第10章 端面與外徑車削 10-1 夾頭的種類與功用 10-2 切削速度與進給的選擇 10-3 工件的外徑與長度量測

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1 第10章 端面與外徑車削 10-1 夾頭的種類與功用 10-2 切削速度與進給的選擇 10-3 工件的外徑與長度量測
10-4 認識表面粗糙度 10-5 切削劑的種類與應用

2 10-1 夾頭的種類與功用 夾頭係裝置在車床主軸上，作為夾持工作物的夾具。目的在隨著主軸運轉帶動工作物旋轉，供車刀或其他刀具進行切削加工。
1 四爪單動夾頭 四爪單動夾頭（4-jaw independent chuck）如圖10-1、2 所示，其夾頭上的四個夾爪，利用T型方柱夾頭扳手個別旋轉螺桿，可獨立調整單一夾爪位置進退，做工件夾持，故又稱單動夾頭。

3 10-1 夾頭的種類與功用

4 10-1 夾頭的種類與功用 四爪夾頭因夾持力較強，除可夾持圓形工件之外，尚可夾持方形及不規則形狀的工件；另夾爪可反向裝置，夾持更大直徑的工件，如圖10-3 所示，適用範圍廣泛，為車床必備附件，但要具備技巧及花費時間去校正中心。

5 10-1 夾頭的種類與功用 2 三爪聯動夾頭 三爪聯動夾頭（3-jaw universal chuck）如圖10-4 所示，其夾頭上的三個夾爪，係裝置在蝸旋螺紋面盤上，如圖10-5 之B，利用轉動夾頭扳手，帶動小齒輪A，使渦形面盤旋轉，可同時推動三爪，沿徑向與迴轉中心保持等距作進退移動，以夾緊或放鬆工件，並使工件夾持時能迅速自動對正中心。 三爪夾頭又稱自動夾頭。多用於圓形或正六角形工件之夾持，如圖10-4、5 所示。但夾持力較差，且不適用特殊形狀工件之夾持是其缺點。另夾爪亦可反向裝置，夾持更大直徑的工件。

6 10-1 夾頭的種類與功用 3 雞心夾頭 雞心夾頭（dog）如圖10-6 所示。係用於夾持工件，藉雞心夾頭之尾部崁入驅動面盤之凹槽內，隨著主軸旋轉驅動工件一起旋轉，以進行兩頂心間車削工作，如圖10-7 所示。

7 10-1 夾頭的種類與功用 4 面盤 面盤（face plate）如圖10-8所示，又稱花盤。形狀如驅動面盤，但直徑特別大。面盤本身沒有夾爪，但面上開有許多放射形之長孔槽，供T 型螺栓與壓板作夾持大型、不規則或加工部位有所偏置的工件於面盤上，進行車削，如圖10-9 所示。

8 10-2 切削速度與進給的選擇 1 切削速度 切削速度（cutting speed）是指迴轉工件外緣經過刀具表面的切線速度，以每分鐘的切削長度（公尺）表示。其計算公式為：

9 10-2 切削速度與進給的選擇 切削速度主要受到刀具材質與工件的硬度和強度的影響，同時也受到車床的性能、切削深度、進給大小、精粗切削及切削劑的使用與否等因素的影響，因此很難定出一個最佳的切削速度值。 如表10-1 所示，為常用高速鋼及碳化物刀具對不同材料，經實際切削實驗所得，列出之合適切削速度值，可供工作人員作適當的選擇參考。

10 10-2 切削速度與進給的選擇

11 10-2 切削速度與進給的選擇 2 主軸轉速計算 車床主軸的轉速，以每分鐘的迴轉數r.p.m.來表示。而轉速的選擇則因工件的直徑以及切削速度的不同，必須加以適當的調整。其計算公式如下： 由公式10-2 知，被削材料在相同的切削速度下，對大直徑材料之切削，應用較低主軸轉速；反之對小直徑材料的切削，就需調高主軸的轉速。

12 10-2 切削速度與進給的選擇

13 10-2 切削速度與進給的選擇

14 10-2 切削速度與進給的選擇

15 10-2 切削速度與進給的選擇

16 10-2 切削速度與進給的選擇 3 主軸轉速選用原則 1.工件直徑愈大，則主軸轉速愈低。
2.選用碳化鎢車刀，可比高速鋼車刀主軸轉速加快1～3 倍。 3.材料愈硬，主軸轉速選用愈低。 4.粗車削轉速低，精車削轉速較高。 5.外徑階級車削時，主軸轉速應隨直徑尺寸增減而作調整。 6.主軸轉速慢→機械動力較大，適合重切削。 7.主軸轉速快→機械動力較小，適合精細輕切削。

