第一篇：数控机床刀具材料基本要求的硬度
数控机床对刀具材料的基本要求是高的硬度和高的耐磨性、高的红硬性和足够的强度7和韧性。
-------------------------加工的刀具种类视加工对象而定 刀具材料应当具备的性能
切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务。刀具切削性能的优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。由此可见刀具材料的重要性，它对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用，重视新型刀具材料的研制。
在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具材料应具备以下基本要求：
1．硬度
刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度须在HRC62以上，并要求保持较高的高温硬度。
2．耐磨性
耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能（力学性能）、组织结构和化学性能的综合反映。例如，组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布对抗磨料磨损的能力有很大影响，而抗冷焊磨损(冷焊磨损即过去有些书上所称的粘结磨损、抗扩散磨损和抗氧化磨损的能力还与刀具材料的化学稳定性有关。
3.强度和韧性
为了承受切削力、冲击和振动，刀材料应具有足够的强度和韧性。一般，强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。刀具材料中强度高者，韧性也较好，但硬度和耐磨性常因此而下降，这两个方面的性能是互相矛盾的。一种好的刀具材料，应当根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，而有所侧重。
4．耐热性
刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力。这就是刀具材料的耐热性。
5．导热性和膨胀系数
在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数(热导率)越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减少刀具的热变形。对于焊接刀具和涂层刀具，还应考虑刀片与刀杆材料、涂层与基体材料线膨胀系数的匹配。
6．工艺性
为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工和可磨削性、热处理特性等。材料的高温塑性对热轧刀具十分重要。可磨削性可用磨削比——磨削量与砂轮磨损体积之比来表示，磨削比大，则可磨削性好。
此外，在选用刀具材料时，还应考虑经济性。性能良好的刀具材料，如成本和价格较低，且立足于国内资源，则有利于推广应用。
刀具材料种类很多，常用的有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢)、硬质合金、陶瓷、金刚石(天然和人造)和立方氮化硼等。碳素工具钢(如T10A、T12A)和合金工具钢(如9CrSi、CrWMn)，因其耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，目前尚只在较小的范围内使用。当今，用得最多的刀具材料为高速钢和硬质合金。.高 速 钢
高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。按重量计，钨和钼占10—20％，铬约占4％，钒占1％以上，它们都是强烈的碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。另外，高速铜采用了接近熔点的淬火温度，得到细晶粒的合金化的马氏体组织，它在低温回火(约560℃)时又使合金碳化物析出，从而进一步提高了硬度与耐磨性。在高速钢中，钼和钨的作用基本相同，1％的钼可代替2％的钨。钼并能减少钢中碳化物的不均匀性，细化碳化物晶粒，提高韧性。
另外，在某些高速钢中，为了提高高温硬度，添加钴、铝、硅、铌等元素；为了提高耐磨性，可适当增加含钒量。但是，随着含钒量的增加，可磨削性变差，因此钒的含量不宜超过3％。表2—
1、2—2分别列出了主要高速钢的成分和性能。从表中可见，高速钢在600℃时，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳钢时，切削速度可0.5m／s(30m／min)左右。
高速钢的强度、韧性和工艺性能均较好，能进行锻造，磨出的切削刃比较锋利，熔炼质量稳定，使用比较可靠。各种刀具都可用高速钢制造；尤其是形状复杂的刀具和小型刀具，均大量使用着高速钢。目前，高速钢占刀具材料总使用量的60％以上。
按基本化学成分，高速钢可分为钨系、钨钼系和钼钨系。按切削性能分，则有普通高速钢和高性能高速钢。按制造方法分，则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
一、普通高速钢
通高速钢的特点是工艺性好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工，常用品种有：
1．W18Cr4V
属钨系高速钢。它的历史悠久，至今尚在普遍使用。其综合机械（力学）性能和可磨削性好，可用以制造包括复杂刀具在内的各类刀具．
2．W6Mo5Cr4V2
属钨铝系高速钢；其碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但是，可磨性比W18Cr4V略差，切削性能则大致相同。国外由于资源关系，已淘汰所谓传谓传统高速钢W18Cr4V而以W6Mo5Cr4V2代替。这一钢种目前我国主要用于热轧刀具（如麻花钻），也可用于制作大尺寸刀具。
3．W14Cr4VMn-RE
这种高速钢有较大的塑性，可作热轧刀具用。此钢种中含钨量较W18Cr4V少，而含有少量的锰及稀土元素RE，其切削性能相当于W18Cr4V。
4．W9Mo3Cr4V
是近年我国研制出的一种钨钢系高速钢，其性能接近于W6Mo5Cr4V2。
二、高性能高速钢
调整普通高速钢的基本化学成分和添加其他合金元素，使其机械(力学)性能和切削性能有显著提高，这就是高性能高速钢。高性能高速钢的常温硬度可达HRC67-70，高温硬度也相应提高，可用于高强度钢、高温合金、钛合金等难加工材料的切削加工，并可提高刀具使用寿命。高性能高速钢主要有以下几种：
1．钴高速钢
典型钢种是AISI的M42，它的特点是综合性能好，硬度高(接近HRC70)，高温硬度在同类钢中居于前列(见表2—2)，可磨削性也好。表2—3为其磨削比的参考数据[62]，从表中可知，M42的磨削比接近普通高速钢W6Mo5Cr4V2。
用M42制作的刀具用于加工高温合金、不锈钢等效果很好。然而，这一钢种含有较多的钴元素，价格较贵。针对国内资源情况，我国应发展低钴或无钴的高性能高速钢。
2．低钴高速钢
低钴高速钢(W12Mo3Cr4V3Co5Si)是用减少钴增加硅的办法以获得高性能。其耐磨性比M42好，但韧性比M42差。缺点是仍然含有—定的钴，而且由于增加了含钮量，使可磨性变差，因而不宜用于制造复杂刀具。3，铝高速钢
铝高速例（W6Mo5Cr4V2Al）是我国独创的无钴高速钢，它在W6Mo5Cr4V2的基础上加铝增碳，其高温硬度在600℃时约为HV602，抗弯强度为3.50-3.80GPa(350—380kgf／mm2)，冲击韧性为
0.20MJ／m2(2.0kgf·m/cm2)，均与M42相当，抗弯强度及冲击韧性则高于W12Mo3Cr4V3Co5Si钢。缺点是可磨削性略低于M42。此钢种不含钴，性能好，生产成本较低。其缺点是热处理温度较难控制，钢材成材率较低。
此外，我国研制的无钴高速钢还有加铝强化5F6钢和加铝、铝、铌强化的B201钢等，性能达到钴高速钢的水平，但也存在着含钒多而可磨性差的问题。它仍在生产中用得不多。
