隨著數控工具機在生產實際中的廣泛應用，數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控程序的編制過程中，要在人機互動狀態下即時選擇刀具。因此，編程人員必須完全了解和掌握刀具，從而才能保證零件的加工質量和加工效率，充分發揮數控工具機的優點，提高企業的經濟效益和生產水平。下面我們就來講講CNC常用的刀具。
1. 銑刀的應用
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亮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用之銑刀種類作說明介紹。
2.銑刀的種類
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；Ｂ、球刀；C、圓鼻刀。
2.1端銑刀的特點
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。
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、如下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。
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。下面圖標為端銑刀的實際加工範例。
2.2球刀
如下圖所示，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：
2.2.1切削速度
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。如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，加工面質量當然會大受影響。
２.２.２刀具損耗
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，所以加工面不僅質量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。
球刀在模具加工中最常用來銑削
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。下面圖標為球刀的實際加工範例。
２.３圓鼻刀
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，切削速度而有非常大的變化，所以加工面質量不穩定。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，質量當然穩定。以下說明圓鼻刀切削速度穩定的原因。
２.３.１切削速度
如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Ⅰ、Ⅱ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刃是在切削的狀態，加工面的質量當然就會穩定。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；如下
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。
３.依刀具裝置區分
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：
1.捨棄式刀具
2.整體式刀具
３.１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。
３.２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。
數控加工中心區別是數控銑床的一大特徵就是有無刀庫。加工中心一般具有機械手刀庫內有16或24把刀具，可以在加工過程中完成自動換刀。不同的加工工序需要不同的刀具種類，但都用於切削金屬材料，所以加工中心的刀具一般為金屬切削刀具。
加工中心可以通過一次裝夾，完成對各種盤類、板類、螺紋、殼體、凸輪、模具等複雜零件的加工。一次裝夾,可完成鑽、銑、鏜、擴、鉸、剛性攻絲等多種工序加工。進行鑽銑加工時可以選擇車刀、刨刀、銑刀；孔加工時使用鏜刀、鉸刀或者標準的鑽頭；螺紋加工時要選擇絲錐，螺紋銑刀；齒輪加工刀具包括滾刀、插齒刀、剃齒刀等；不論哪種刀具都由裝夾部分和工作部分組成，而整體結構刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上。
