1．刀具材料

1）涂層刀具

    涂層刀具是在刀具基體上涂覆硬質(zhì)耐磨金屬化合物薄膜区基，以達到提高刀具表面硬度和耐磨性的一種用于高速切削的刀具。常用的刀具基體材料主要有高速鋼韭张、硬質(zhì)合金砍绞、金屬陶瓷和陶瓷等。涂層材料有TiN策冕、TiC冲杀、Al2O3、TiCN睹酌、TiAlN和TiAlCN等权谁。涂層可以是單涂層，也可以是雙涂層或多涂層憋沿，甚至是幾種涂層材料復合而成的復合涂層旺芽。

    復合涂層可以是TiC－Al2O3－TiN、TCN和TiAlN多元復合涂層辐啄，最新又發(fā)展了TiN/NbN和TiN/CN等多元復合薄膜碳胳。如商品名為“Fire”的孔加工刀具復合涂層，它用TiN作底層甘磨，以保證與基體間的結(jié)合強度铛漓；由多層薄涂層構(gòu)成的中間層為緩沖層，用來吸收斷續(xù)切削產(chǎn)生的振動砸民；頂層是具有良好耐磨性和耐熱性的TiAlN層抵怎。另外，還可在“Fire”的外層上涂減磨涂層岭参。其中反惕，TiAlN層在高速切削中性能優(yōu)異，最高切削溫度可達800℃麸奇。近年開發(fā)出的一些PVD硬涂層材料马怎，有CBN、CN履婆、Al2O3骤扰、多晶氮化物（TiN／NbN，TiN／VN）等各囤，它們在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性胜姥，很適合高速與超高速切削站么。金剛石膜涂層刀具主要用于有色金屬加工，而C－C3N4超硬涂層的硬度則有可能超過金剛石裤谆。

    軟涂層刀具惨译，如MoS2和WS2作為涂層材料的高速鋼刀具主要用于高強度鋁合金和鈦合金等的加工。此外兢假，最新開發(fā)的納米涂層材料刀具在高速切削中的應用前景也很廣闊一黄。如日本住友公司的納米TiN/AlN復合涂層銑刀片，共2000層涂層援雇，每層只有2.5nm厚矛渴。

2）金屬陶瓷刀具

    金屬陶瓷主要包括高耐磨性能的TiC基硬質(zhì)合金（TiC+Ni或Mo）、高韌性的TiC基硬質(zhì)合金（TiC+TaC+WC）惫搏、強韌的TiN基硬質(zhì)合金和高強韌性的TiCN基硬質(zhì)合金（TiCN+NbC）等具温。這些合金做成的刀具可在vc=300～500m/min的范圍內(nèi)高速精車鋼和鑄鐵。金屬陶瓷可制成鉆頭筐赔、銑刀和滾刀铣猩。如日本研制的金屬陶瓷滾刀，vc =600m/min茴丰，約是硬質(zhì)合金滾刀的10～20倍达皿，加工表面的粗糙度值Rmax為2μm，比HSS滾刀（Rmax15μm）和?硬質(zhì)合金滾刀（Rmax8μm）小得多贿肩，耐磨性是HSS的4倍峦椰，是硬質(zhì)合金的2倍。

3）陶瓷刀具

    陶瓷刀具可在vc=200～1000m/min的范圍內(nèi)切削軟鋼尸曼、淬硬鋼和鑄鐵等材料们何。

4）CBN刀具

    CBN刀具是高速精加工或半精加工淬硬鋼萄焦、冷硬鑄鐵和高溫合金等的理想刀具材料犁谓，可以實現(xiàn)“以車代磨”。國外還研制了CBN含量不同的CBN刀具淋塌，以充分發(fā)揮CBN刀具的切削性能叫逸。據(jù)報導，CBN300加工灰鑄鐵的速度可達2000m/min乾乘。

