由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。
数控机床选择刀具应考虑以下方面：
(1)根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。
(2)根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度、而精加工阶段所用刀具的精度。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。
(3)根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具;切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀;铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般很小，故球头铣刀适用于曲面的精加工。而端铣刀无论是在表面加工质量上还是在加工效率上都远远优于球头铣刀，因此，在确保零件加工不过切的前提下，粗加工和半精加工曲面时，尽量选择端铣刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作。必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄，以便数控加工用刀具能够迅速、准确地安装到机床主轴上或返回刀库。编程人员应能够了解机床所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围等方面的内容，以保证在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸，合理安排刀具的排列顺序。
PCD刀具加工有色金属是大规模工业生产的，不同的铝合金其加工效果也不尽相同。PCD刀具一般采用锋利切削刃，在刀具使用初期出现表面质量差的现象，随着刀具使用时间的增加，其加工质量越来越好，这是由于PCD刀具在切削过程中锋利刃口的逐渐钝化所致。在切削加工中，刃口钝化是影响刀具性能和寿命的重要因素。刀具经刃磨后刃口会存在毛刺和微缺口，这种微缺口会影响刀具寿命和加工工件表面质量。刃口钝化能有效去除小的毛刺和微缺口，得到光滑均匀的切削刃，从而提高工件表面质量。刃口光滑性的提高能有效预防积屑瘤的产生。钝化能够提高和改善刀具的抗拉强度和刃口韧性，增加刀具强度，从而提高刀具寿命，减小因峰刃缺陷而引起的初期不稳定磨损。刀具在涂层之前需经过钝化处理，提高刀具表面光洁度，从而使涂层牢固。
图1 刀具钝化实验装置
目前关于钝化的研究主要针对硬质合金，而对于PCD刀具钝化的研究较少。本文探索一种PCD刀具的钝化方法及其对铝合金加工表面粗糙度的影响。通过国产小型钝化机对PCD刀片进行钝化，并研究了钝化加工参数对钝化后刃口的影响，为选择合理的钝化加工参数提供参考。通过单因素试验探究了钝化对表面粗糙度的影响，研究分析了不同切削参数下钝化刀具对车削1060铝合金表面粗糙的影响规律。
刃口钝化试验研究
如图1所示，本试验钝化设备为2MQ6712D小型可转位刀片刃口钝化机，用含金刚石磨料的盘刷对PCD刀具进行钝化。采用特殊的装夹方式进行钝化，可以使钝化后的刃口成倒圆形。钝化后的刀片垂直于切削刃磨一个端面，从图中可以看出钝化后的刃口呈倒圆形（见图2）。
图2 钝化后切削刃的剖面图
小型可转位刀片刃口钝化机主要利用刀具与磨料刷的相对运动形成磨损，从而达到钝化的目的。磨料刷对切削刃的磨损形式主要为磨料磨损，去除过程中切削刃的加工质量和加工效率取决于尼龙丝对切削刃的碰撞作用。随着转速的提高和磨料颗粒的增大，磨料颗粒的动能增大，碰撞过程越剧烈。但过大的转速和磨料颗粒在钝化过程中会导致切削刃崩刃或者崩块，降低了切削刃的表面质量。通过试验发现，选择合适的转速和磨料颗粒在保证加工效率的同时有利于提高切削刃的钝化质量。因此本试验选用丝径4mm含800目金刚石磨料的磨料刷，转速800r/min，切削刃和磨料刷接触长度为2mm，在该条件下能够得到较好表面质量的切削刃。图2为切削刃钝化后的微观形貌，从图中可以看出选择上述钝化加工参数得到的钝化后的刃口很光滑均匀，随着钝化时间的改变可以得到不同大小的钝化半径。
通过图2和图3可以看出，利用国产小型可转位刀片刃口钝化机，采用特殊的装夹方式并选用合理的钝化加工参数对PCD刀片进行钝化，可以得到光滑均匀的倒圆刃。