刀具的工作部分作用就是產生和處理切屑。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準部分，如鑽頭、擴孔鑽、鉸刀、內表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校準部分的作用是修光已切削的加工表面和引導刀具。
刀具的日常保養並不困難，需要做到防鏽和防鈍兩個方面。為了防止鈍化，車間的加工師傅都定期的修磨來修補刀具的加工磨損。防鏽工作稍微複雜一些，對於數控刀柄部分要選用品質優良的防鏽油；做防鏽之前，要注意將刀具擦拭乾淨；保持乾燥和加工完成後的局部清潔；硬質合金刀片不需要特別的防鏽處理，注意刀具的及時收納歸盒注意不要將兩片或者幾片刀片混在在一起；鑽頭或者銑刀特別注意刃口的保護，千萬不要碰到或者掉地上。
其實抽出定期的時間去檢查和清潔的刀柄和主軸各是非常必要的，正確的維護保養可以增加設備使用壽命，減少生產的潛在成本。從而創建一個安全的工作環境，減少事故發生的概率。
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：1、刀具刃角2、排屑槽 3、過中心、未過中心刀具 4、刀刃數目
01刀具刃角
1.1刀具刃角---斜角Rake Angle
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。
1.2刀具刃角---間隙角Relief Angle
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幹擾現象，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。
1.3刀具刃角---螺旋角Helix Angle
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γ越大時，水平分力FH會變大，造成切削時刀具擺動；螺旋角γ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。
02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幹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屑斷裂。一般的排屑槽設計如右下：
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。
03過中心、未過中心刀具
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。
04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亮度等等之影響而異，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，易受切屑之幹擾，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。
常用刀具的知識與選擇！
數控加工雖仍屬於金屬切削加工的範疇，但有其自身的特點，主要變現為自動化程度高、連續加工過程較長、對刀所花費時間相對傳統加工複雜與費時。因此，在刀具選擇上存在許多值得思考的問題。本篇為大家帶了了CNC常用刀具的相關知識，相信好的刀具是提高數控加工效率的第一步。刀具材質&鍍層
目前使用的各種刀具材料，均有其特性以適應不同加工的要求。一般刀具材料必備的性能有低摩擦係數、高精度、良好的導熱性、充分的韌性與抗衝擊性等。
傳統數控工具機常見的刀具材料有高速鋼和硬質合金，而一些特殊場合如高速切削、幹切削、難加工材料切削、以車代磨等情況就要求使用超硬類材料，包括陶瓷、CBN、PCBN、金剛石等。這些超硬類材料價格相對較高，且切削過程與參數不易掌握，對工具機剛性都有一定要求，常規加工應用不多。
超硬類材料刀具
刀具表面鍍層則是提高刀具性能的重要方法之一，近年來應用廣泛。有鍍層的刀具壽命是沒有鍍層刀具的十倍，常見的鍍層有氮化鈦TIN、氮碳化鈦TICN、氧化鋁等。下圖顯示高速鋼、硬質合金使用後切削速度縮短了百倍，而鍍層刀具的使用又縮短了四倍加工時間。
小結：刀具材料一般優先選擇硬質合金，有可能的話儘量選擇鍍層刀片。對於可能涉及自行修磨的刀具，主要選擇高速鋼材料。而一些特殊情況下可考慮超硬類材料，但最好先進行工藝試驗。最後，小編建議儘量固定使用同一品牌刀具，有利於工廠掌握刀具特性、充分發揮刀具性能。
刀具分類
常用的數控刀具按形狀分為端銑刀、圓鼻刀和球刀三種。每種刀具都有其特定的作用。
CNC加工中心的端銑刀也稱為平底刀，周圍有主切削刃，底部為副切削刃。端銑刀的外緣以及底面都有銑齒以構成切刃，所以可以用來銑削工件的垂直面。端銑刀的刀形變化十分複雜，適用於各類加工如銑平面、溝槽、輪廓面等，可以說是被應用最廣泛的一種銑刀。