近年来，我国研制成功无钴和低钴的高性能高速钢W12Mo3Cr4V3N(V3N)和
W12Mo3Cr4VCo3N(Co3N),颇有应用前景。V3N价格较低，但可磨性稍差。
三、粉末冶金高速钢
高速钢的制造质量受多方面因素的影响，其中对性能影响较大而又难以改善的因素，是对碳化物分布的均匀性及其粒度粗细的控制。熔炼高速钢中碳化物偏析比较严重。
完全消除碳化物偏析的方法是粉末冶金法。其基本原理是将高频感应炉熔炼的钢液用高压惰性气体(如氩气)雾化成粉末，再经过热压(同时进行烧结)制成刀坯，或制成钢坯再经轧制或锻造成材。
粉末高速钢与熔炼高速钢相比，有很多优点：如韧性与硬度较高，可磨削性能显著改善(例如含钒5％的粉末冶金高速钢的可磨削性相当于含钒2％的普通高速钢)，材质均匀，热处理变形小，质量稳定可靠，故刀具使用寿命较长。粉末冶金高速钢可以切削各种难加工材料，特别适合于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。高速钢刀具可以用盐浴软氮化、气体软氮化、辉光离子化及离子氮注入等方法进行表面处理，形成高硬、耐磨的薄层(0.02—0.1mm)；也可以采用物理气相沉积(PVD)等方法在高速钢刀具表面涂覆一层(约10μm)TiN或TiC等材料。经过表面处理或涂层后，刀具的耐磨性和使用寿命可以得到显著提高。近年，TiN涂层高速钢刀具发展较快，应用较广。高速钢钻头、丝锥、铣刀及齿轮刀具，经涂层后，其耐用度常可提高3—5倍以上。附录l列出了世界各国主要高速钢牌号对照表。2.硬质合金
硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物(主要是WC、TiC等，又称高温碳化物)微米级的粉末，用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物含量超过高速钢，允许切削温度高达800—1000℃。切削中碳钢时，切削速度可达1.67—3.34m／s(100—200m／min)以上。
硬质合金是当今最主要的刀具材料之一。绝大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀、深孔钻、浅孔钻、铰刀等均已采用硬质合金制造。由于硬质合金的工艺性较差，它用于复杂刀具尚受到很大限制。目前，硬质合金占刀具材料总使用量的30％—40％。
一、高温碳化物
硬质合金的性能，主要取决于金属碳化物的种类、性能数量、粒度和粘结剂的份量。
1．碳化物的种类和性能
表2—4所列为几种碳化物的性能。由表可见，这几种碳化物的硬度和熔点都很高。TiC的硬度和熔点高于WC、TiN，但弹性模量却小于WC、TiN。WC的密度远大于TiC、TiN，导热系数亦较大。在硬质合金中碳化物所占的比例大，则硬度高；反之，碳化物减少，粘结剂增多，则硬度低，但抗弯强度提高。
2．碳化物粒度
碳化物的粒度越细，则有利于提高硬质合金的硬度与耐磨性。但当粘结剂含量一定时，如碳化物粒度减小，则碳化物颗粒的总表面积加大，使粘结层厚度减薄[61]，从而降低了合金的抗弯强度，提高了合金的硬度。反之，则使合金的抗弯强度提高，硬度降低。欲使细晶粒硬质合金具有较高的抗弯强度，就必须增加粘结剂含量，并在制造工艺上加以控制。
碳化物粒度的均匀性，也影响硬质合金的性能。粒度均匀的碳化物可形成均匀的粘结层，有利于防止由于热应力和机械冲击而产生裂纹。在合金中添加TaC能使碳化物粒度均匀和细化。
二、硬质合金的种类和牌号
目前绝大部分硬质合金是以WC为基体，并分为WC—Co、WC—TiC—Co、WC—TaC(NbC)—Co以及WC—TiC—TaC(NbC)—Co等四类。表2—5列出了国内常用各类合金的牌号、成分和性能。YT类合金，IS0(国际标准化组织)称为P类，主要用于加工长切屑的黑色金属；YG类合金，ISO称为K类，主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料；YW类合金，ISO称为M类，可覆盖P类、K类合金的应用范围。
三、硬质合金的性能
1.硬度
碳化物WC、TiC等的硬度很高，所以合金整体也就具有高硬度，一般在HRA89-93 之间。如前节所述，硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量和粒度而变化，又随粘结剂含量的增多而降低。在粘结剂含量相同时，WC—TiC—Co合金的硬度高于WC—Co合金。
硬质合金的硬度又随着温度升高而降低。在700—800℃时，部分合金保持着相当于高速钢在常温时的硬度，另一部分合金则低些。合金的高温硬度仍取决于碳化物在高温下的硬度，故WC—TiC—Co合金的高温硬度比WC—Co合金高些。添加TaC(或NbC)能提高高温硬度。
2.抗弯强度和韧性
常用牌号硬质合金的抗弯强度在0．90—1.50GPa(90—150kgf／mm2)范围内。粘结剂含量越高，则抗弯强度也就越高。当粘结剂含量相同时，WC—TiC—Co合金的抗弯强度总是低于WC—Co合金，并随着TiC含量的增加而下降。
硬质合金是跪性材料,常温下其冲击韧性仅为高速钢的1／8—1／30。韧性不足是硬质合金的弱点。故硬质合金刀具一般是将合金刀片焊接或夹固在刀柄(刀体)上使用，有的小模数齿轮滚刀或小的硬质合金钻头和立铣刀等才做成整体的。和坑弯强度的情况一样，WC—TiC—Co类的韧性低于WC—Co类。
3.导热系数
由于TiC的导热系数低于WC,所以WC—TiC—Co合金导热系数比WC—Co合金
低，并随TiC含量增加而下降，从表2—5中可见，YG6的导热系数比YTl5大一倍多。
4．线膨胀系数
总的说来，硬质合金的线膨胀系数比高速钢小得多。WC—TiC—Co合金的线膨胀系数大于WC—Co合金，且随TiC含量增加而加大。
由于WC—Co合金的线膨胀系数比WC—TiC—Co合金小，而且WC—Co合金抗弯强度较高，导热系数较大，所以焊接时产生裂纹的倾向比WC—TiC—Co合金小
5．抗冷焊性
硬质合金与钢发生冷焊的温度高于高速钢，WC—TiC—Co合金与钢发生冷焊的温度高于WC—Co合金。
四、硬质合金的选用
正确选用适当牌号的硬质合金对于发挥其效能具有重要意义(表2-6)。WC—Co硬质合金一般用于加工铸铁、有色金属及其合金，WC—TiC—Co硬质合金则用于高速切削钢料。
切削铸铁及其他脆胜材料时，由于形成崩碎切屑，切削力集中在切削刃近旁的很小面积上，局部压力很大，并具有一定的冲击性，所以宜选用抗弯强度和韧性较好的WC—Co合金。另一方面，WC—Co合金虽然抗弯强度较高，但试验证明，这类合金与钢料摩擦时，其抗月牙洼磨损的能力较WC—TiC—Co合金差，因此不宜用于高速切削普通钢料。
然而对于高温合金、不锈钢等难加工材料；又有不同情况。这类工件材料中含钛，导热系数低，容易发生冷焊，切削力大，切削温度高，因而要求刀具中不含(或少含)钛，并有较好的导热性，以便减轻冷焊并降低切削温度。这就说明对于上述难加工材料选用WC—Co合 金并采用较低的切削速度较为合适。
显然，精加工时宜选用含钴少、硬度高的合金；粗加工或有冲击载荷时，宜选用含钴多、抗弯强度大的合金。
五、新型硬质合金
1．添加钽、铌(Ta、Nb)的硬质合金
在WC—Co合金中添加少量TaC(或NbC)可显著提高常温硬度、高温强度、高温硬度和耐磨性，而抗弯强度则略有降低。但总的来说，添加少量TaC(或NbC)的结果是利多弊少，使WC—Co合金的性能获得改善。表2—5中的YG6A就是—种合金。
在TiC含量小于10％的WC—TiC—Co合金中，添加少量TaC(或NbC)，可以获得较好的综合性能，既可加工铸铁、有色金属，又可加工碳素钢、合金钢，也适合于加工高温合金、不锈钢等难加工材料，从而有“通用合金”之称。表2—5中的：YW1、YW2就是这种合金。在YW类合金中，进一步提高TaC(达10—14％)与钴(达10％)的含量，则形成铣削专用牌号的硬质合金，抗弯强度高，并能有效地提高抗机械冲击与抗热裂的性能。还有TiC 含量高(＞15％)并添加了钽、铌的硬质合金，多用于高强度钢的切削。目前，添加钽、铌的硬质合金应用日益广泛，而没有钽、铌的YG、YT类旧牌号合金在国际上吴淘汰的趋势。
除TaC、NbC外；有些新型硬质合金中还添加了Cr3C2、VC和钨粉、铌粉等。Cr3C2和 VC的加入，可以抑制合金晶粒长大；钨粉、铌粉可强化粘结相。