5）PCD刀具

    PCD刀具可實現(xiàn)有色金屬和非金屬耐磨材料的高速加工俄耸。據(jù)報導，鑲PCD的鉆頭加工Si－Al合金的切削速度vc可達300～400m/min牺独，PCD刀具在加工鋁合金惊钮、鎂合金、石墨和粉末冶金坯料上谬堕，與硬質(zhì)合金刀具相比计员，其壽命提高了60～145倍薯替；采用高強度鋁合金刀體的PCD面銑刀加工鋁合金的速度vc可達3000～4000m/min，有的則達到了7000m/min假仙。20世紀90年代以后救辖，美、日相繼研發(fā)了金剛石薄膜刀具（車銑刀片氮唯、麻花鉆鉴吹、立銑刀和絲錐等），其壽命是硬質(zhì)合金刀具的10～140倍惩琉。

    這其中豆励，涂層硬質(zhì)合金刀具是應用最多、使用范圍最廣的一類刀具瞒渠，其性能價格比較好肆糕。陶瓷刀具的性能介于涂層硬質(zhì)合金刀具和超硬材料刀具之間，陶瓷刀具的硬度比硬質(zhì)合金高而價格比CBN和金剛石刀具低在孝，在一些場合下可以代替超硬材料刀具進行高速硬切削和干切削诚啃。

    CBN刀具和金剛石刀具硬度高、壽命長私沮，適用于大批量生產(chǎn)的場合以及有特殊要求的場合始赎，如精密切削高硬度材料等。CBN刀具材料具有高的熱硬性仔燕、高強度和高的抗熱沖擊性造垛，是高速精加工或半精加工淬硬鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金等的理想刀具材料低腕，但不能切削硬度低于45HRC的材料杰泡。金剛石刀具的耐磨性高，高速性能好颖怕，但抗沖擊能力差朋丢，切削鐵質(zhì)金屬化學穩(wěn)定性差，主要用于高速粗剔撮、精切有色金屬和非金屬材料请癣。

2．刀具夾頭

1）三棱變形精壓夾頭

    德國雄克公司生產(chǎn)的一種無夾緊元件的三棱變形靜壓夾頭的工作原理如圖1所示。該夾頭的內(nèi)孔在自由狀態(tài)下為三棱形母边，三棱的內(nèi)切圓直徑小于要裝夾的刀柄直徑砍倾。利用一個液壓加力裝置，對夾頭施加外力蒲姥，使夾頭變形乎叫，內(nèi)孔變?yōu)閳A孔，孔徑略大于刀柄直徑六泞。此時插入刀柄语但，然后卸掉所加的外力凛忿，內(nèi)孔重新收縮成三棱形，對刀柄實行三點夾緊竞川。此種夾頭結(jié)構(gòu)緊湊店溢、對稱性好、精度高委乌，刀具裝卸簡單床牧，且對不同膨脹系數(shù)的硬質(zhì)合金刀柄和高速鋼刀柄均可適用。

2）熱裝夾頭

    熱裝夾頭也是一種無夾緊元件的夾頭遭贸。它通常利用高能場的感應加熱線圈戈咳，把刀柄的夾持部分在短時間（10s）內(nèi)加熱，刀柄內(nèi)徑隨之擴張壕吹，此時立即把刀具裝入刀柄內(nèi)著蛙，當?shù)侗鋮s收縮時，即可賦予刀具夾持面均勻的壓力耳贬，從而產(chǎn)生很高的徑向夾緊力將工具牢牢夾持住踏堡。裝上或卸下切削工具后，夾頭迅速冷卻咒劲，因此今伏，熱量極少傳遞至夾頭的其他部位或刀具的柄部。

    除此之外還有一些適用于高速加工的刀具夾頭轴布，如彈簧夾頭癌越、液壓夾頭、動平衡夾頭和TRIBOS夾頭等缓捂。

3．刀柄結(jié)構(gòu)

    傳統(tǒng)的刀柄結(jié)構(gòu)不能適應高速加工的需要洲芥，主要是不能滿足連接剛度、精度茄妇、動平衡以及快速換刀的要求昌嘶。目前有兩種思路可以解決高速加工刀柄結(jié)構(gòu)問題：一是仍采用現(xiàn)有的7∶24錐度而對其結(jié)構(gòu)進行改進，如美國生產(chǎn)的WSU刀柄娇裁；另一方面是摒棄原有的7∶24錐度而采用新的替代型結(jié)構(gòu)从秃，如HSK刀柄和KM刀柄等。

