刀具作為直接或間接安裝在機(jī)床上搭奄，用以完成工件加工任務(wù)的工具替熊，我們必須考慮兩個適用性和一個協(xié)調(diào)性。即適用于所選用的機(jī)床截剩，適用于所選用的工件绊寞，以及與加工任務(wù)相匹配。

　　首先是與機(jī)床匹配诬忱。

　　各位可能首先想到的条赚，是外形和尺寸的匹配。

　　的確疚编，外形和尺寸的匹配是刀具在機(jī)床上能夠正確安裝的基礎(chǔ)递思。沒有這個基礎(chǔ)，刀具無法被正確地安裝在機(jī)床上在膏，因此也就談不上完成什么加工任務(wù)毕删。

　　但是镜会，僅有這一點是不夠的。

　　刀具在被安裝在機(jī)床上之后终抽，是需要完成一定的加工任務(wù)的戳表。在完成這個加工任務(wù)的過程中，需要保證加工精度昼伴、需要承受和傳遞切削力和切削扭距匾旭、需要完成切削熱的承受、傳遞和導(dǎo)出圃郊，需要考慮有可能的切削廢棄物(切屑和料頭)甚至是工件的傳輸价涝，以及現(xiàn)代的刀具參數(shù)數(shù)字化傳遞等等。

　　這些任務(wù)有些雖然不是常見持舆，確也是刀具可能承擔(dān)的任務(wù)色瘩。如果我們能夠在選擇刀具，考慮刀具與機(jī)床的匹配性方面一并考慮逸寓，會增加我們解決加工問題的思路居兆。

　　保證加工精度、傳遞切削力和力矩席覆、提供切削液的通道是我們目前在保證外形和尺寸的匹配后史辙，經(jīng)常會遇到的問題。例如在加工中心上袄优，我們經(jīng)常使用圓柱形(通常稱為直柄)作為夾持方式鹏愚。那么就圓柱形的刀柄，除典型的完整的圓柱形外紫掷，還有一些在圓柱形上增加一些其它要素的變化味羡，如削平型直柄(銑刀按直徑分為單削平面和雙削平面兩種，鉆削常見全削平面伯梧，都被稱為側(cè)壓式)院蜘，帶2°傾斜的斜削平式，帶扁尾的直柄(常用于鉆頭)惊眠，帶方身的直柄(常用于絲錐和鉸刀)等多種方式纳傍。

　　就這類刀柄與機(jī)床的聯(lián)結(jié)方式來說，只用圓柱部分定位尖鲜、夾緊的也不在少數(shù)拧亡。各種壓力角的彈簧套系統(tǒng)，強(qiáng)力夾頭系統(tǒng)宣璧，液壓鎖緊系統(tǒng)谤碳、熱膨脹裝夾系統(tǒng)、力變形鎖緊系統(tǒng)等都是用于鎖緊圓柱刀柄的溢豆。但各種夾持方式各有優(yōu)點和缺點蜒简。就拿最常見的彈簧套系統(tǒng)來說瘸羡，大的壓力角(此處將壓力角定義為錐面鎖緊的正壓力與圓柱軸線的夾角)，即大的錐角代表鎖緊行程較短搓茬，有利于快速地鎖緊與松開犹赖，但在相同的鎖緊力矩下分解到圓柱面上的正壓力較小，由此產(chǎn)生的摩擦力距小卷仑，能夠抵抗的切削力距也相應(yīng)比較小冷尉，刀具易在刀柄中產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象，影響加工過程的平穩(wěn)性和加工表面質(zhì)量系枪；同時此類夾頭可夾持的刀柄直徑變化范圍較大，有利于減少彈簧套的庫存磕谅，優(yōu)化管理私爷。而小的壓力角就相反。小的壓力角的彈簧套可夾持的刀柄直徑范圍較小膊夹，夾緊時的鎖緊行程較長痒仇，不利于快速夾緊與松開，但其夾持精度稍高邀敲，夾緊力大恰印，能承受更大的切削載荷。