2．硬质合金
通过化学气相沉积(CVD)等方法对硬质合金刀片实行表面涂层，是近年来的重大技术进展。涂层硬质合金采用韧性较好的基体和硬度、耐磨性极高的表层(TiC、TiN、A12O3等，厚度5—10μm)，较好地解决了刀具的硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，因而具有良好 的切削性能。在相同的刀具使用寿命下，涂层硬质合金允许采用较高的切削速度，或能在同 样的切削速度下大幅度地提高使用寿命。与未涂层刀具相比，涂层刀具能降低切削力、切削温度，并能改善已加工表面质量。此外，涂层刀片的通用性较好[92]。
涂层材料为晶粒极细的碳化物、氮化物或氧化物。其中以TiC和TiN用得最为广泛，二者各具优缺点：TiC硬度高，耐磨性好，线膨胀系数与基体比较接近，结合比较牢固；TiN 的硬度低于TiC，与基体结合稍差，但与铁基金属之间的摩擦系数更小，抗月牙洼磨损的能力更强，且不易生成中间层(脆性相)，故涂层允许较厚。A12O3涂层的高温化学性能稳定，适用于更高速度下的切削。HfN(氮化铪)的线膨胀系数与基体最接近，涂层后表面残余应力很小。几种涂层材料复合使用，可以得到两层、三层和多层的涂层合金。例如TiC／Ti(C，N)／TiN三涂层刀片，内层为TiC，与基体结合牢固，外层为TiN，与被加工材料摩擦力小，不易发生冷焊，中间用Ti(C，N)过渡，其中了TiN的百分比由内到外递增。多层涂层合金的切削性能常优于单层。目前涂层材料还有Ti(B，N)、A1(O，N)等，它们可与TiC、TiN、A12O3等组合成不同的多层涂层合金。
由于涂层材料的线膨胀系数总是大于基体合金，故涂层后合金表面不可避免地存在着残余张应力，使涂层合金的抗弯强度有所降低。研制新的涂层合金，应注意涂层与基本材料在性能上的匹配，并提高基体合金的韧性。
涂层硬质合金适用于各种钢料、铸铁的精加工和半精加工，负荷较轻的粗加工亦可使用。含钛的涂层材料不能加工高温合金、钛合金和奥氏体不锈钢，因为它们之间的亲和力强，从而加剧了冷焊作用[94]。
涂层刀片不能采用焊接结构，不能重磨使用。由于机夹可转位刀具的普及，为发展和使用硬质合金涂层刀具创造了有利条件。目前，在工业发达国家中，涂层刀片的使用已占可转位硬质合金刀片的50％—60％以上。
还可用物理化学气相沉积(PCVD)或物理气相沉积(PVD)法在硬质合金表面上涂层，但它们的工艺方法不如化学气相沉积(CVD)法成熟。
3．细晶粒和超细晶粒硬质合金
细化晶粒，可以提高硬质合金的硬度与耐磨性。矿山用硬质合金为粗晶粒，平均晶粒尺寸为4—5μm；普通的刀具用硬质合金(如YTl5、YG6等)为中晶粒，平均晶粒尺寸为2— 3μm；细晶粒合金(如YG6x等)的晶粒尺寸为l—2μm；超细晶粒合金的晶粒尺寸为 0．5μm。如适当增加钴含量，可同时提高合金的抗弯强度。表2—7选列了两种超细晶粒合金的成分与性能。其中YS2T中含有使晶粒细化的碳化物Cr3C2。这类硬质合金可用于加工冷硬铸铁、淬硬钢、不锈钢、高温合金等难加工材料。
4．TiC基和Ti(C，N)基硬质合金
以上各类硬质合金，都属于WC基，因为WC是它们的主要成分，并以钴为粘结剂。TiC基合金是以TiC为主体成分，以镍、钼作粘结剂的硬质合金。TiC含量达60—70% 以上。与WC基合金比较，它的硬度较高，对钢的摩擦系数较小，切削时抗冷焊磨损能力强，高温下硬度下降较少，具有较好的耐磨性；但韧性和抗塑性变形的能力较差，性能介于陶瓷和WC基合金之间。我国的代表性牌号是YNl0和YN05。在此合金中加入少量的 WC、NbC，是为了改善合金的导热性能和韧性。实践证明，YNl0和YN05适用于碳素钢、合金钢的半精加工和精加工，其性能分别优于WC基合金YTl5和YT30。
在TiC基合金的成分中加入氮化物，可进一步改善合金的性能，这就是Ti(C，N)基硬质合金。除具有TiC基合金的优点以外，Ti(C，N)基合金的强度、韧性、抗塑性变形能力及导热性均高于TiC基合金，因此它是一种有发展前景的刀具材料。其应用范围略同于 TiC基合金。
5．添加稀土元素的硬质合金
在WC基合金中，添加少量的稀土元素，可以有效地提高合金的韧性和抗弯强度，并使耐磨性有所提高。这是因为稀土元素的存在，改善了碳化物固镕体对粘结相的湿润性，并强化了硬质相与粘结相。这类合金最适用于粗加工牌号，生产成本提高不太多。目前虽尚处于研究阶段，但颇有发展前途。
6．高速钢基硬质合金
这种材料是以TiC或WC作硬质相(占30％—40％)，以高速钢作粘结相(占60％—70％)，用粉末冶金工艺制成的。其性能介于硬质合金与高速钢之间，具有良好的耐磨性和较好的韧性；而且能够接受锻造、热处理和切削加工，具有较好的工艺性。高速钢基硬质合金可以用来制造结构复杂的刀具，如钻头、铣刀等。
附录2列出了国际标准化组织(ISO)所规定的硬质合金的类别、代号、成分及性能。附录3列出了世界各国硬质合金牌号的近似对照。3.其他刀具材料
一、陶
瓷
按化学成分，刀具用陶瓷可以分为：
1．纯氧化铝陶瓷
主要用A1203加微量添加剂(如MgO)，经冷压烧结而成，是一种廉价的非金属刀具材料。其抗弯强度为0.40—0.50GPa(40—50kgf／mm2)，硬度HRA91—92。由于抗弯强度过低，尚难以推广应用。
2．复合氧化铝陶瓷
在A1203基体中添加某些高硬度、难熔碳化物(如TiC)，并加入—些其他金属(如镍、钼)进行热压，可使抗弯强度提高到0.80GPa(80kgf／mm2)以上，硬度达到HRA93—94。
陶瓷有很高的高温硬度，在1200℃高温时，硬度尚能达HRA80。若是硬质合金，在这样的高温下，已丧失切削能力。另外，陶瓷的化学惰性大，和被加工金属亲和作用小。但陶瓷的严重缺陷是抗弯强度和冲击韧性很差，对冲击十分敏感。因此，目前主要用于各种金属材料(钢、铸铁、高温合金等)的精加工和半精加工。对淬硬钢、冷硬铸铁的车削、铣削特别有效，其耐用度、加工效率和已加工表面质量常高于硬质合金刀具。随着陶瓷材料制造工艺的改进(如热压)，采用更细更纯的A1203粉末，刚某些金属碳化物、氧化物，将有利于抗弯强度的提高，从而可扩大其使用范围。
在A1203基体中加入SiC或ZrO2晶须而形成的晶须陶瓷，韧性有明显提高，切削性能得到改善。
3．复合氮化硅陶瓷
在Si3N4基体中添加TiC等化合物和金属Co等进行热压，可以制成复合氮化硅陶瓷。它的机械(力学)性能与复合氧化铅陶瓷相近。氮化硅陶瓷能有效地切削冷硬铸铁和淬硬钢，切削一般钢材效果不显著。国外有一种赛隆(sialon)陶瓷，成分为Si3N4十A1203十Y203，也属于氮化硅基系列陶瓷，它加工镍基高温合金和铸铁效果很好。由于陶瓷的原料在自然界容易得到，因而是一种极有发展前途的新型刀具材料。
二、金 刚 石
金刚石分天然和人造两种，是碳的同素异形体。金刚石硬度极高，接近于HVl0000(硬质合金仅为HVl300—1800)，是目前已知的最硬物质。天然金刚石的质量好，但价格昂贵。人造金刚石是在高压高温条件下，借助于某些合金的触媒作用，由石墨转化而成。用专用设备压制出的单晶金刚石，可以制造金刚石砂轮。金刚石砂轮是磨削高硬度脆性材料(如硬质合金)的特效工具。切削加工用的聚晶金刚石刀片是单晶金刚石经第二次压制形成的。
金刚石刀具既能胜任陶瓷、高硅铝合金、硬质合金等高硬度耐磨材料的切削加工，又可切削其他有色金属及其合金，使用寿命极高。但它不适合加工铁族材料，因为金刚石中的碳元素与铁元素有很强的化学亲和性，因而碳元素极易向含铁的工件扩散，使合刚石刀具很快 磨损。而且当切削温度高于700℃时，碳原子即转化为石墨结构而丧失了硬度。
金刚石刀片的切削刃可以磨得很锋利，可对有色金属进行精密和超精密的高速切削，加工表面粗糙度Ra可达0．01—0．1μm。
金刚石万片除可用机械夹固或粘接方法固定在刀杆上使用外，还可在硬质合金基体上压制一层约0.5mm厚的金刚石，形成复合聚晶金刚石刀片。目前，金刚石复合刀片在钻探工具、石材的锯切工具及加工有色金属的切削刀具上应用较广。
三、立方氮化硼