    WSU刀柄利用了虛擬錐度的概念荞篙，即以離散的點或線形成一個錐面，與主軸內(nèi)錐孔面接觸科绣，如圖2所示殿姑。實現(xiàn)這些點線接觸的元件是彈性的。因此肯适，當拉桿軸向拉力使刀柄與主軸端面定位接觸時变秦，只會使刀柄錐體這些彈性元件變形成榜，而刀柄不變形。這種方法可使接觸錐部獲得較大的過盈量蹦玫，而不需太大的拉力赎婚，也不會使主軸膨脹，對接觸面的污染不敏感樱溉。

    例如挣输，WSU－1刀柄要求的加工精度與普通刀柄相同，刀柄的錐部仍采用7∶24錐度福贞，但它的直徑比相同法蘭尺寸的標準刀柄錐度的直徑要小撩嚼，錐柄的外表面套有由金屬或塑料保持架固定的直徑相同的滾珠，由滾珠形成的虛擬錐直徑約比主軸內(nèi)錐孔直徑大5～10μm挖帘，在拉桿拉力作用下完丽，滾珠發(fā)生彈性變形，刀柄在主軸錐孔內(nèi)移動到刀柄法蘭與主軸端面接觸為止拇舀。?

    滾珠的材料為金屬漱屁、塑料或者玻璃，其制造精度要求很高株矩，球面精度和直徑制造精度都在1μm以下役寡，嚴格的制造精度可以保證虛擬錐與主軸錐孔有良好的配合。

    這種連接的主要優(yōu)點有：實現(xiàn)了端面與錐面的同時接觸定位款拣，剛度和高速性能好超棚，主軸不會膨脹，對軸承沒有影響朋傲；接觸區(qū)變形大应惠，虛擬錐部與主軸錐孔沒有間隙，刀桿的徑向圓跳動小昨跺，拉桿產(chǎn)生的軸向力在接觸錐部損失小天尤，施加在刀軸接觸端面的壓力大，接觸面摩擦力增大发娶，在某種程度上可用來傳遞轉(zhuǎn)矩擦钾，具有良好的動平衡性能。

    HSK刀柄是一種新型的高速錐形刀柄抽碌，其接口采用錐面和端面兩面同時定位的方式悍赢。HSK刀柄結(jié)構(gòu)及與主軸的連接，HSK工具系統(tǒng)采用1∶10錐度货徙，刀柄為中空短柄左权，刀柄長度約為傳統(tǒng)刀柄長度的1/2，楔形效果好，抗扭能力強赏迟。

    其工作原理是靠鎖緊力及主軸內(nèi)孔的彈性膨脹來補償端面間隙的屡贺。由于中空刀柄自身有較大的彈性變形，因此對刀柄的制造精度要求相對較低锌杀。刀柄與主軸之間由擴張爪鎖緊甩栈，轉(zhuǎn)速越高，擴張爪的離心力越大糕再，鎖緊力越大量没，因此具有良好的高速性能。又由于HSK工具系統(tǒng)質(zhì)量較小亿鲜、柄部又較短允蜈，因此有利于高速自動換刀及機床的小型化，但中空短柄結(jié)構(gòu)也使其系統(tǒng)的剛性和強度受到了一定影響竹肚。HSK整體式刀柄采用平衡式設計帆田，刀柄結(jié)構(gòu)有A、B勾勃、C般蚪、D、E区糟、F六種恶稼，其中A、B型為自動換刀刀柄潮兼，C沪蜕、D型為手動換刀刀柄，E始树、F型為無鍵連接的對稱結(jié)構(gòu)泞首。實際應用時，HSK50和HSK63刀柄適用的主軸轉(zhuǎn)速可達25000r/min绳宰，HSK100適用的主軸轉(zhuǎn)速為12000r/min掖饲。
 
 
 

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