下圖所框區域有一尖點，一旦此點崩壞、那麼銑刀壽命也隨之完結，所以端銑刀的壽命並不穩定。
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。但切削3D工件的模具時，與工件接觸的區域幾乎都是靠近尖點的部位，因此必須減少刀間距或是切削深度，由此加工效率降低。
總之，端銑刀適用於2D形狀的工件，但不適用3D形狀的工件。下圖為端銑刀的實際加工範例。
端銑刀實際加工範例
底部刀刃為球形狀的刀刃為球刀，也稱R刀。與端銑刀相反，球刀是銑削3D工件時必不可少的刀具。由於球刀底部沒有像端銑刀一樣的尖點，而是帶有R角的刀刃，所以球刀的刀刃更為穩定、不易崩壞。
在模具加工中，球刀多用於銑削3D模具，尤其是在精加工以及清角加工時。但球形刀與工件接觸面積小，無法加大間距，因此不適用於銑削較為平坦的區域。下圖為球形刀的實際加工範例。
球形刀實際加工範例
CNC加工中心圓鼻刀也叫平底R刀，可用於開粗、平面光刀和曲面外形光刀。相比端銑刀和球形刀，圓鼻刀結合了兩者的優點，有更佳的工作效率。圓鼻刀的水平刀間距可以比球刀更大，在精加工時有著與球刀一樣的優點。因此不論是粗加工還是精加工，圓鼻刀都是不錯的選擇。
如果工件較大、曲面變化較小，狹小凹陷區域較小、相對平緩區域較多，則最好用圓鼻刀加工，然後使用二次開粗方式查找需要後續加工的區域。但面對一些凹陷區域，圓鼻刀存在著刀刃盲區，會發現「頂刃」現象。下圖為圓鼻刀的實際加工範例。
圓鼻刀實際加工範例
常見問題與解決
在實際操作過程中，總會有各種各樣的毛病。下文為大家梳理了一些常見的問題與解決思路。相信隨著這些問題的解決，工具機的加工效率會更上一層樓。
隨著越來越多難加工材料的應用，震動成了提高加工效率的障礙之一。震動的產生直接影響了加工精度和表面粗糙程度，使刀具磨損加快、嚴重影響刀具壽命，嚴重時會使切削工作無法繼續進行。
刀具振動需要同時存在的三個條件，包括刀具在內的工藝系統剛性不足，導致固有頻率低；切削時產生一個足夠大的外激力；外激力的頻率與工藝系統的固有頻率相同隨即產生共振。
解決刀具震動的思路也分三部分，第一是減小切削力至最小。降低切削力的方法，可以用儘可能小的刀尖圓弧。增大刀具的前角。用磨製刀片替代壓制刀片。減小切深、轉速和提高進給。對於細長軸用90度的主偏角。對於細長杆的銑刀用圓刀片最有利於消振。
第二是儘量增強刀具系統或者夾具與工件的靜態剛性；第三則是在刀杆內部再製造一個振動去打亂外激切削力的振頻，從而消除刀具振動。
在加工過程中，經常會出現前後刀面磨損過快的情況。其中，根據不同的刀面損壞情況，應有不同的應對方式。
情景一：後刀面磨損過快導致加工表面粗糙和加工尺寸差
此情景的原因包括切削速度過高，或者刀片耐磨性太差。解決方法包括改進方法降低切削速度，同時逐步加大走刀量，採用更耐磨的刀片材料或塗層，儘量採用順銑而非逆銑的方法。
情景二：刻痕磨損
刀片溝槽磨後，可能損導致表面粗糙和崩刃。其原因包括進給量太小；銑削材料有加工硬化傾向；工件表面有氧化皮等等。面對此種情況，需要經常用指甲檢查刀片的溝槽磨損。
情景三：銑削不鏽鋼和耐熱合金時產生積屑瘤
銑削粘刀也叫積屑瘤， 它使加工表面粗糙起毛刺。積屑瘤脫落會導致刀片前刀面脫落、刀片刃口崩碎， 耐熱合金類工件的二次擠屑則會導致刃口快速崩碎。而發生此類情形的原因，無外乎刃口鈍化，負前角，切削速度低，切屑厚度過薄， 切屑排除不暢幾種。
解決積屑瘤的方法，大體按「六步走」。第一步，對於不鏽鋼和鋁合金可以提高切削速度；第二步，採用物理塗層的刀片或者非塗層刀片；第三步，逐步加大走刀量致最佳切屑厚度；第四步，準備充足的高壓冷卻液或空氣防止二次切屑；第五步，採用順銑而非逆銑；第六步，對於耐熱合金鈦合金和沉澱硬化不鏽鋼可以低速採用純礦物油衝刷切削區域。
情景四：刃口崩碎或打刀
發生此類刃口崩碎的原因較多。刀片材料太硬、刀片槽型過於薄弱、採用的切削速度過低都可能擠碎刃口，導致工件材質不均或者有斷續切削。
針對這種情況，首先應當檢查刀墊是否破碎，刀片螺釘是否變形需要更換；其次應當排除振動的因素，採用韌性更好的刀片材料，換刃口強壯的刀片；最後，提高切削速度以排除刃口被擠碎的可能。
順銑和逆銑 Down and Up milling
在上述刀面磨損的情境中，逆銑改為順銑可以解決部分問題。但實際操作中，順銑和逆銑有著有各自的優缺點。順銑的優勢表現在銑削摩擦熱少、刀片擠壓變形小、刀片壽命長；逆銑的優勢有刀體受銑削力衝擊小、有利於減少工作檯絲槓間隙竄動等。
順銑和逆銑的優點
按照慣例，應根據工件尺寸特別是工件銑削寬度來選擇銑刀直徑；但是對於某個給定的面銑刀，它的最佳銑削寬度是銑刀標稱直徑的70-80%。
用一組圖來看看銑刀最適宜的尺寸、位置和加工方法吧！