氮化硼的性质与形状同石墨很相似。石墨经高温高压处理转化为人造金刚石，用类似的手段处理六方氮化硼就能得到立方氮化硼(CBN)。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。两者性能比较列于表2—8。立方氮化硼的热稳定性和化学惰性大大优于金刚石。在空气中，人造金刚石在700— 800℃时即石墨化，而立方氮化硼可耐1300—1500℃的高温，在这样的温度下也不发生显著的相交，从而保持其硬度。
聚晶立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定在刀柄上。也可以将立方氮化硼与硬质合金压制在一起成为复合刀片，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率。当用以精车淬硬零件时，其加工精度与表面质量足以代替磨削。
聚晶立方氮化硼刀具能用金刚石砂轮磨削，而聚晶金刚石刀具的磨削则要困难得多。
第二篇：哈斯数控机床刀具及夹具的设置与管理
哈斯数控机床刀具及夹具的设置与管理
第一部分：工件夹具
首先应注意：在将任何类型的工件夹具放置在机床工作台上之前，应确保工作台清洁，没有任何切屑或者其他碎屑。夹具与机床之间的切屑以及其他碎屑对二者都会造成损坏。卡在夹具与工作台之间的金属屑可能导致夹具摇晃，所加工的部件也会产生较大误差。同时应确保工作台上安装的所有装置保持清洁。
必须使用镗磨油石打磨定位表面。由此可确保定位表面不会存在任何可能损坏工作台的毛刺、勾缝。如果预备将工件夹具保留在工作台上，应涂抹少量防锈油或者WD-40®，避免工作台和工件夹具生锈、腐蚀。
在设置哈斯CNC铣床时首先需要确定如何在机床上固定工件。铣削加工操作中有三种基本类型的工件夹具：台钳、夹钳以及卡盘。在机床上固定工件的最常用方法为铣床台钳。为了精确加工，在设置台钳时必须使夹紧表面平行于X或Y轴。该操作可通过指示器实现。按照下面的简单程序可快速、轻松测量铣床台钳。
1.在工作台上安装铣床台钳，将T形螺母以及螺栓放置到位。
2.紧固台钳右侧的螺栓，只需稍稍拧紧左侧的螺栓。
3.将磁性底座放在Z轴头部底端的任意位置。为了确保显示读数精确，磁性底座应安装在头部的坚固部位。缓进机床轴，使指示器头部到达台钳右侧，位于希望测量的夹紧表面上。查看指示器的头部，使其表盘显示读数，并设置零位。
4.在整个夹紧表面上缓缓移动指示器，在台钳左侧停止。确定台钳需要移动的方向，轻敲台钳直至指示器返回零点。注：右侧螺栓紧固，台钳将围绕该点旋转。使指示器慢慢返回台钳右侧，复位零点。慢慢返回左侧，轻敲台钳，直至指示器显示零点。现在应已非常接近平行位置。重复上述步骤，直至指示器在整个表面保持零点。
5.在整个台钳卡爪上显示均匀读数后，首先紧固左侧螺栓，然后紧固右侧螺栓。最后在整个表面移动指示器，确保仍然平行于机床行程。
提示：使用软锤或香槟锤将夹具或台钳轻敲到位。使用球形斧锤或其他硬质物体可能损坏夹具。
确保在铣床台钳中定位工件时，将工件放在台钳中央。不应将工件的大部份悬挂在台钳侧面。这会导致移动卡爪扭曲工件，从而大大降低夹紧力。如果您试图在悬挂工件中钻孔，Z轴推力可能导致工件的钻孔点下压，而工件的另一侧上抬。如果需要在台钳中的工件上钻通孔，请使用阶梯形卡爪。阶梯形卡爪可悬空固定工件，并离开台钳底部。由此可在工件下方留出间隙，以免在钻通孔时钻入台钳。如果只有硬质钢卡爪，没有阶梯形卡爪，可在台钳中使用一组平行杆，固定工件，使其离开台钳底部。必须检验平行杆是否为相同尺寸，以确保工件设置平稳。
提示：大多数高精度铣床台钳都在定位表面上配有键槽及键。由于所有哈斯铣床都配有高精度T形槽，与X轴对正，因此可使用台钳上的键在T形槽内定位台钳。由此可确保台钳垂直于工作台。如果您的台钳没有配置键，则可使用台钳底板（在底部配有键或合销），以便定位T形槽。在顶部，可加工一系列孔，以便将底板连接在机床工作台上，螺纹孔可用于将台钳连接在底板上。在T形槽内定位底板，并用螺栓固定在工作台上。在底板上安装台钳，按照上述方法检查平行度。现在，每次使用台钳时，只需在T形槽内定位底板，使用螺栓固定即可。在高精度加工中，仍然必须检查平行度，并进行少量调整。
在使用夹钳通过向下压力固定部件时，必须确保夹钳降低以接触部件，返回时升高。大多数下压夹钳使用螺旋千斤顶或者与夹钳上的锯齿啮合的锯齿块，来支撑夹钳末端，即与接触部件相对的一端。夹钳的锯齿端必须高于夹钳接触端。否则，夹钳将接触部件的边缘，而非顶部。这会大大降低用于固定部件的夹紧力，并可能在部件顶部表面与侧面结合处造成凹陷。如果使用螺旋千斤顶式的夹钳，应确保螺旋千斤顶没有直接靠在铣床工作台上。必须使用较厚的垫片或者其他材料保护铣床工作台。
提示：在生产中使用夹钳时，应定期检查螺旋千斤顶调整情况，以确保夹钳螺旋千斤顶一端高于接触端。在任何情况下，固定螺栓应尽可能靠近被夹紧的工件，以便传递最大夹紧压力。
在需要夹紧圆柱表面时，使用安装在机床工作台上的3爪卡盘可能最为适合。
提示：如果已经完成圆柱表面的加工，应在卡盘上安装一套软卡爪。使用端铣刀加工卡爪，直至达到希望夹紧的表面的准确直径。应记住在加工卡爪时，必须夹紧卡盘。最好使用一块棒料或六角螺母－只要保证卡爪紧固，并给刀具留有空间，以便切削至所需深度。如果您正在加工铣床台钳上的软卡爪也可如此操作。台钳必须在执行任何加工操作之前夹紧。
第二部分：设置偏置
在许多场合下，CNC程序员都在程序中将Z轴零点设置在原料的顶部。但通常原料表面并不平坦，而且并不完全平行于任何轴。
提示：如果你需要从原料顶部设置刀具长度偏移，而且需要获得精确的刀具长度值，应在原料上轻轻过刀。这样就可从平坦、清洁的表面测量刀具。您也可从用于固定部件的夹具开始设置刀具长度偏移，然后逐渐增加Z轴工件坐标偏移值，直至正值，并等于部件厚度为止。
在设置刀具长度偏移时，朝Z轴零点向下缓进刀具。在接近时，在刀具和工件之间插入一张纸。小心向下移动刀具直至部件顶部－尽可能靠近，但纸张仍可移动。在手轮缓进模式中切换至最小增量。在逐渐向下缓慢移动的过程中来回抽纸。您将开始感受到纸张上的拉力。按下OFSET按键，然后按下PAGE UP，直至到达对应设置刀具的CLNT(LENGTH)(RADIUS)页面。
将光标置于GEOMETRY栏，然后向下移至正在设置的刀具编号。按下TOOL OFSET MESUR。控制设备将读取屏幕底部记录的Z轴绝对机床位置，并将其作为对应刀具编号的刀具长度输入。
提示：在设置TLO(刀具长度偏移)时，如果按下TOOL OFSET MESUR按钮是按下状态，应记录Z轴的绝对机床位置。否则，控制设备中的设置64应关闭。
在设置工件坐标偏移时，您必须准确的定位X轴与Y轴零点。记住，您正在测量的是主轴中心线与工件上或者夹具上的某个位置。如果测量的是工件或者夹具的边缘，那么最常用的工具是边缘探测器。
边缘探测器由两个同心圆筒构成，用弹簧连接在一起。在使用时，将边缘探测器放置在套爪卡盘内，稍稍偏移两半，以便在旋转时产生摆动。然后将部件缓缓推入边缘探测器的摆动端。边缘探测器将向上对中，然后突然失去同心度。此时，沿着Z轴正向缓缓移动边缘探测器，升高至工件上方。现在，缓进正在定位的轴，移动距离等于边缘探测器的半径。确保您正处于标有“WORK ZERO OFFSET”的页面中，且光标位于G CODE(G54, 等等)栏的正确行上。使光标跨过正确的轴，按下PART ZERO SET按钮，并确认输入正确的栏。
提示：如果您正在从工件设置TLO，只需要设置X和Y轴的工件坐标偏移。Z轴工件坐标偏移可通过刀具长度偏移补偿。
提示：在使用边缘探测器时，1000-1500 rpm的主轴转速比较适合。
如果你需要找到某个孔或圆形部件的中心线，Indicol是一种很有用的工具。这是一种千分表的固定装置。配有C形夹，可将Indicol连接至机床主轴中的刀架。Indicol还有两个或三个可调节臂，以及末端的一个夹钳，用于固定千分表。可调节臂可用于定位指示器，使旋转直径与孔径相同。
为了找到孔的中心线，将指示器头部定位在孔上方，然后手动旋转刀架。可检查指示器头部的旋转直径是否与孔径大致相同，确定当前位置的偏心度。调节X 和Y 轴，在将指示器向下移入孔中之前，尽可能靠近。一旦靠近，缓缓下降Z轴，使指示器头部进入孔中，调节臂，使指示器显示读数。旋转指示器，使其接触四个象限中某个象限的表面(X+, X-, Y+,或者Y-)。现在，设置指示器零点，并旋转180度。指示器的移动距离是轴的调整距离的二倍。如果您的指示器在负向上移动0.016，则轴在正向上的缓进距离为0.008。
