刀具技術特別是刀具材料的進步對高速切削加工的發(fā)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(fā)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(yōu)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(jīng)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(jù)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(zhuǎn)刀具要在很高的轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)速下，刀具與主軸間廣泛采用的7∶24錐度聯(lián)結，當高速旋轉(zhuǎn)時，由于實心錐柄不能像主軸孔那樣受離心力作用發(fā)生“脹大”，兩者之間出現(xiàn)間隙會導致刀具在錐孔內(nèi)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(lián)結性能差的缺點，相繼開發(fā)出了一些適合高速切削的聯(lián)結方式，如：HSK工具系統(tǒng)和Capto工具系統(tǒng)。
　　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(xiàn)高速切削，刀具材料是關鍵。高速切削材料主要有硬質(zhì)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(yōu)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(jù)所加工的工件材料和加工性質(zhì)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(wěn)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)合金及其他難加工材料的高速切削。CBN刀具是實現(xiàn)以車代磨的最佳刀具之一。
　　2 刀具
　　以下介紹在加工中心上加工殼體常用的刀具。
　　（1）銑刀
　　在面銑時，由于銑刀和工件之間的關系，尺寸和位置是重要的因素。在選擇刀具時，工件的寬度決定銑刀的直徑。對于加工小件而言，一般刀具直徑比工件大30%是比較理想的，但是機床功率和穩(wěn)定性在許多情況下起決定作用。面銑常常需要幾次走刀才能完成。
　　在優(yōu)化銑削效果時，銑刀的刀片是另一個重要因素。在任何一次銑削時如果同時參加切削的刀片數(shù)多于一個是優(yōu)點，但同時參加切削的刀片數(shù)太多就是缺點。在切削時每一個切削刃不可能同時切削，所要求的功率和參加切削的切削刃多少有關。就切屑形成過程，切削刃負載以及加工結果來說，銑刀相對于工件的位置起到了重要作用。在面銑時，用一把比切削寬度大約大30%的銑刀并且將銑刀位置在接近于工件的中心，那么切屑厚度變化不大。在切入切出的切屑厚度比在中心切削時的切削厚度稍稍薄一些。
　　為了確保使用足夠高的平均切屑厚度/每齒進給量，必須正確地確定適合于該工序的銑刀刀齒數(shù)。銑刀的齒距是有效切削刃之間的距離。可根據(jù)這個值將銑刀分為3個類型——密齒銑刀、疏齒銑刀、特密齒銑刀。
和銑削的切屑厚度有關的還有面銑刀的主偏角。主偏角是刀片主切削刃和工件表面之間的夾角，主要有45度、90度角和圓形刀片。切削力的方向變化隨著主偏角的不同將發(fā)生很大的變化：主偏角為90度的銑刀主要產(chǎn)生徑向力，作用在進給方向，這意味著被加工表面將不承受過多的壓力，對于銑削結構較弱的工件是比較可靠。
