高速切削加工的刀具選取

    刀具技術特別是刀具材料的進步對高速切削加工的發展起到了很大作用。在高速切削領域，當前主要使用金屬陶瓷、陶瓷、涂層和超硬材料四類刀具，它們各有其特性和應用范圍，并相互補充。其中涂層刀具發展最快，而且在高速切削領域有巨大應用潛力，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領域獨占優勢，其實際應用與日俱增。在這類刀具中，PCD聚晶金剛石刀具是高速切削鋁合金和非金屬材料的最佳選擇，而金剛石涂層刀具則不僅已經實用化且增長勢頭很猛；PCBN聚晶立方氮化硼刀具適用于以更高速度切削鑄鐵、淬硬鋼等材料，CBN立方氮化硼涂層刀具也有望在近期取得重大技術突破。

    為了使高速切削刀具有足夠的使用壽命和低的切削力，應根據不同的工件材料選擇最佳的刀具幾何角度。與普通切削相比，高速切削刀具前角一般要小一些甚至是負前角，后角要稍大一點，且常采用修圓或刀尖倒角來增大刀前角，以防止刀尖處的熱磨損。由于進行高速切削的旋轉刀具要在很高的轉速下工作，離心力問題非常突出，故要求其刀體結構和刀片夾緊結構應十分可靠，同時需要在動平衡儀上經過嚴格的動平衡，最好能進一步安裝在機床上與主軸組件一起進行動平衡。

    在普通轉速下，刀具與主軸間廣泛采用的7∶24錐度聯結，當高速旋轉時，由于實心錐柄不能像主軸孔那樣受離心力作用發生“脹大”，兩者之間出現間隙會導致刀具在錐孔內擺動，從而引起刀具的軸向定位誤差和破壞結構的動平衡。為了克服這種高速下聯結性能差的缺點，相繼開發出了一些適合高速切削的聯結方式，如：HSK工具系統和Capto工具系統。

下面詳細介紹刀具、刀柄及切削用量的選取。

1 刀具材料

    要實現高速切削，刀具材料是關鍵。高速切削材料主要有硬質合金、涂層刀具、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具。它們各有優點，適合不同的工件材料和不同的切削速度范圍。必須注意的是刀具材料與工件材料之間有一個適配性問題，即一種刀具材料加工某種工件材料時性能良好，但加工另一種工件材料時卻不理想，換句話說，不存在一種可適用于所有工件材料高速加工的萬能刀具材料。

    高速切削刀具材料必須根據所加工的工件材料和加工性質來選擇。一般而言，陶瓷刀具、涂層刀具及CBN刀具適合于鋼鐵等黑色金屬的高速加工；PCD刀具適合于對鋁、鎂、銅等有色金屬的高速加工；陶瓷刀具已應用于加工各種鑄鐵、鋼件、熱噴涂噴焊材料、鎳基高溫合金等；金剛石刀具適合于加工非金屬材料、有色金屬及其合金。

    由于金剛石的熱穩定性差，切削溫度達到800℃時，就會失去其硬度。因為金剛石和鐵有很強的化學親和力，在高溫下鐵原子容易與碳原子相互作用使其轉化為石墨結構，刀具極容易損壞，因此金剛石刀具不適合于加工鋼鐵類材料，在切削有色金屬時，PCD刀具的壽命是硬質合金刀具的幾十甚至幾百倍。

    立方氮化硼刀具既能勝任淬硬鋼、軸承鋼、高速鋼、冷硬鑄鐵的粗、精車削，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質合金及其他難加工材料的高速切削。CBN刀具是實現以車代磨的最佳刀具之一。