现在，指示器旋转90度，然后复位零点。指示器旋转180度，找到其他轴需要调整的距离以及方向。记住，为了找到孔的中心线，指示器移动的距离是轴缓进距离的二倍。对于较小的孔径，这个操作程序比较困难，但非常精确。在每一个轴中，您可找到孔的精确的中心线，误差不超过0.0001英寸。
提示：在查找孔以及圆形部件的中心线时，同轴指示器可节省大量时间。该指示器安装在套爪卡盘内，在主轴旋转过程中使用。制造商声称这些指示器可用于高达800 rpm的转速，但是50到100 rpm范围比较理想；如果主轴转速过高，很难分辨哪一根轴需要调节。固定臂可在主轴旋转过程中使指示器表面保持静止。每一次旋转主轴，指示器表盘都将显示其偏心度。您只需在观察指示器的运动时缓进机床轴即可。即使指示器的偏心度高达0.250英寸也可启动旋转，而且在几秒内即可完成调节，因此节省了时间。
第三部分：刀架
选择适当的刀架与选择适当的刀具同等重要。对于所有加工场合，应尽可能选择最短的刀架。此外，刀具在刀架中的设置应尽可能增加距离。这样可增加刀架对刀具的夹持力，并减少振动。主轴头部与刀尖的距离越短，整个装置的刚性就越好。在切削时，增加刚性意味着振动更少。哈斯自动化机械公司建议转速高达10,000 rpm或者更高的刀架的平衡应符合G2.5或者更高要求（在最高转速下）。您可使用预平衡的刀架，但在刀架中安装刀具时应再次平衡。
刀架中的刀具应被提供充分的支撑，只有少部分没有支撑
提示：平衡刀架只会改善加工状况。可延长主轴以及刀具的使用寿命，还可改善部件表面质量以及尺寸精度。如果安装刀具的刀架平衡不符合G2.5规范要求，可能产生较差的工件表面质量，并损坏主轴。
提示：如果要求主轴转速超过10,000 rpm，而且必须平衡刀架，那么不应使用配有固定螺丝的端铣刀架。由于固定螺丝产生单向夹紧力，因此端铣刀架无法使刀具正常运转（与主轴同心）。最适合高速应用的刀架为收缩配合刀架，套爪卡盘（配有平衡螺母），以及夹头或者液压夹头。这些刀架可在刀具上产生均匀的夹紧力，因此TIR 几乎为零。
提示：对于高速加工，圆柄刀具不应带有Weldon平面。Weldon平面会由于重量分布不均匀导致失去平衡。从刀架中延伸出的刀具长度应尽可能短。
第四部分：切削刀具
在选择切削刀具时，首先应考虑需要执行的操作。这里简单介绍了铣削操作中最常用的基本刀具。
钻头 钻头用于在工件上加工圆柱形孔。钻孔可以是通孔或者盲孔。盲孔是指没有完全贯穿工件的孔。通常，工程图纸上都会规定某个钻孔需要钻至“外径深度”。这表示孔径必须为规定深度，不考虑钻头的斜角头部。在测量刀具长度偏移时，所测量的是钻头及其头部的长度。那么钻孔的深度应该达到多少才能获得正确的外径深度？您需要知道钻尖的长度。
提示：钻尖的长度取决于刀锋角以及钻头直径。钻头直径乘以某个常量即可得到钻尖的长度；常量的值取决于钻尖角度（大多数标准高速钢钻头的钻尖角为118度）。
对于钻尖角为： 118度 135度 141度 钻头直径乘以： 0.3 0.207 0.177
使用这些常量可计算钻尖长度，误差只有千分之几英寸。
中心钻
中心钻是一种小型钻头，配有引导点。用于加工小径孔，孔壁带有锥度。
如果孔的位置必须保持较小公差，应首先使用中心钻，然后使用麻花钻光整孔。中心钻孔锥形壁面可保持麻花钻在开始钻入工件时对正。
提示：许多机床都使用这种经验方法：如果中心钻孔的直径公差不重要，应尽可能增加钻孔深度。在0.375英寸直径以下，使用标准60度中心钻孔加工的孔径将接近钻孔深度。对于较大的中心钻 – 0.375英寸或者更大 – 深度与直径比例更大，因此偏差可能达到0.080至0.100英寸。
扩孔钻
扩孔钻用于去除钻孔中的少量材料。扩孔钻可使孔径公差达到极小范围，并可获得极高的表面质量。首先应钻孔，在孔壁面保留0.005至0.015英寸余量，然后由扩孔钻清除。
提示：在扩孔时，孔的尺寸以及位置精度的最佳状态是按照下列步骤操作：首先钻孔，然后镗孔，最后扩孔。
提示：扩孔的余量取决于孔径。一般情况下：
对于孔径小于1/2“的孔 对于孔径大于1/2”的孔 直径余量低于0.0150“ 直径余量0.030”
工件材料的类型以及孔的加工方法都会影响加工余量。
提示：在使用G85(镗入，镗出)固定循环进出扩孔钻时，可加工出精度最高，最均匀的表面。许多人都试图使用G81(钻孔)固定循环节省时间，该循环将刀送入后，快速退出。其加工速度超过G85，但通常会在孔的圆柱形表面上产生螺旋痕迹。尽管这种痕迹非常轻微，而且不会影响孔的尺寸，但某些客户会因为孔的外观而拒绝接受。
丝锥
丝锥用于在钻孔内加工螺纹。
注：在使用铣床攻丝时必须特别小心。
提示：如果您使用可执行刚性攻丝的机床，进给速度（英寸每分）＝螺距×转/分。此外，攻丝尺寸不得超过1.5 x丝锥的外径。如果接触长度超过紧固件直径的1.5倍，螺纹连接的强度将不再增加。如果您需要增加螺纹深度，首先使用机床攻丝，然后手动攻丝至最终深度。如果深度超过1.5 x孔径，丝锥断裂的可能性会大大增加。切屑控制较为困难。在盲孔攻丝时，必须尽可能钻至最大深度，以免在丝锥下方挤压切屑。使用螺旋槽丝锥可将切屑带出螺纹孔。为了进一步减少攻丝的困难，应确保所有需要攻丝的孔内没有切屑，并使用专用于所加工材料的攻丝液。
提示：螺孔钻尺寸为特定丝锥规定的孔径。对于75%有效螺纹而言，用于确定正确钻孔尺寸的公式为：
D – 1/N，其中 D = 丝锥外径
N = 每英寸的螺纹圈数
75%螺纹深度的螺纹孔，强度只比100%螺纹深度的螺纹孔低5％，且切削力只需1/3。
端铣刀
端铣刀的形状类似于钻头，但底部平坦。主要用于刀具侧面切削，加工工件的轮廓。
提示：在使用刀具补偿功能（G41 以及 G42）编程，进行端铣刀轮廓切削或者型腔刀具轨迹时，调节加工部位尺寸非常灵活。使用刀具补偿功能可调节原料的切削量。端铣刀磨损时，少量偏移调节可确保每一个部件都有相同的尺寸。您还可使用不同尺寸的刀头，让机床沿着原来设置的刀具路径切削出相同的部件尺寸。
圆鼻端铣刀
圆鼻端铣刀与普通的端铣刀相同，但在凹槽与端铣刀底部相交的弯角处有一半径。该半径最大可达到刀具直径的一半。
提示：圆鼻端铣刀在加工壁面与底面之间的圆角时非常有效。而且可提高端铣刀的强度。在加工硬质材料时，标准端铣刀的尖角容易碎裂，而且磨损速度比圆鼻端铣刀更快。圆鼻端铣刀的半径在切入工件时更为缓和。
球铣刀
球铣刀是一种圆角半径正好等于刀具直径一半的圆鼻端铣刀。这使得刀尖的形状正好为球形。还可像端铣刀一样用刀具的侧面切削。
提示：球铣刀的主要用途是加工放样曲面。刀具的球形轮廓能够沿着任何起伏表面移动，并可沿着刀具的“球状末端”切削任何位置。由于球能够在表面上滚动，因此球铣刀可用于切削任何此类表面。
嵌齿端铣刀
嵌齿端铣刀与标准端铣刀相同，但配有可更换的硬质合金刀片。
提示：嵌齿端铣刀用于在更高速度下切削硬质合金之外的金属。这种刀具的直径范围很广，能够实现更大深度的切削。这一点非常有用，但在使用这些刀具时，最好计算切削所需的功率。在哈斯控制设备上，这只是小菜一碟：在前面板上有一个按钮标有“HELP/CALC”。按下该按钮可打开帮助菜单，再次按下可打开计算器功能。使用PAGE UP/PAGE DOWN按键可在下列三个页面之间滚动：三角学帮助，圆形内插帮助，以及铣削帮助。每一个页面在左上角都有一个简单的计算器。在铣削帮助页面上，可求解三个方程：
1.SFM =(刀具直径[英寸])* RPM * 3.14159 / 12 2.(切屑载荷[英寸])=(进给速度[英寸/分])/ RPM / 槽数 3.(进给速度[英寸/分])= RPM /(螺距)
在使用这三个方程时，您可输入已知参数，控制设备将计算并显示剩余的未知数。在计算切削所需功率时，必须输入RPM，进给速度，槽数，切削深度，切削宽度并从菜单中选择某一材料。如果更改上面的任一数值，计算器都会自动更新切削所需功率。
选择刀具时下一步需要考虑的是切削的材料。在金属加工行业中最常见的切削材料可分为两类：不含铁与含铁材料。不含铁材料包括铝和铝合金、铜和铜合金、镁合金、镍与镍合金、钛与钛合金。普通的含铁材料包括碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢，以及含铁铸造材料例如铸铁。不含铁金属比较软，容易切削，但镍与钛除外。含铁金属通常较硬，难于切削。