图3 钝化后的切削刃的形貌
单因素切削试验
在相同的切削条件下，采用相同切削参数对比钝化与未钝化的PCD刀具车削1060铝合金材料对表面粗糙度的影响规律。为了进一步研究切削深度对钝化刀具所形成表面粗糙度的影响，选用较小切削深度参数分析切削深度对表面粗糙度的影响。
1.试验条件
机床参数：SK50P/750型数控车床；工件材料：1060铝合金，工件尺寸Φ70mm×250mm圆棒；刀杆型号：SDJCR2525M11；刀片参数：PCD刀片型号DCMW11T304，粒度约10μm。测量仪器：车削后工件的表面粗糙度的测量采用触针式表面粗糙度仪（时代TR200），取样长度2.5mm，取样数量5，在不同位置取5次样计算平均值。PCD刀具的主要几何参数如表1所示。
表1 PCD车刀的主要几何参数
2.试验方案
采用钝化和未钝化两种PCD车刀车削工件外圆，选取的刀具钝化值约为18μm。冷却方式为乳化液冷却，切削参数及测量结果如表2和表3所示，钝化和未钝化刀具均采用此组参数。
试验结果分析
1.不同切削参数下PCD刀具钝化对表面粗糙度的影响分析
表2 切削参数及实验结果
根据表2中所得的试验结果绘制各参数对表面粗糙度影响图，图4为钝化和未钝化两种刀具切削速度对表面粗糙度的影响，可见，钝化刀具加工工件表面粗糙度总体低于未钝化刀具。钝化和未钝化刀具加工工件表面粗糙度都随切削速度的增大而增大，但增大幅度很小。
图4 钝化和未钝化刀具切削速度对表面粗糙度的影响
图5为钝化和未钝化两种刀具进给量对表面粗糙度的影响。从图中可以看出，钝化和未钝化刀具随着进给量的增加表面粗糙度呈增大趋势，且增大的幅度较大。在进给量较小时，钝化和未钝化刀具车削所形成表面粗糙度区别不大；随着进给量的增大，钝化对表面粗糙度的影响越来越明显，在进给较大时钝化刀具车削所形成表面粗糙度明显小于未钝化刀具。
图5 钝化和未钝化两种刀具进给量对表面粗糙度的影响
图6为钝化和未钝化两种刀具切削深度对表面粗糙度的影响。从图中可以看出，钝化刀具加工工件表面粗糙度总体低于未钝化刀具。在0.1-06mm切削深度范围内，切削深度对表面粗糙度影响不大。
图6 钝化和未钝化两种刀具切削深度对表面粗糙度的影响
由上述分析可知，PCD刀具车削1060铝合金时进给量对表面粗糙度的影响，速度和切削深度对表面粗糙度的影响较小。在不同切削参数下钝化后的刀具所形成表面粗糙度低于未钝化刀具，随着进给量的增大钝化对表面粗糙度的影响越来越大。这是由于钝化后的刀具在刃口处形成了一个光滑均匀的倒圆刃，消除了刃磨后的微缺口，同时由于钝化半径的存在对已加工表面起挤压修光作用，因此钝化后的刀具车削所形成的工件表面质量更高。
2.钝化刀具在小切削深度时对表面粗糙度的影响
通过分析可知，在所选的切削深度范围内，切削深度对表面粗糙度基本没有影响。为了进一步研究切削深度对钝化刀具车削形成的表面粗糙度的影响规律，采用小切削深度，研究钝化对车削所形成的表面粗糙度的影响。测量结果见表3。
表3 小切削深度参数对表面粗糙度的影响
根据表3中实验结果绘制切削深度对表面粗糙度影响规律如图7所示。从图中可以看出，在切削深度为20μm时，钝化刀具所形成表面粗糙度比同一条件下其他切削深度所形成的表面粗糙度低，未钝化刀具没有此现象。可见，当切削深度约为20μm时，钝化半径对表面粗糙度的影响比较明显。
图7 小切削深度对表面粗糙度的影响
小结
（1）采用特殊的装夹方式，在合理的加工参数下通过国产小型钝化机作钝化处理后，可以得到光滑均匀的正倒圆切削刃。
（2）PCD刀具车削1060铝合金时，进给量对表面粗糙度的影响，切削速度和切削深度对表面粗糙度的影响较小。在相同切削条件下，使用相同切削参数钝化刀具车削1060铝合金所获得的表面粗糙度低于未钝化刀具。随着进给量的增大，钝化对表面粗糙度的影响越来越大，在进给量较大时钝化刀具车削所形成表面粗糙度明显小于未钝化刀具。刀具经钝化后消除了刃口毛刺和微刃口，同时在刃口处形成一个倒圆形刃口半径。刃口半径的存在对工件已加工表面起到了挤压修光作用，提高了工件表面质量。
（3）钝化刀具在切削深度为20μm时加工获得的表面粗糙度低于其他切削深度，钝化对表面粗糙度的影响比较明显。
非晶合金涂层在加工刀具上的应用
近年来，跟着研讨的不断深入，加工技能高质量、低能耗的特色逐渐受到重视，并在航空航天范畴得到广泛应用。加工技能包括加工机床、加工刀具和加工工艺等方面。《非晶中国工业开展咨询》主要从加工刀具的资料涂层技能方面进行介绍，给非晶态合金应用提供新的方向和思路。
