導(dǎo)讀：3D玻璃的到來，對CNC加工有不小的影響，詳情請見文章 手機3D玻璃時代對CNC加工行業(yè)的三點影響。不少專家指出，在未來，CNC都會是主流的加工模式。而在CNC加工工藝中，刀具是最為重要的，今天，我們來詳細了解一下CNC刀具。
 
一、CNC加工刀具概念
 
刀具是機械制造中用于切削加工的工具，又稱鋁合金刀具。廣義的切削工具既包括刀具，還包括磨具。絕大多數(shù)的刀具是機用的，但也有手用的。由于機械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料，所以"刀具"一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。
 
二、刀具的發(fā)展歷史
 
刀具的發(fā)展在人類進步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前28～前20世紀，就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國后期(公元前三世紀)，由于掌握了滲碳技術(shù)，制成了銅質(zhì)刀具。當(dāng)時的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。
 
然而，刀具的快速發(fā)展是在18世紀后期，伴隨蒸汽機等機器的發(fā)展而來的。
 
表：刀具發(fā)展歷史
時間
刀具發(fā)展情況
1783年
法國的勒內(nèi)首先制出銑刀
1792年
英國的莫茲利制出絲錐和板牙
1822年
有關(guān)麻花鉆的發(fā)明最早的文獻記載在這個時間，但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。
那時的刀具是用整體高碳工具鋼制造的，許用的切削速度約為5米/分。
1868年
英國的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。
1898年
美國的泰勒和懷特發(fā)明高速鋼。
1923年
德國的施勒特爾發(fā)明動漫下載。
在采用合金工具鋼時，刀具的切削速度提高到約8米/分，采用高速鋼時，又提高兩倍以上，到采用鋁合金時，又比用高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的工件表面質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。
由于高速鋼和鋁合金的價格比較昂貴，刀具出現(xiàn)焊接和機械夾固式結(jié)構(gòu)。
1949～1950年間
美國開始在車刀上采用可轉(zhuǎn)位刀片，不久即應(yīng)用在銑刀和其他刀具上。
1938年
德國德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。
1972年
美國通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年
瑞典山特維克鋼廠取得用化學(xué)氣相沉積法，生產(chǎn)碳化鈦涂層鋁合金刀片的專利。
1972年
美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法，在鋁合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性，與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來，從而使這種復(fù)合材料具有更好的切削性能。
 
三、刀具分類
 
1. 刀具按工件加工表面的形式可分為五類
 
加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；
孔加工刀具，包括鉆頭、擴孔鉆、鏜刀、銑刀和內(nèi)表面拉刀等；
螺紋加工工具，包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等；
齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等；
切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。
此外，還有組合刀具。
 
2.按切削運動方式和相應(yīng)的刀刃形狀
 
——刀具又可分為三類
 
如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴孔鉆、銑刀和鋸等；
成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐銑刀和各種螺紋加工刀具等；
展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。
 
3. 還有一種刀具是用水來進行切削的
 
就是利用水來代替鋼制刀具，即激光水切割。切出來的效果非常好，如電腦cpu的散熱風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的那部分都可以切出來。
曾經(jīng)有過案例：給某航空公司做樣板，形狀跟散熱風(fēng)扇的施轉(zhuǎn)部分一樣的，一次性加工完成。
 
四、刀具結(jié)構(gòu)
 
各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。
刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內(nèi)孔套裝在機床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。
 
帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄；圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具，切削時借助夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。
 
刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準部分，如鉆頭、擴孔鉆、銑刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校準部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。
 
刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機械夾固式三種。整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃；焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上；機械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種，一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。鋁合金刀具一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機械夾固結(jié)構(gòu)；瓷刀具都采用機械夾固結(jié)構(gòu)。
 
五、刀具材料應(yīng)具備的基本性能
 
1. 高硬度
 
刀具材料的硬度必須高于被加工工件材料的硬度，否則在高溫條件下，就不能保持刀具鋒利的幾何 形狀，這是刀具材料應(yīng)具備的基本特征。目前，切削性能最差的刀具材料——碳素工具鋼，其硬度在室溫條件下也應(yīng)在62HRC以上；高速鋼的硬度為63～70HRC；硬質(zhì)合金的硬度為89～93HRA。
 