在选择刀具时，刀具材料是最重要的考虑因素。大部分上述刀具都采用三种基本材料：高速钢、硬质合金以及硬质合金嵌齿。几乎所有这些基本刀具材料都可用于切削各种材料。区别只在性能。高速钢刀具的硬度非常高，但耐磨性较差。硬质合金的耐磨性非常好，但容易碎裂。硬质合金适合在较高转速和进给速度下切削材料，但价格更贵。硬质合金嵌齿刀具非常适合大批量生产场合，因为每一个嵌齿上都有多个切削边。某个切削边磨损后，您可分度至另一个切削边，在所有切削边都已用过之后，只需更换嵌齿，而非整个刀具。
提示：如果您正在使用高速钢钻头，必须首先使用中心钻。然后再钻孔。这可确保钻孔的正确位置。如果你正在使用硬质合金钻头，没有必要首先将钻头居中，因为硬质合金钻头配有自行对中的刀尖。如果使用硬质合金钻头钻削已经执行中心钻加工的孔，则会损坏钻头。外切削边缘会在钻头开始切削之前接触锥形壁面。这会对外切削边造成冲击，并导致钻头碎裂。硬质合金钻头必须首先从刀尖开始切削，然后再使用外切削边。
这些刀具材料都可采用各种不同的涂层以提高其性能。目前最常用的三种涂层材料为氮化钛(TiN)，碳氮化钛(TiCN)，以及氮化铝钛(TiAlN)。TiN涂层的金色非常容易识别。TiN涂层的优点是表面硬度更高、刀具使用寿命更长、耐磨性更好、润滑性更佳，可减少摩擦，并降低边缘积聚。TiN涂层主要用于加工低合金钢和不锈钢。相比较TiN而言，TiCN涂层颜色为灰色，硬度更高。其优点在于切削速度和进给速度更高(与TiN相比可提高40% 至60%)，金属切除速度更快，而且具有极佳的耐磨性能。TiCN涂层可加工所有材料。TiAlN涂层呈现灰色和黑色，主要用于加工硬质合金。适合非常高的加工温度，最高可达800℃，这使其非常适合不使用冷却剂的高速加工场合。推荐使用压缩空气清除切削区域的切屑。这种刀具非常适合硬质钢、钛以及镍合金，包括铸铁以及高硅铝之类的磨蚀性材料。
在选择端铣刀时，凹槽数或切削边数是一个重要因素。端铣刀的槽越多，槽的尺寸就越小或者越窄。双槽端铣刀的中心实心部分大约为端铣刀直径的52％。三槽端铣刀的中心部分为直径的56%，四槽或者槽数更多的端铣刀的中心部分为直径的61%。这表示端铣刀的槽数越多，切削中的刚性就越高。建议两槽端铣刀用于较软的粘性材料，例如铝和铜。建议四槽端铣刀用于较硬的钢材。
第五部分：切削速度以及进给速度
切削速度指的是刀具的切削边相对于工件的移动速度，以英尺/分（SFM）为单位。进给速度指的是工件进入刀具的速度，以英寸/分（IPM）（或者毫米）为单位。进给速度和切削速度会影响切削的完成时间、刀具的使用寿命、加工表面质量以及机床所需功率。切削速度主要取决于需要切削的材料以及刀具材料。为了计算正确的主轴转速（转/分RPM），将SFM建议值乘以3.82，然后除以刀具直径。3.82为将SFM转换为RPM的常数。进给速度取决于切削的宽度和深度，所需表面质量以及许多其他变量。所需的进给速度＝每齿进给量×齿数×主轴转速。
提示：可参考机械手册©或者其他参考资料以计算正确的速度。大多数刀具制造商都可根据所需切削材料提供一般性的刀具指导。许多制造商甚至可提供现场服务，帮助您选择正确的刀具、涂层以及切削速度。
提示：尽管制造商提供的刀具速度以及进给速度参考资料可方便您的使用，但仅供参考。在许多场合下，这些数字适用于理想情况，因此不一定适合实际应用。在根据切削条件调整刀具时，经验非常重要。切削过程中可能出现振动，因此可能需要改变切削速度以及进给速度以消除这些现象。
提示：哈斯控制设备配有标准的计算器功能，可帮助操作员执行三角、圆形内插以及铣削计算。如需使用这些功能，只需两次按下HELP/CALC按钮，然后使用PAGE UP或者PAGE DOWN选择希望使用的计算器。输入提示数据，控制设备将自行计算。
在最短时间内设置CNC铣床，使其能够加工质量最高的部件需要注意两个方面。首先需要掌握充分的常识。其次，应精通本文中所提到的各个方面。许多资源都可提供关于这些方面的有用信息。哈斯自动化机械公司应用部门可为您解答所有关于哈斯机床的问题，以及在加工中可能遇到的一些问题。此外，刀具制造商也可针对其产品为您提供咨询服务。最后，您还可在因特网上查找大量信息。
第六部分：自动刀具管理
用户可利用哈斯控制设备监控机床功能，记录机床所使用的刀具的数据。控制设备可按照刀具编号监控刀具，并记录主轴载荷，进给时间以及每一把刀具的使用情况，同时保存这些信息以便用户使用。
提示：刀具载荷页面位于当前指令显示中(无论在哪种模式下，在当前指令显示中，按一次PAGE UP都可切换到刀具载荷页面)。设置84，刀具过载操作，将决定机床针对刀具过载的响应。设置84共有四个选项：报警、进给暂停，蜂鸣器或者自动进给。在主轴载荷超过刀具载荷屏幕中LIMIT%栏输入的数值时，机床将作出响应。如果刀具没有设置极限值，机床不会作出响应。
设置84可用于防止加工过程中可能出现的常见问题。例如：
刀具以及嵌齿磨损，也可能导致主轴载荷增加。监控主轴载荷可帮助操作员确定何时应该更换刀具或者嵌齿。
如果冷却剂不足可能导致材料粘结，或者刀具粘上金属屑，从而妨碍排屑，影响刀具的切削动作。还可能导致主轴载荷增加；因此在这种情况下由机床监控载荷也非常有用。如果切削深度或者宽度不均，只会在特定部件上增加主轴载荷。在设置84中选择自动进给可降低机床的进给速度，以保持刀具载荷页面上设置的最大值。参数299, 300以及301可控制减速以及恢复时间。
提示：保持刀具的刀尖状态可提高生产速度。可跟踪特定刀具随着时间的性能变化情况。在了解刀具可加工部件的次数（同时保持可用性）之后，可利用该信息限制刀具的使用次数。例如，如果知道某个刀具在使用27次之后无法再用，则在刀具使用寿命屏幕上(当前指令页面；按两次PAGE UP）可在报警栏输入25或26。在使用25或者26次之后，机床将产生报警362，刀具使用复位。此时，操作员可按下RESET清除报警，更换嵌齿或者刀具，并归零刀具使用寿命屏幕中使用次数栏中的刀具使用次数。
提示：如需清空保存在刀具载荷以及刀具使用寿命屏幕中的数值，将光标移动到对应行和栏，然后按下小键盘上的ORIGIN按钮。如果希望某个清空栏中的所有数据，将光标移动到该栏的顶部，然后按下ORIGIN按钮。
哈斯刀具托架系统
哈斯刀具托架系统安装在机床背面，可方便取用常用刀具。刀具托架的尺寸为45“ x 19”，可适合大多数立式以及卧式加工中心。
系统配有一个托架和储箱，附加的刀具托盘以及刀具箱可单独订购。
每个托架的最大载重能力为120磅。
垂直空间：托架上可摆放六个40-锥度托盘或五个50-锥度托盘（刀架空置）。
第三篇：数控机床2014（推荐）
试卷代号：243 1中央广播电视大学2013-2014学第一学期“开放专科”期末考试
数控机床试题
一、单项选择题（15道题，每小题3分，共45分）
1．(C)属于数控机床的机床本体。A．自动换刀装置B．伺服电机C．进给机构D．脉冲编码器
2．滚珠丝杠螺母副消除间隙的主要目的是(B)。A．减小摩擦力矩B．提高反向传动精度和轴向刚度C．增大驱动力矩D．提高使用寿命
3．按照运动轨迹控制分类，数控钻床属于(A)。A．点位控制B．轮廓控制C．直线控制D．远程控制
4．对箱体类，异形类，型腔模具工件，如果加工余量小（精加工），而且以单面孔系加工为主，工序集中的，一般选用(C)进行加工。A.卧式加工中心B．数控车床C．立式加工中心D．车削中心
5．(C)是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。A．控制介质B．反馈装置C．伺服系统D．辅助装置
6．数控机床的液压系统的控制属于机床的逻辑控制，由(D)完成。A．脉冲编码器B．数控装置C．伺服驱动控制器D．可编程控制器
7．位置检测劳置是位置控制闭环系统的重要组成部分，是保证数控机床(A)的关键。A．精度B．稳定性C．效率D．速度
8．图1所示卧式加工中心的自动换刀装置采用的是(A)换刀方式。A．机械手B．刀库式C．成套更换方式D．转塔式
9．加工中心最突出的特征是是设置有(B)，并能自动换刀。A．自动排屑装置B．刀库C．自动交换工作台D．主轴准停装置
10.ATC是(A)，数控机床采用其后数控加工的辅助时间主要用于工件的安装和调整。A．自动换刀系统B．自动托盘交换系统C．自动排屑系统D．自动冷却系统