17 10-2 切削速度與進給的選擇 4 進給速率的選擇 進給速率（feed speed）在車床上是指工件每迴轉一圈，車刀相對工件所移動的距離，單位為公厘／每轉（mm/rev）。進給又稱為進刀。在高速車床中，均有進給對照表可供參考選擇，如表10-2 所示。進給方向分縱向進給及橫向進給。

18 10-2 切削速度與進給的選擇

19 10-2 切削速度與進給的選擇

20 10-2 切削速度與進給的選擇 影響進給速率選擇的重要因素如下： 1.刀具材質：如碳化物車刀比高速鋼車刀可承受較大進給。
2.工件材質：材質愈硬、進給量愈小。 3.粗、精車削：粗車削時進給量約為0.25～0.5mm， 精車削進給量約為0.04～0.25mm。 4.切削深度：切削深度大，則採小進給。 5.切削速度：切削速度愈快，則進給量愈大。 6.表面粗糙度：表面粗糙度要求愈高，進給量愈小。 7.切削劑使用：使用切削劑可加大進給量。

21 10-2 切削速度與進給的選擇 5 粗車削與精車削 車削分粗車削（rough cut）及精車削（light and finish cut）。粗車削是不計表面粗糙度，只預留少量加工裕度（0.2～0.8mm），將材料依工作圖尺寸，儘速削除多餘的材料為目的。而精車削，則將材料車削至達到工作圖面尺寸要求與較佳表面粗糙度為目的。

22 10-2 切削速度與進給的選擇 1 粗車削要領 1.可採大的切削深度與較大的進給量，而主軸採較慢轉數方式車削。
2.選用具有側切邊角的車刀，以分散切削阻力，如圖10-10 所示。 3.車刀裝置時懸空部位儘量縮短，以增加車刀強度。 4.粗車受力較大，刀架固定時可略偏向右側，以防止車刀或刀架偏移時切入工件，如圖10-11 所示。

23 10-2 切削速度與進給的選擇 5.車削較長工件時，宜鑽中心孔以尾座頂心支持，以防工件受力太大而撓曲變形或折斷。
6.應預留適當的精車裕留量；視粗車後之表面粗糙度預留約0.2～0.8mm。 7.階級工件之外徑車削，其順序為先車削大徑後小徑依序加工。 8.控制直徑車削尺寸時，應利用橫向進刀刻度環。但注意，一個刻度值顯示的進刀量僅為半徑值，對工件車削的直徑尺寸，實際為2 倍刻度值，如表10-3 所示。

24 10-2 切削速度與進給的選擇

25 10-2 切削速度與進給的選擇 2 精車削要領 1.精車削通常採較小的切削深度和進給量，及較高的主軸迴轉數。
2.精車刀刀角可修正為切邊角0°、刀端角5°～10°，如圖10-12 所示。車削時先調整刀座，讓車刀之切邊角及刀端角與工件的外徑及肩角各有2°～5°之離隙角，如圖10-13 所示。可獲得較佳外徑、肩角車削之表面粗糙度。

26 10-2 切削速度與進給的選擇 3.車刀刃口必須銳利，並用油石礪光。
4.精車削深度一般多在0.2～0.4mm 左右，才能有效車削，避免工件與車刀過份摩擦，影響表面粗糙度。 5.車削前檢查刀刃口，務必清除積屑。 6.車削中要添加充足的切削劑，可提高加工表面粗糙度。

27 10-2 切削速度與進給的選擇 7.端面粗車削多由外向內，但精車端面則多由內向外車削，如圖10-14 所示。
8.另可採用平口精車刀，以低切削速度（約在80 r.p.m.以下），大進給量，及加足切削劑方式精車，如圖10-15所示。

28 10-2 切削速度與進給的選擇 6 端面車削及去毛邊 車床車削工作的第一步，通常是作端面車削，如圖10-16 所示，端面車削是車出與主軸中心軸線垂直之平直表面，除可作為車削加工及尺寸量測時之基準面外，亦可減少刀具在車削開始時因端面不平整所產生的衝擊力。