　　液壓鎖緊系統(tǒng)是一種新興的夾持系統(tǒng)珍媚，它利用高粘度液壓油的不可壓縮性使刀具夾持腔的內(nèi)壁發(fā)生彈性變形瓢圈，從而鎖緊刀具。液壓鎖緊系統(tǒng)的精度高尼布，鎖緊與松開不需要專門的器械從而顯得比較方便珊场，鎖緊力矩通常也優(yōu)于彈簧套系統(tǒng)，但其內(nèi)壁只能在彈性變形的范圍內(nèi)工作朦舟。一旦超出此范圍逼酗，內(nèi)壁就會出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的塑性變形，就會造成該刀柄裝夾腔的永久性失效投湿。因此诽昨，削平型刀柄，尤其是鉆削刀具常用的全削平型刀柄是不能在液壓鎖緊系統(tǒng)中使用的不从∠Ы悖空腔施壓、刀柄未插到容腔底部等消返，也是會導(dǎo)致該系統(tǒng)損壞失效的常見原因载弄。

　　熱膨脹裝夾系統(tǒng)則通常需要專用設(shè)備，這樣的設(shè)備以能控制加熱撵颊、冷卻按多種預(yù)定模式進(jìn)行的為佳宇攻。非專業(yè)的加熱設(shè)備(甚至火焰加熱)也許可以使用惫叛，但常常由于溫度和加熱曲線不能得到良好的控制而對刀柄的其它部分受到影響，甚至改變其金相組織逞刷，從而使系統(tǒng)很快失效嘉涌。另外就是熱膨脹裝夾系統(tǒng)的刀具長度難以調(diào)整，需要專門的輔助工具夸浅，這給在需要多刀具同步工作的場合增添了一些麻煩仑最。

　　在另一方面，刀具夾持方式也可能決定著生產(chǎn)效率的可能值帆喇。

　　圓柱刀柄和液壓警医、熱膨脹都是可以適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速的平衡設(shè)計，而削平型的裝夾卻是一種典型的非平衡設(shè)計馁雏，刀具廠商都將其列入不推薦用于高速切削的行列酱晾。

　　就刀柄本身而言，在被銑(或磨)去一部分材料形成壓力面時托俯，刀柄部分的重心即與刀具的回轉(zhuǎn)中心不重合了赠飞。在刀具夾緊的過程中，削平柄被鎖緊螺釘推向已經(jīng)偏離中心的那一側(cè)雹纤，刀具的重心將進(jìn)一步偏離刀具在機(jī)床上的回轉(zhuǎn)中心篙协，這些都增加了刀具的不平衡。加上一些使用者在原始的鎖緊螺釘損壞或遺失后隨意配上一個螺釘墓趋，長度等往往沒有在意粟朵，這樣的行為也給刀具的平衡性能增加了不確定性。因此奈兢，削平型(包括斜削平)都不建議在高速下使用滔菠。

　　但削平型是帶有強(qiáng)制驅(qū)動性質(zhì)的刀柄，它較純圓柱完全依靠摩擦力傳動在高扭距下更為可靠汪兢。因此批斯，在粗加工(粗加工一般扭距大，但轉(zhuǎn)速較低)時還是比較合適的掷漱。

　　其次粘室，是刀具與被加工工件的適用性。

　　這其中包含的內(nèi)容比較多卜范。

　　適用于加工工件的材料和力學(xué)條件

　　刀具上最重要的基本點是刀尖衔统。所謂刀尖，從定義上是主海雪、副切削刃的交點锦爵。而主切削刃是前刀面與主后刀面的交線，副切削刃是前刀面與副后刀面的交線；因此刀尖實際上也是前刀面险掀、主后刀面沪袭、副后刀面三個面的交點。加上工作狀態(tài)樟氢，它與工件接觸的點也是在工件上已加工表面和切削平面(又稱過渡表面)的交線上冈绊。因此，它實際上是五個面和兩個刃的匯集點埠啃。