加工及对刀具的高要求
加工(High PerformanceMachining，HPM)是在保证零件精度和质量的前提下，经过对加工进程的优化和进步单位时刻资料切除量来进步加工功率和设备利用率、下降生产成本的一种高功能加工技能。在加工体系中，刀具是完成切削加工的工具，直触摸摸工件并从工件上切去一部分资料，使工件得到契合技能要求的形状、尺度精度和外表质量。在整个加工进程中，刀具直接与工件触摸，会呈现严峻的刀具磨损现象，因而刀具也是加工进程中的一大消耗品。刀具技能的内涵包括刀具资料技能、刀具结构设计和成形技能、刀具外表涂层技能等，也包含了上述单项技能归纳交叉形成的高速刀具技能、刀具可靠性技能、绿色刀具技能、智能刀具技能等。刀具作为机械制作工艺配备中重要的一类基础部件。
刀具在切削进程中承受深重的负荷，包括高的机械应力、热应力、冲击和振荡等，如此恶劣的工作条件对刀具功能提出了高要求。挑选刀具资料、设计刀具结构、开展刀具涂层和高功能刀具技能成为进步切削加工水平的关键环节。《非晶中国工业开展咨询》主要从刀具涂层技能等方面对刀具进行介绍，以促进***刀具的开发，为进步制作技能水平发挥应有的效果。
加工刀具的外表涂层
刀具外表涂层以增效和延寿为目的，是将耐高温、耐磨损的资料涂覆在刀具基体资料外表。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了刀具的月牙槽磨损。涂层刀具具有外表硬度高、耐磨性好、化学功能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低一级特性。现在，常用的刀具涂层办法有化学气相堆积法(CVD)、物***相堆积法(PVD)、等离子体化学气相堆积法(PCVD)、热喷涂法和离子束辅助堆积法(IBAD)，其中以PVD和CVD应用为广泛。
刀具的涂层技能现在现已成为进步刀具功能的关键技能。在涂层工艺方面，CVD依然是可转位刀片的主要涂层工艺，在基体资料改进的基础上，使CVD涂层刀具的耐磨性和韧性都得到进步。PVD相同取得了重大进展，开发了习惯高速切削、干切削、硬切削的耐热性更好的涂层，如纳米、多层结构等。等离子体化学气相堆积法(PCVD)是将高频微波导人含碳化物气体发生高频高能等离子，或者经过电极放电发生高能电子使气体电离成为等离子体，由气体中的活性碳原子或含碳基团在合金的外表堆积的一种涂层制备办法。
非晶合金涂层的优势
刀具涂层技能向物理涂层附加大功率等离子体方向开展；功能薄膜向着多元、多层膜的方向开展；并研讨集硬度、化学稳定性、抗痒化性于一体且具有低内应力和高附着力的薄膜制备技能。图(a)为多层涂层，其内层的TiCN与基体有较强的结合力和强度，中心的Al2O3，作为一种有用的热屏障可答应有更高的切削速度，外层的TiCN保证抗前刀面和后刀面磨损才能，外一薄层金***的TiN使得容易辨别刀片的磨损状态；图(b)中纳米涂层与传统涂层比较，具有超硬度、超模量和高红硬性效应，并且显微硬度可超过40GPa；图(c)纳米复合结构涂层在强等离子体效果下，纳米TiAlN晶体被镶
刀具的涂层技能
嵌在非晶态的Si3N4体内，当AlTiN晶体尺度小于10nm时，位错增殖源难于启动，而非晶态相又可阻挠晶体位错的迁移，即使在较高的应力下，位错也不能穿越非晶态晶界。这种结构薄膜的硬度可以达到50GPa以上，并可坚持适当优异的韧性，且当温度达到900—1100℃时，其显微硬度仍可坚持在30GPa以上。
CVD和PVD涂层工艺技能和配备水平将得到进一步提升和工业化。复合、梯度、多层、纳米多层、纳米非晶态复合结构涂层及薄膜多元化、个性化、涂层、晶粒大小可控化等功能可定制的涂层(如高速干切削复合涂层技能)将逐渐工业化。另一方面，针对废旧刀具回收利用的退涂技能、重涂技能也将由于绿色环保逐渐得到重视。此外，刀具软涂层方向的自润滑刀具作为可以完成干切削、准干式切削(MQL)的技能途径之一现已受到重视。
非晶合金涂层刀具的前景
刀具的切削功能是刀具资料、几何结构和涂层相互组合的成果，新资料、立异的结构设计和涂层可以促进刀具功能的改进。我国的刀具制作技能依然与******存在很大的差距，研讨刀具技能火烧眉毛，特别是基础资料和结构立异，需要打破传统思维，斗胆立异，寻求刀具技能的新出路。
“非晶中国大数据中心”信息标明：我国科学家在刀具上进行非晶态复合涂层技能攻关，并现已开端在企业试用，效果得到必定。未来，这将是非晶合金一个值得开发的高段应用市场。