29 10-2 切削速度與進給的選擇 1 端面車削要點 1.車刀刀尖高度應與工件中心同高，才不會在車削後端面留下小凸點，如圖10-17所示。

30 10-2 切削速度與進給的選擇 2.車端面時車刀安裝應使車刀的側切削邊與工件端面成3～5°的離隙角，而車刀刀頂角務必小於85°，如圖10-18 所示。 3.端面粗車時車刀的進刀方向多採由圓外向圓內車削，精車削則減小側切削邊與端面的離隙角（2～5°），由圓內向圓外車削，如圖10-19 所示。

31 10-2 切削速度與進給的選擇 4.端面車削主軸轉數計算時，其直徑值採工作外徑，但車削接近中心時，則應減慢進刀量作為補償。
5.作長度控制時，如圖10-20 所示，應利用複式刀座縱向進刀手輪刻度環，作為進刀量控制依據，方能達到精度要求。

32 10-2 切削速度與進給的選擇

33 10-2 切削速度與進給的選擇 2 去毛邊 車床工件在車削過程中，邊角常因車削進刀方向不同，產生毛邊，如圖10-21 所示，毛邊除影響工件尺寸精度外，也因鋒利的毛邊，造成工作人員不必要的意外傷害。因此工件車削完成前，均需將工件邊角處之毛邊除去。

34 10-2 切削速度與進給的選擇 去毛邊的方法有如下幾種方法：
1.以車刀刃口與毛邊處擺成45°，再以車刀輕觸工件，有鐵屑車出如髮絲即可，如圖10-22 所示。 2.以細銼刀對毛邊作去除。去除時銼刀與邊角成15° 角，分兩次輕推完成，如圖10-23 所示。轉速約550 r.p.m.。 3.以油石精修。油石去除量小，故用於小毛邊及上述兩種方法使用後修整毛邊用，如圖10-24 所示。

35 10-3 工件的外徑與長度量測 車床工作中，如何讓工件之尺寸、形狀，能控制在一定的公差範圍內，這除了考驗車工人員的技術外，能否借助正確的選用和使用量具作測量，亦是重要因素。 機工場用的基本尺寸單位為公厘（mm）。在尺寸量測時因精度的要求不同，量測工具的選用也有所不同，以下將說明車床工作中，作為外徑與長度尺寸基本的量測工具及量測方法。

36 10-3 工件的外徑與長度量測 1 鋼尺 一般常用15 公分（cm）長鋼尺（steel ruler），是最簡單而基本的量測工具。這種鋼尺一面是公制尺寸，另一面是英制尺寸，如圖10-25 所示。車削工作中常用它來作為簡單的長度量測。如以鋼尺在工件上量取粗略的尺寸，以車刀或奇異筆在表面上作記號，再予以車削，既方便又快速，如圖10-26 所示。

37 10-3 工件的外徑與長度量測 2 卡鉗 卡鉗量具僅作尺寸移轉量測，而非直接量取尺寸。因卡鉗本身無尺寸刻度值，必需配合其他量具才能得知所量取的工件尺寸，僅適用在不需高度精密之測量，現已慢慢由其他量具所替代。 在車削上常用的卡鉗有內卡、外卡、單腳卡三種，其操作方式如圖10-27 所示。

38 10-3 工件的外徑與長度量測

39 10-3 工件的外徑與長度量測 3 游標卡尺 游標卡尺（vernier calipers）是機工工作中，最常用作工件量測之量具；由於使用方便，精確度可達0.01～0.05mm，又可直接讀出量測尺寸，所以幾乎機工操作者皆人手一支，在車床工作中亦是必備的基本量具。 1 游標卡尺的構造與功用 游標卡尺是由本尺和游標尺兩大部分組合而成，如圖10-28 所示。可作外徑、內徑、長度、深度、階級等測量功能。

40 10-3 工件的外徑與長度量測 2 游標卡尺的量測原理

41 10-3 工件的外徑與長度量測 3 游標卡尺量測尺寸之讀取方法 1.先讀取游標尺上零刻度所指示在本尺刻度上的mm 數值。
2.再找出游標卡尺與本尺重合成一線的刻度線，依游標尺的精度值，算出游標卡尺刻度的尺寸，如圖10-30、31 所示。