　　但是死宣，本文說將的刀尖，要比上述定義的范圍大一些吮蒜，它是指上述概念“刀尖”及其刀具上鄰近該“刀尖”的周邊地區(qū)跷碰。

　　構(gòu)成這個刀尖切削性能的，有三個主要因素：基體材料催岔、表面狀態(tài)睬嘿、幾何形狀。這三者以及它們的交互作用闭榛，基本上決定了這個刀尖具有什么樣的切削性能。

　　基體材料：現(xiàn)在許多刀具都具備了涂層跌缩，但基體材料仍然對刀尖的性能發(fā)揮著非常重要的作用衍肥。涂層通常很薄，大部分的涂層的厚度在3～25μm(約人類頭發(fā)的健?倍)雀肠，其能夠直接承受的切削力和切削熱還是很有限的刀念，大部分的切削力、切削熱要依靠刀具的基體材料來承受胁会。目前主要用于刀具基體材料的贺潜，有高速鋼、鎢基硬質(zhì)合金(即平時就稱為硬質(zhì)合金的)施绎、鈦基硬質(zhì)合金(平時許多人稱之為金屬陶瓷)溯革、陶瓷(氧化物陶瓷、氮化物陶瓷谷醉、混合陶瓷等)致稀、立方氮化硼(CBN)、人造金剛石(PCD俱尼，德文縮寫為PKD)幾大類抖单。目前以硬質(zhì)合金最為常用。

　　鎢基硬質(zhì)合金分為鎢鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金兩個大類(參見漫筆硬質(zhì)合金的發(fā)明一文)遇八。鈷在硬質(zhì)合金中所起的作用是粘結(jié)相矛绘，因此，基體材料的鈷含量越高刃永，在同等條件下就抗沖擊能力越強(qiáng)货矮。而碳化鎢羊精、碳化鈦等是硬質(zhì)相，硬質(zhì)相越多次屠，基體材料的硬度就越高脆逊。因此，通常精加工時由于加工余量均勻拇蟋，一般沖擊較小棒鞍，可選用含鈷較少的硬質(zhì)合金，刀具的耐磨性也比較好蓖搅；而粗加工時則經(jīng)常會面對余量不均勻的情況崖蟀，宜采用含鈷量較高的硬質(zhì)合金，這樣對防止粗加工時刀具的突然崩刃翩汰，發(fā)揮刀具應(yīng)有的耐用度還是很有意義的吹迎。

　　硬質(zhì)合金細(xì)顆粒化

　　基體材料近年來的一個技術(shù)進(jìn)步是富鈷層技術(shù)溃耸。采用富鈷層技術(shù)的硬質(zhì)合金是通過一定的工藝湃足，使硬質(zhì)合金中的鈷相對向表層集中，這樣硬質(zhì)合金的中心部分就有更高的硬度发惭，而表面因具有更多的鈷而韌性更強(qiáng)剂户。切削中切屑的沖擊主要是發(fā)生在表層，采用富鈷層的刀具更能夠抵御這樣的沖擊罩锐。

　　基體的另一個主要變化在于細(xì)顆练畋罚化。在相同或相近的化學(xué)成分下涩惑，顆粒細(xì)化能明顯提高硬質(zhì)合金的強(qiáng)度仁期。從某種方面看，硬質(zhì)合金的強(qiáng)度分析與砂輪的強(qiáng)度分析頗有相似之處竭恬。硬質(zhì)合金刀具的強(qiáng)度實際上也是有兩方面構(gòu)成的跛蛋，一是硬質(zhì)相本身的強(qiáng)度，即硬質(zhì)相抵御外力破壞的能力痊硕，另一方面是粘結(jié)相保護(hù)硬質(zhì)相不致脫落问芬、位移的能力。細(xì)化的硬質(zhì)合金首先是由于硬質(zhì)相顆粒的細(xì)小化寿桨，致使其破壞的臨界外力增加了此衅。好比我們要扳斷一支粉筆很容易，而要扳斷一個粉筆頭卻要困難得多亭螟。

　　刀具涂層：有資料說挡鞍，所有切削刀具中70-80%都是涂層刀具。涂層改善了所有切削刀具基體材料的切削性能：高速鋼(HSS)、硬質(zhì)合金胀爸、金屬陶瓷夜墓、陶瓷、超硬材料等等锌德。