　　主偏角為45度的銑刀其徑向切削力和軸向大致是相等的，所以產(chǎn)生的壓力比較均衡，對機床功率的要求也比較低，特別適合于銑削產(chǎn)生崩碎切屑的短屑材料工件。
　　圓形刀片的銑刀意味著主偏角從0度到90度連續(xù)變化，這主要取決于切削深度。這種刀片切削刃強度非常高，由于沿長切削刃方向產(chǎn)生的切屑比較薄，所以適合大的進給量。沿刀片徑向切削力的方向在不斷改變，而且在加工過程中所產(chǎn)生的壓力將取決于切削深度。現(xiàn)代刀片幾何槽形的研制使圓形刀片具有平穩(wěn)的切削效應、對機床功率需求較低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。今天，它已不再是一種有效的粗銑刀，在面銑和立銑中都有廣泛的應用。
　　相對于工件的進給方向和銑刀的旋轉(zhuǎn)方向有兩種方式。第一種是順銑，銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和切削的進給方向是相同的，在開始切削時銑刀就咬住工件并切下最后的切屑。第二種是逆銑，銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和切削的進給方向是相反的，銑刀在開始切削之前必須在工件上滑移一段，以切削厚度為零開始，到切削結束時切削厚度達到最大。
　　在三面刃銑刀、某些立銑或面銑時，切削力有不同方向。面銑時，銑刀正好在工件的外側(cè)，切削力的方向更應特別注意。順銑時，切削力將工件壓向工作臺，逆銑時切削力使工件離開工作臺。
由于順銑的切削效果最好，通常首選順銑，只有當機床存在螺紋間隙問題或者有順銑解決不了的問題時，才考慮逆銑。
　　在理想狀況下，銑刀直徑應比工件寬度大，銑刀軸心線應該始終和工件中心線稍微離開一些距離。當?shù)毒哒龑η邢髦行姆胖脮r，極易產(chǎn)生毛刺。切削刃進入切削和退出切削時徑向切削力的方向?qū)⒉粩嘧兓C床主軸就可能振動并損壞，刀片可能碎裂而加工表面將十分粗糙。銑刀稍微偏離中心，切削力方向?qū)⒉辉俨▌印姷秾@得一種預載荷。我們可以把中心銑削比做在馬路中心開車。
　　銑刀刀片每一次進入切削時，切削刃都要承受沖擊載荷，載荷大小取決于切屑的橫截面、工件材料和切削類型。切入切出時，切削刃和工件之間是否能正確咬合是一個重要方向。
　　當銑刀軸心線完全位于工件寬度外側(cè)時，在切入時的沖擊力是由刀片最外側(cè)的刀尖承受的，這將意味著最初的沖擊載荷由刀具最敏感的部位承受。銑刀最后也是以刀尖離開工件，也就是說刀片從開始切削到離開，切削力一直作用在最外側(cè)的刀尖上，直到?jīng)_擊力卸荷為止。當銑刀的中心線正好位于工件邊緣線上時，當切屑厚度達到最大時刀片脫離切削，在切入切出時沖擊載荷達到最大。當銑刀軸心線位于工件寬度之內(nèi)時，切入時的最初沖擊載荷沿切削刃由距離最敏感刀尖較遠的部位承受，而且在退刀時刀片比較平穩(wěn)的退出切削。
　　對于每一個刀片來說，當要退出切削時切削刃離開工件的方式是重要的。接近退刀時剩余的材料可能使刀片間隙多少有所減少。當切屑脫離工件時沿刀片前刀面將產(chǎn)生一個瞬時拉伸力并且在工件上常常產(chǎn)生毛刺。這個拉伸力在危險情況下危及切屑刃安全。
　　當銑刀軸心線和工件邊緣線重合或接近工件的邊緣線時，情況將很嚴重。達到較好銑削的總結：
　　①檢查機床的功率和剛度，以保證所需要的銑刀直徑能夠在機床上使用。
　　②主軸上刀具的懸伸量盡可能達到最短，減小銑刀軸線與工件位置對沖擊載荷的影響。
　　③采用適合于該工序的正確的銑刀齒距，以確保在切削時沒有太多的刀片同時和工件嚙合而引起振動，另一方面，在銑削狹窄工件或銑削型腔時要確保有足夠的刀片和工件嚙合。
　　④確保采用每刀片的進給量，以便在切屑足夠厚時能獲得正確的切削效果，從而減小刀具磨損。采用正前角槽形的可轉(zhuǎn)位刀片，從而獲得平穩(wěn)的切削效果以及最低的功率。
　　⑤選用適合于工件寬度的銑刀直徑。
　　⑥選用正確的主偏角。
　　⑦正確的放置銑刀。