2. 足夠的強度和韌性
 
刀具切削部分的材料在切削時要承受很大的切削力和沖擊力。例如，車削45鋼時，當(dāng)ap=4㎜,f=0.5㎜/r時，刀片要承受約4000N的切削力。因此，刀具材料必須要有足夠的強度和韌性。一般用刀具材料的抗彎強度（單位為Pa）,表示它的強度大小，用沖擊韌度(單位為J/m2)表示其韌性的大小，它反映刀具材料抵抗脆性斷裂和崩刃的能力。
 
3. 高耐磨性和耐熱性
 
刀具材料的耐磨性是指抵抗磨損的能力。一般來說，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。此外，刀具材料的耐磨性還和金相組織中化學(xué)成分、硬質(zhì)點的性質(zhì)、數(shù)量、顆粒大小和分布狀況有關(guān)。金相組織中碳化物越多，顆粒越細，分布越均勻，其耐磨性就越高。 刀具材料的耐磨性和耐熱性有著密切的關(guān)系。其耐熱性通常用它在高溫下保持較高的硬度的性能即高溫硬度來衡量，或叫紅硬性。高溫硬度越高，表示耐熱性越好，刀具材料在高溫時抗塑性變形的能力、抗磨損的能力也越強。耐熱性差的刀具材料，由于高溫下硬度顯著下降而導(dǎo)致快速磨損乃至發(fā)生塑性變形，喪失其切削能力。
 
4. 良好的導(dǎo)熱性
 
刀具材料的導(dǎo)熱性用熱導(dǎo)率[單位為W/（m·k）]來表示。熱導(dǎo)率大，表示導(dǎo)熱性好，切削時產(chǎn)生的熱容量容易傳導(dǎo)出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損。此外，導(dǎo)熱性好的刀具材料進行斷續(xù)切削，特別是在加工導(dǎo)熱性能差的工件時尤為重要。 ?
 
5. 良好的工藝性和經(jīng)濟性
 
為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性，包括鍛壓、焊接、切削加工、熱處理、可磨性等。經(jīng)濟性是評價和推廣應(yīng)用新型刀具材料的重要指標之一。刀具材料的選用應(yīng)結(jié)合本國資源，以降低成本。 ?
 
6. 抗粘結(jié)性
 
防止工件與刀具材料分子間在高溫高壓作用下互相吸附產(chǎn)生粘結(jié)。 ?
 
7. 化學(xué)穩(wěn)定性
 
指刀具材料在高溫下，不易與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
 
六、刀具涂層
 
鋁合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于鋁合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴散和熱傳導(dǎo)的障壁，使刀具在切削時的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1～3倍以上。
 
七、如何選擇刀具
 
在選擇刀具的角度時，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)(粗、精加工)等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制造和測量用的標注角度在實際工作時，由于刀具的安裝位置不同和切削運動方向的改變，實際工作的角度和標注的角度有所不同，但通常相差很校制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、動漫和化學(xué)惰性，良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，并不易變形。
 
通常當(dāng)材料硬度高時，耐磨性也高；抗彎強度高時，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是鋁合金。
 
聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。
 
八、加工鋁材時遇到的問題及解決方法
 
加工鋁材時遇到的問題及解決方法加工純鋁時，容易粘刀的幾點分析及解決辦法:
 
1.鋁材料 質(zhì)地偏軟 高溫容易粘刀；
2.鋁不耐高溫，容易開紋；
3.跟加工切削液有關(guān):油性 潤滑性能好；水溶性 冷卻性能好；干切削 費用高；
4.加工純鋁時,應(yīng)選用鋁加工專用的立銑刀:正前角,刃口鋒利,大排屑槽, 45度或55度的螺旋角；
5.被加工件和數(shù)控刀具的材料具有較大的親和力.
6.前刀面粗糙刀具加工軟的材料.
建議:機床條件差到好要求低到高,請分別使用高速鋼,涂層拋光硬質(zhì)合金、PCD聚晶金剛石和單晶金剛石。
7.速度低可用切削液避免,速度高用油霧潤滑,效果可改善,鋁合金適合
 
九、刀具未來發(fā)展方向
 
由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來越多，切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。為了適應(yīng)這種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料；進一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù)，在高韌性高強度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強度間的矛盾；進一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)；提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別，并使刀具的使用實現(xiàn)最佳化.。