　　刀具為什么需要進(jìn)行涂層泰锦？它的主要作用包括以下幾個方面： 　

　　延長刀具壽命

　　抗磨粒磨損

　　抗月牙洼磨損

　　防止積屑瘤的產(chǎn)生

　　提高加工效率

　　通常以通過提高切削速度的方式實現(xiàn)

　　改善工件表面光潔度

　　通常的刀具涂層分為化學(xué)涂層(CVD)和化學(xué)涂層(PVD)兩大類別≌尤牵化學(xué)涂層主要用于涂覆碳化鈦(TiC)诗实、碳氮化鈦(TiCN)、氮化鈦(TiN)遥浑、三氧化二鋁(Al2O3)昆饲、金剛石(Diamond)等，而物理涂層可涂的種類繁多捞勿，如氮化鈦(TiN)蝗袄、碳氮化鈦(TiCN)、氮鋁化鈦(TiAlN)私周、二硼化鈦(TiB2)贮爹、氮化鋯(ZrN)、氮化鉻(CrN)育勺，還有鋁含量比氮鋁化鈦更高的氮鈦化鋁(AlTiN)但荤，用鉻來代替鈦的氮鉻化鋁(AlCrN)等等。另外還有一些如中溫化學(xué)涂層(MT-CVD)的碳氮化鈦(TiCN)怀大，一些等離子技術(shù)的化學(xué)涂等等。

　　近年來呀闻，相比化學(xué)涂層而言化借，物理涂層的發(fā)展很快，新的涂層品種層出不窮捡多。但是在常規(guī)的鋼鐵加工中蓖康，三氧化二鋁(Al2O3)涂層依然是絕對的主力。就目前的技術(shù)而言垒手，要想取得耐熱性能優(yōu)越的Al2O3膜層蒜焊，尤其是穩(wěn)定的a相Al2O3，化學(xué)涂層還是最好的選擇科贬。目前各家刀具制造廠商都在致力于在保證涂層結(jié)合力的前提下努力增厚Al2O3膜層的厚度泳梆，改善涂層與基體結(jié)合力、改善多層涂層的層間結(jié)合力渺广、改善表層涂層與工件的接觸捣睬，甚至設(shè)法控制膜層的晶粒按事先選定的方向成長。

　　山高刀具則發(fā)表了他們研究和改善涂層晶核形成的成果。山高刀具認(rèn)為克蝶，最優(yōu)化的成核作用使得磨損性能顯著提高僻携，而且這些種類的a-Al2O3層通常由相對較小的、表現(xiàn)為無孔隙度的無缺陷顆粒組成搔肉。<1 0 1 4>結(jié)構(gòu)的a-Al2O3層表現(xiàn)出最佳的耐磨性疹返。山高新的a基Al2O3鍍層DurAtomic"的制造水平達(dá)到原子級。結(jié)果使

　　但是化學(xué)涂層由于涂層溫度較高(約900～1000℃)律跺，基體與膜層間會出現(xiàn)一種脆性的η相，同時由于基體與膜層兩者熱膨脹系數(shù)不同而在高溫下導(dǎo)致涂層中裂紋的產(chǎn)生非畜。η相對涂層的結(jié)合力起著負(fù)面作用刚肠。微小的少量表面裂紋對刀具切削時是否具有負(fù)面作用雖然還沒有確實的證據(jù)支持，但至少是涂層表面裂紋擴(kuò)展的一個隱患亦弛。因此冒晰，德國豪澤涂層技術(shù)公司與瓦爾特合作開發(fā)了在較低的溫度下用物理涂層的方法制備Al2O3膜層的技術(shù)。對于這種技術(shù)竟块，其Al2O3膜層的金相組織壶运、穩(wěn)定性等情況我都還不得而知，但據(jù)瓦爾特(無錫)有限公司技術(shù)總監(jiān)鄂有鵬先生介紹浪秘，該涂層在加工不銹鋼和難加工材料方面的表現(xiàn)蒋情，還是可圈可點的。