　　⑧僅僅在必要時使用切削液。
　　⑨遵循刀具保養(yǎng)及維修的規(guī)則，并且監(jiān)控刀具磨損。
　　（2）鉆頭
　　鉆頭是孔加工刀具中應用最廣的刀具，尤其是鉆削ф30mm以下的孔時，鉆頭從結構上分為整體式和可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭，由于汽車工業(yè)追求高的生產(chǎn)效率，臺肩和倒角復合鉆的應用也越來越廣泛。
　　許多工件上都需要鉆削一個孔或數(shù)個孔，而且如今這些孔大多數(shù)都是在數(shù)控機床和加工中心上加工。從原理上講，有許多不同類型的孔，在這些孔之間最普遍的差異是配合間隙。這些孔包括螺紋孔、有極好配合要求的孔、管道孔以及為去除重量而加工出的孔等。這些孔是通孔或者是盲孔，對切削刀具和方法有不同的要求。
　　在鉆削過程中，為了以有效的方法達到滿意的效果，需要考慮4個主要因素。
　　①直徑和孔深的比值；
　　②被加工孔需要的精度和表面粗糙度；
　　③工件材料類型、質(zhì)量和硬度；
　　④機床，尤其是加工條件和主軸轉(zhuǎn)速；
　　這些因素將影響鉆頭類型的選擇和應用。在所有的加工過程中，工件、機床和工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性是最重要的。在考慮什么類型的鉆頭適用于加工工序時，鉆削工藝起著某些制約作用。最小的可轉(zhuǎn)位刀片直徑為12.7mm。
　　（3）鏜刀
　　鏜刀按結構分為整體式、裝夾式和可調(diào)式，可調(diào)式又分為微調(diào)式和差動式。在汽車變速器殼體加工中常用的主要是單刃微調(diào)式鏜刀和雙刃粗鏜刀。
　　粗鏜刀利用軸向調(diào)節(jié)機構，使兩刃高度完全一致，取得理想的平衡狀態(tài)，防止振動。進給螺紋是精鏜頭的命脈，在一些廠家采用配對生產(chǎn)法，將螺絲與螺母間的齒隙限制在最小，獲得最高的可靠性。在鏜背面的孔時，往往需要將工件反裝，或回轉(zhuǎn)工作臺，這樣不僅浪費時間，而且很難保證同軸度，日本BIG公司生產(chǎn)的EWN精鏜頭只需將刀片反裝即可進行反鏜加工，即保證精度有提高生產(chǎn)效率。對于有高精度要求的孔要求刀桿有高的動平衡效果，在BIG公司生產(chǎn)的高速小孔精鏜頭移動平衡環(huán)，內(nèi)藏的平衡塊既會移動，根據(jù)說明書中的相關數(shù)據(jù)，將平衡環(huán)轉(zhuǎn)到相應的位置既可使鏜頭處于平衡狀態(tài)。
（4）攻絲
在加工中心上有兩種攻螺紋方式，高精度自動倒轉(zhuǎn)攻螺紋器，最高轉(zhuǎn)速達6000r/min，不需任何補償作用的剛性攻。這兩種攻螺紋的方式各有優(yōu)劣，因此依照加工要求而選擇，在大量生產(chǎn)中，因追求高效率，自動倒轉(zhuǎn)攻螺紋器將有利于生產(chǎn)，但它機構復雜、附件繁多、維修不易、價格昂貴。目前，隨著CNC加工中心使用數(shù)量的增加，剛性攻絲將日漸普及。
　　使用剛性攻螺紋時，由于加工中心的數(shù)控系統(tǒng)控制軸向進給，故絲錐本身不需負擔控制任務，剛性攻螺紋時，絲錐的旋轉(zhuǎn)速度與機械主軸軸向進給為100%同步，絲錐可夾持在固定刀柄中，不需任何浮動功能。
攻絲所用刀柄一般為彈性夾緊式。
　　（5）復合刀具
　　為了保持高效率，我們必須使“在切削”時間最大化，使沒有花在實際切削方式下的相關時間最小化。在刀具方面，如何使在切削時間最短，那就是復合刀具，一把刀具的工作過程為換刀—刀具或工作臺的快速移動—切削速度移動—快速退回換刀點，如果將兩把刀具復合，則可節(jié)省一把刀具的換刀時間、快速移動時間和切削開始前3～5mm的安全距離。主要的復合刀具有鉆孔倒角復合刀具、粗鏜與倒角復合鏜刀。但是刀具是否復合必須經(jīng)過計算或試驗，以加工時間最短為標準。
　　
　　
　　來源：中國工具信息網(wǎng)