高速切削加工的刀具选取

    刀具技术特别是刀具材料的进步对高速切削加工的发展起到了很大作用。在高速切削领域，当前主要使用金属陶瓷、陶瓷、涂层和超硬材料四类刀具，它们各有其特性和应用范围，并相互补充。其中涂层刀具发展最快，而且在高速切削领域有巨大应用潜力，目前在全部刀具中已占有50%以上的比重。

     超硬材料刀具在高速切削领域独占优势，其实际应用与日俱增。在这类刀具中，PCD聚晶金刚石刀具是高速切削铝合金和非金属材料的最佳选择，而金刚石涂层刀具则不仅已经实用化且增长势头很猛；PCBN聚晶立方氮化硼刀具适用于以更高速度切削铸铁、淬硬钢等材料，CBN立方氮化硼涂层刀具也有望在近期取得重大技术突破。

    为了使高速切削刀具有足够的使用寿命和低的切削力，应根据不同的工件材料选择最佳的刀具几何角度。与普通切削相比，高速切削刀具前角一般要小一些甚至是负前角，后角要稍大一点，且常采用修圆或刀尖倒角来增大刀前角，以防止刀尖处的热磨损。由于进行高速切削的旋转刀具要在很高的转速下工作，离心力问题非常突出，故要求其刀体结构和刀片夹紧结构应十分可靠，同时需要在动平衡仪上经过严格的动平衡，最好能进一步安装在机床上与主轴组件一起进行动平衡。

    在普通转速下，刀具与主轴间广泛采用的7∶24锥度联结，当高速旋转时，由于实心锥柄不能像主轴孔那样受离心力作用发生“胀大”，两者之间出现间隙会导致刀具在锥孔内摆动，从而引起刀具的轴向定位误差和破坏结构的动平衡。为了克服这种高速下联结性能差的缺点，相继开发出了一些适合高速切削的联结方式，如：HSK工具系统和Capto工具系统。

下面详细介绍刀具、刀柄及切削用量的选取。

1 刀具材料

    要实现高速切削，刀具材料是关键。高速切削材料主要有硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具。它们各有优点，适合不同的工件材料和不同的切削速度范围。必须注意的是刀具材料与工件材料之间有一个适配性问题，即一种刀具材料加工某种工件材料时性能良好，但加工另一种工件材料时却不理想，换句话说，不存在一种可适用于所有工件材料高速加工的万能刀具材料。

    高速切削刀具材料必须根据所加工的工件材料和加工性质来选择。一般而言，陶瓷刀具、涂层刀具及CBN刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工；PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属的高速加工；陶瓷刀具已应用于加工各种铸铁、钢件、热喷涂喷焊材料、镍基高温合金等；金刚石刀具适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。

    由于金刚石的热稳定性差，切削温度达到800℃时，就会失去其硬度。因为金刚石和铁有很强的化学亲和力，在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构，刀具极容易损坏，因此金刚石刀具不适合于加工钢铁类材料，在切削有色金属时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十甚至几百倍。

    立方氮化硼刀具既能胜任淬硬钢、轴承钢、高速钢、冷硬铸铁的粗、精车削，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。CBN刀具是实现以车代磨的最佳刀具之一。