11．下列(D)检验属于定位精度检验。A．主轴轴向及径向跳动B．主轴在Z轴方向移动的直线度C．X、Y、Z坐标轴的相互垂直度D．直线运动轴机械原点的返回精度
12．液压和气动装置在数控车床中不能用于(A)。A.交流伺服电机的控制B．尾架套筒的顶出和退回C．主轴高低速的换挡D．卡盘的夹紧与放松
13．数控电火花加工机床的加工局限性有(D)。A．电火花加工属不接触加工B．易于实现加工过程自动化C．加工过程中没有宏观切削力D．只能用于加工金属等导电材料
14．加工中心按照功能特征分类，可分为(C)、钻削和复合加工中心。A．刀库十主轴换刀B．卧式C．镗铣D．三轴
15.数控机床的故障按故障特征分类，可分为(B)和有报警故障两大类。A．随机性故障B．无报警故障C．可恢复性故障D．机械故障
二、判断题（5道题，每小题2分，共10分）
16．(√)数控机床是为了解决单件、小批量、精度高、形状复杂的零件加工的自动化要求而产生的。17．(×)数控机床加工的加工精度比普通机床高，是因为数控机床的传动链较普通机床的传动链长。
18．(×)数控机床工作的环境温度是没有限制条件的。19．(√)数控系统是数控机床实现自动加工的核心。20．(×)液压装置工作速度快和工作频率高，对环境要求适应性好，装置结构简单，工作
介质不污染环境。
三、简答题（3道题，共25分）
21．数控机床常见的导轨类型有哪几种？（5分）答：数控机床的导轨类型有滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等
22．简述数控机床机械结构的主要特点。（10分）答：(1)高的静、动刚度；(2)良好的抗振性能；(3)良好的热稳定性；4)高的灵敏度；(5)高效化装置、高人性化操作。
23．与普通机床相比较，数控机床的主传动系统的特点有哪些？(10分)
答：1)转速高、功率大；(2)变速范围宽；(3)主轴变换迅速可靠；(4)主轴组件的耐磨性高
四、综合题（共20分）
图2为CJK1640型数控车床外形图，图3为CK7525型数控车床外形图，识图并回答下
列问题。
24.图2中的CJK1640型数控车床和图3中的CK7525型数控车床，按数控系统的功能分类，各属于什么类型的数控车床？（4分）A)经济(2分)；(B)全功能。（2分）(A)图2中的CJK1640型数控车床属于一型数控车床
(B)图3中的CK7525型数控车床属于型数控车床
25.图2中的CJK16 40型数控车床，这种类型的数控车床的特点是什么？（3分）
答：经济型数控车床一般是在普通车床的基础上进行改进设计，并采用步进电动机驱动的开环伺服系统。其控制部分采用单板机、单片机或档次比较低的数控系统来实现。此类车床结构简单，价格低廉。但功能简单
26.图3中的CK7525型数控车床，这种类型的数控车床的特点是什么？（3分）
答：全功能型数控车床控制系统是标准型的，带有高分辨率的CRT显示器以及各种显示、图形仿零点、刀具补偿等功能，而且具有通信或网络接口。全功能型数控车床采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制，并有高刚度、高精度和高效率等特点。
27.从床身结构上看，这两个数控机床的结构布局有什么不同？各自的特点是什么？(10分)
答：(1)图1中的CJK1640型数控车床，采用水平床身。（2分）图2中的CK7525型数控车床，采用倾斜床身。（2分）(2)水平床身特点：是加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这
种结构床身下部空间小，排屑困难。（3分）
倾斜床身特点：①机床外形美观，占地面积小； ②易于排屑和冷却液的排流；③便于操作者操作和观察；④易于安装上下料机械手，实现全面自动化； ⑤可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。（3分）
第四篇：知识分子的硬度
读《陈寅恪的最后20》年，掩卷沉思，一个桀骜不屈的知识份子的形象屹然而立。
陈寅恪（1890—1969），义宁（今修水县）人，清朝著名诗人陈三立之子，先后留学德国、瑞士、法国。学贯中西，通晓多种语言，国学深厚，国史精熟，被尊为史学权威。曾任清华大学历史、中文、哲学三系教授。解放前夕，国民党派专机接他去台湾，他坚决拒绝。新中国成立后，受聘于岭南大学（现中山大学）一级教授。
陈寅恪，他应该是50、60年代对抗政治侵蚀表现得最顽强，也是最“成功”的一个学者。这“成功”当然有赖于他学贯中西、世人难以望其项背的渊博学识（这种渊博让狂热的人对他多少有些敬畏），也有赖于时任广州省省委书记的陶铸和中大副校长陈序经的鼎力保护，当然，最主要的还是有赖于他那绝不妥协的桀骜不屈的精神以及至始至终“只问学术、不问政治”的治学原则。
关于陈寅恪知识的渊博，有一则真实的笑话可以窥见一斑。当时，同是史学权威的郭沫若向国人号召：“„„在史学研究方面，我们要在不太长的时间内，在资料的占有上超过陈寅恪”。因为“要在不太长的时间内在资料的占有上超过陈寅恪”，全国高等院校兴起了“每人多读一本书”的活动。他的理论依据是——如果陈寅恪掌握了八十本书的资料，那么一百个人每人掌握一本书的资料，合起来，就可以超过陈寅恪了。一道简单的小学算术，解决了一道很大的政治难题。今天看来，是何等的荒唐可笑，可在当时却也刮起一阵旋风。政治的狂热会导致怎样的愚昧与无知？！
作家程乃珊在其散文《生命之树长绿》中说：“形体的衰老无损生命的尊严”。陈寅恪验证了此言！陈寅恪，年老多病，膑足盲翁，生活无法自理。然而，就是这样一个生命体征日渐式微的老人，竟向北京当局提出在当时无疑是惊世骇俗的两个条件——“允许研究所不宗奉马列主义，不学习政治；请毛公（毛泽东）和刘公（刘少奇）给一个允许证明书，以作挡箭牌”，以此作为担任中古史研究所所长的条件。
在那个“人人言必称马列，著文论说以引用马列和毛泽东著作原文原话为荣事”的时代，陈寅恪竟然公然提出不学马列，在当时的中国，不会有第二人！陈寅恪提出此要求，并非逞一时之气，也并非标新立异，他要“为学术争自由”。对于一个真正的学人来说，自由是学术的生命。勿自由，宁愿死！当助教黄萱问陈寅恪，如果北京当局答应他的条件又怎么办时，陈寅恪毫不犹豫地回答：“那我就去，牺牲也可以。”可见，这是一个视学术自由高于生命的铮铮学者！让造反派心有畏惧、甚至敬畏的也就是这种桀骜的学人风骨！
很多人，在文革中被迫背叛他人也背叛自己；也有很多人，在文革中不堪凌辱而自绝于世。名声显赫的民盟主席张伯钧，在“批右”时不也赶快“认错”了吗？因为张伯钧认错得及时和彻底，因而在被打入右派后，还保留着相当的待遇——专车、厨师等，这让同是民盟大将同样被打为右派的罗隆基后来“大彻大悟”，羡慕不已。
马列主义权威、历史学家翦伯赞夫妇，在自绝前，口袋里揣着两张纸条，一张表明自己“实在交代不出来，走了这条绝路”，另一张纸条则三呼“毛主席万岁！毛主席万万岁！毛主席万万万岁”！据说，“这是中国知识分子在文革中自杀的标准格式。”
晚年的陈寅恪，风烛残年，负鼓盲瓮，卧床不起，但他没有被怪异的社会“标准格式化”，更没有被异化，至死不屈！什么是知识份子的硬度？陈寅恪就是最好的诠释——桀骜不屈，遗世独立！
读陈一书，不得不提一位女性，她就是陈寅恪在中山大学的挚友——中文系教授冼玉清。这位在世俗眼里甚是奇怪的女性，终身不曾婚嫁，立志“以事业为丈夫，以学校为家庭，以学生为子女”‘“意志终身从事教育，牺牲个人幸福，以为人群某幸福。”然而，这一位甘愿为教育事业奉献终身的奇女子，却在“肃反”运动中被中山大学早早的“整编”出去，并被勒令搬出校园。空有报国之志，国家却向她关起大门！1965年，终年七十岁的冼玉清终因留下未竟的事业，抱恨而终，遗憾千年。如果故事到此为止，倒也不必特别一书，毕竟，在那个年代，冼玉清的遭遇比比皆是。值得一书的是，晚年在香港治病的冼玉清，把父亲留给她的在香港和澳门的资产、股票等私人财产，除了极小的一部分留给家族亲戚外，绝大部分捐赠给祖国。可是那时的中共当局却一直认为她的“思想很落后”，不同意一生酷爱讲坛的她在香港讲学、演讲，甚至去日本旅游。