42 10-3 工件的外徑與長度量測 4 游標卡尺在車削工件的外徑及長度量測方式 如圖10-32～37 所示。

43 10-3 工件的外徑與長度量測 5 游標卡尺的使用原則 1.游標卡尺測量工件外徑時，應與工件軸心線成垂直。
2.讀取游標卡尺所測量的尺寸時，眼睛視線應正視游標卡尺的刻劃，測量值才不致造成誤差。 3.測量工件時，大拇指推動游標尺的力道要適中，以免影響精度。 4.工件迴轉中，嚴禁使用游標卡尺測量尺寸。 5.在車床上以游標卡尺測量工件時，應以雙手扶持測量。 6.測量工件圓槽時，應使用游標卡尺刀端較薄處。

44 10-3 工件的外徑與長度量測 7.為求更精確、方便的量測，可選擇使用附錶式游標卡尺或液晶數字顯示游標卡尺，如圖10-38、39 所示。
8.另可選用分厘卡作更精準的量測工具，如圖10-40 所示。

45 10-4 認識表面粗糙度 表面粗糙度（surface roughness），是指工件表面之凹凸狀態，或稱光滑度（smoothness），表面光滑度常被誤認為表面亮度。由於各種不同機械加工，造成表面不同的凹凸狀態，如用手指甲輕輕刮，可感覺其高低不平。表面亮度係指表面的光澤、外觀、顏色等等閃爍光亮的程度。經機械加工的金屬物件，雖然有非常光亮的表面，不見得有非常良好的表面粗糙度。 車床加工影響表面粗糙的原因有：進刀、刀鼻半徑與選用切削劑。進刀較慢與刀鼻半徑愈大與使用切削劑可得較光滑之表面粗糙度。表面粗糙度的測量方法、等級、表示方法等，請參考第11 章第3 節。

46 10-5 切削劑的種類與應用 切削中由於材料與車刀作接觸性相對運動，及切屑被車刀剪斷變形產生的切削阻力，皆會因相互間的連續摩擦，而產生高熱。將使刀具、工作物和切屑溫度昇高。致使刀具因高熱造成刃口軟化而降低切削能力，且增加磨損速度、降低刀具壽命；在工作物方面因高熱膨脹，而影響尺寸精度；在切屑方面可能因高熱，容易造成熔接於刃口之積屑現象，影響切削後表面粗糙度及精度。 切削劑的作用，即在切削中提供冷卻與潤滑效果，以減少工作物、切屑、刀具間的摩擦力，避免產生高熱現象。如此除可增加刀具的壽命，防止工作物因高熱而產生表面氧化或變形，並獲得較佳的切削表面粗糙度。 1 切削劑的種類 切削劑的種類有氣體、固體（如石墨）和液體的型態。但因液態使用效果較佳且方便，故液態切削劑仍占多數。液態切削劑又分為水溶性和非水溶性兩種，分述如下：

47 10-5 切削劑的種類與應用 1 水溶性切削劑 主要以冷卻、洗淨為主要作用 。 鹼性水溶性
以普通的水，加入防止生鏽用的重鹼少量即可。散熱快、洗淨力強，且潤滑效果佳，常用於研磨工作。 乳化油 又稱太古油；係將皂化之動物、植物或礦物油加入於水中攪拌成乳白色的非完全水溶液。在一般切削時普遍使用，通常以10～30 倍的水稀釋之，研磨工作則以60～100 倍的水稀釋。

48 10-5 切削劑的種類與應用 2 非水溶性切削劑 主要以潤滑作用為主。 礦物油
如輕油、機油、心軸油等，其潤滑作用較大而冷卻效果較差，僅適用於一般輕切削。 動植物油 如菜子油、豬油、橄欖油、沙拉油等，常用於低速重切削。

49 10-5 切削劑的種類與應用 混合油 係將礦物油與動植物油混合者，適用於重切削、攻螺紋、銑削等工作。 硫化礦物油
將硫粉混入油內，可獲得抗蝕性切削性。

50 10-5 切削劑的種類與應用 2 切削劑的選用及注意事項 1.使用高速鋼車刀車削時，儘量充分使用水溶性切削劑，避免車刀過熱軟化。
2.鑄鐵材料含石墨成分，具潤滑效果。另切屑易成屑片或碎末狀，而使切削劑混濁，故多用乾切削，或以壓縮空氣冷卻。 3.碳化物車刀於高速高溫切削時，不可突然加注切削劑，以免車刀發生龜裂。 4.低速切削宜用較濃的切削劑，細切削宜用豬油及含硫量少之硫化油。

51 10-5 切削劑的種類與應用