整个工件这类的区域范围很大时,球刀底部除了切削速度低外,底部的刀刃也会很快的磨损,两侧的刀刃其实并没有用到,所以加工面不仅质量低落而且因为刀具损耗的关系,加工面的精度也会受到影响。

球刀在模具加工中较常用来铣削

球刀在模具加工中较常用来铣削3D的模具,尤其是在精加工以及清角加工时,但不适合用于铣削较平坦之区域,因与工件接触面积小,无法加大刀间距。下面图标为球刀的实际加工范例。

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