今天我们会问，冼玉清已经离开了中山大学，也远非共产党员，且人在香港，为什么凡事都要征求广东省委的意见？我想，这就是知识分子的自律精神吧，这种自律表现出来就是一种高度的原则性和纪律性。在那个年代，香港和日本都姓资，与祖国大陆水火不容!冼玉清虽非共产党员，但中共后面是她挚爱的祖国。在这个“大是大非”的问题上，冼玉清毫不犹豫的听从祖国的指挥。
算来，1966年，冼玉清捐赠给祖国大陆五十万港币！在那个外汇高度紧张的时期，五十万港币无疑是雪中送炭。冼玉清捐赠的岂止是五十万港币啊，她奉献的是一个知识份子的拳拳爱国之心。！我常在想，是什么令那个年代的知识分子，可以这么不计个人得失恩怨，对祖国对政府对人民如此赤诚忠贞？我想，这也是知识份子的一种硬度——爱国、忠贞、自律，不计个人得失！
最后谈谈陈建东的的写作笔法。陈寅恪治史，“无一字无出处”，这位研究陈寅恪的学者，在撰文时，也极力遵循陈治史的原则，以力求还原历史的面貌，增强说服力。出发点是好的，但繁冗的考据，却给读者的阅读带来一定的难度和阻遏。另外，作者个人的评论过多，有凌驾于读者之嫌。阅读时，对陈寅恪一无所知的我，在读了很多章节之后总感觉作者仍未切入正题，这大概是跟作者过多的“旁征博引”和过多的评论性语言有关吧。不能不说是一种遗憾。
第五篇：硬度测量实验报告
硬度测量实验报告 一、实验目的1、了解常用硬度测量原理及方法; 2、了解布氏与洛氏硬度的测量范围及其测量步骤与方法;二、实验设备 洛氏硬度计、布洛维硬度计、轴承、试块 三、实验原理 1.硬度就是表示材料性能的指标之一,通常指的就是一种材料抵抗另一较硬的具有一定形状与尺寸的物体(金刚石压头或钢球)压入其表面的阻力。由于硬度试验简单易行,又无损于零件,因此在生产与科研中应用十分广泛。常用的硬度试验方法有:洛氏硬度计,主要用于金属材料热处理后的产品性能检验。布氏硬度计,应用于黑色、有色金属材料检验,也可测一般退火、正火后试件的硬度。
2.洛氏硬度 洛氏硬度测量法就是最常用的硬度试验方法之一。它就是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷与主载荷)作用下,压入材料的塑性变形浓度来表示的。通常压入材料的深度越大,材料越软;压入的浓度越小,材料越硬。下图表示了洛氏硬度的测量原理。
图: 未加载荷,压头未接触试件时的位置。
2-1:压头在预载荷 P0(98、1N)作用下压入试件深度为 h0 时的位置。h0 包括预载所相起的弹形变形与塑性变形。
2-2:加主载荷 P1 后,压头在总载荷 P= P0+ P1 的作用下压入试件的位置。
2-3:去除主载荷 P1 后但仍保留预载荷 P0 时压头的位置,压头压入试样的深度为 h1。由于 P1所产生的弹性变形被消除,所以压头位置提高了 h,此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1-h0。实际代表主载 P1 造成的塑性变形深度。
h 值越大,说明试件越软,h 值越小,说明试件越硬。为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念,人为规定,用一常数 K 减去压痕深度 h 的数值来表示硬度的高低。并规定 0、002mm 为一个洛氏硬度单位,用符号 HR 表示,则洛氏硬度值为: 002.0-Hh kR 3、布氏硬度 布氏硬度的测定原理就是用一定大小的试验力 F(N)把直径为 D(mm)的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面,保持规定时间后卸除试验力,用读数显微镜测出压痕平均直径 d(mm),然后按公式求出布氏硬度 HB 值,或者根据 d 从已备好的布氏硬度表中查出 HB 值。
测量范围为 8~650HBW
由于金属材料有硬有软,被测工件有厚有薄,有大有小,如果只采用一种标准的试验力 F 与压头直径 D,就会出现对某些工件与材料的不适应的现象。因此,在生产中进行布氏硬度试验时,要求能使用不同大小的试验力与压头直径,对于同一种材料采用不同的 F 与 D 进行试验时,能否得到同一的布氏硬度值,关键在于压痕几何形状的相似,即可建立F与D的某种选配关系,以保证布氏硬度的不变性。
特点:一般来说,布氏硬度值越小,材料越软,其压痕直径越大;反之,布氏硬度值越 大,材料越硬,其压痕直径越小。布氏硬度测量的优点就是具有较高的测量精度,压痕面积大,能在较大范围内反映材料的平均硬度,测得的硬度值也较准确,数据重复性强。
四、实验内容 1.测量滚动轴承表面洛氏硬度值 使用洛氏硬度计对轴承外圈进行硬度测定,记录相关测量数据:
加载力(kgf)=
1471 N
硬度值测定平均值 测量次数 第一次 第二次 第三次 HRC 61、9 61、2 62、6 61、9 2.测量试块表面布氏硬度值 在布洛维硬度计上,使档位调至布氏硬度测定档,试块进行表面硬度测定,记录相关测定数据: 加载力(kgf)=
980 N
凹痕直径(mm)平均值(mm)测定次数 第一次 第二次 第三次 X 方向 254、9 251、2 250、1 252、1 Y 方向 256、3 244、6 250、5 250、5)-D-(D22 2d DPHB
(D=2、5 mm;
d=读数差×0、004)五、思考题 1.测量硬度前为什么要进行打磨？ 答:测试样品与工作台的接触面不平。按照国家标准 GB/T 230、1-2004,洛氏硬度值=100-h/0、002,式中 h 为洛氏硬度计压头压入样品的深度,也就就是说每 0、002 毫米或 2 微米代表 1HRC硬度单位,因此被测试样品与工作台接触面的平整度将对测试结果产生极大的影响。当试样底面不平时,载荷完全施加时只要试样因为不平整而导致轻微的偏转,就可能使压头多向下移动几个微米,测试结果就可能引起 1-5HRC 的误差,甚至更大。因此,测试前被测样品的底面必须用机械加工(如磨床)或手工方法(如砂纸打磨)磨平,以减小测试误差。
2.HRC、HB 与 HV 的试验原理有何异同? 答:1、布氏硬度(HB)
以一定的载荷(一般 3000kg)把一定大小(直径一般为 10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2(N/mm2)。
2、洛氏硬度(HR)
当 HB>450 或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它就是用一个顶角 120°的金刚石圆锥体或直径为 1、59、3、18mm 的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:
HRA:就是采用 60kg 载荷与钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。
HRB:就是采用 100kg 载荷与直径 1、58mm 淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。
HRC:就是采用 150kg 载荷与钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。维氏硬度(HV)
以120kg以内的载荷与顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度 HV 值(kgf/mm2)。
3.HRC、HB 与 HV 各有什么优缺点？各自适用范围就是什么？举例说明 HRC、HB 与 HV适用于哪些材料及工艺？
答:布氏硬度(HB)适用于退火正火钢,压痕大,适用于硬度不均匀材料,不适用于薄料。硬度值应在有效测量范围内(HRC 为 20-70)为有效;布氏硬度计多用于原材料与半成品的检测,由于压痕较大一般不用于成品检测。一般 HBS 只适用于 450N/mm 2(MPa)以下的金属材料,对于较硬的钢或较薄材料不适用;维氏硬度适用于较大工件与较深表面层的硬度测定,小负荷维氏硬度试验负荷 1、961~<49、03N,它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定;显微维氏硬度试验负荷<1、961N,适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。
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