六、数控刀具标准
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一、车刀的各种角度常识
车刀的主要角度
前角γo 在主剖面P0内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如图所示。 后角α
o 在主剖面
P 0内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程
度，一般为正值。
主偏角κr 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。
副偏角κr' 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。
刃倾角λs 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，λs=0；刀尖为主切削刃最低点时，λs ＜0；刀尖为主切削刃上最高点是，λs ＞0，如图示
。
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二、新型陶瓷刀具简介
新型陶瓷刀具的出现，是人类首次通过运用陶瓷材料改革机械切削加工的一场技术革命的成果。早在２０世纪初，德国与英国已经开始寻求采用陶瓷刀具取代传统的碳素工具钢刀具。陶瓷材料因其高硬度与耐高温特性成为新一代的刀具材料，但陶瓷也由于其人所共知的脆性受到局限，于是如何克服陶瓷刀具材料的脆性，提高它的韧性，成为近百年来陶瓷刀具研究的主要课题。陶瓷的应用范围亦日益扩大。
工程技术界努力研制与推广陶瓷刀具的主要原因，（一）是可以大大提高生产效率；（二）是由于构成高速钢与硬质合金的主要成分钨资源在全球范围内的枯竭所决定。２０世纪８０年代初估计，全世界已探明的钨资源仅够使用５０年时间。钨是世界上最稀缺的资源，但其在切削刀具材料中的消耗却很大，从而导致钨矿价格不断攀升，几十年中上涨好多倍，这在一定程度上也促进了陶瓷刀具研制与推广，陶瓷刀具材料的研制开发取得了令人瞩目的成果。
到目前为止，用作陶瓷刀具的材料已形成氧化铝陶瓷，氧化铝—金属系陶瓷、氧化铝—碳化物陶瓷、氧化铝—碳化物金属陶瓷、氧化铝—氮化物金属陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷刀具。就世界范围讲，德国陶瓷刀具已不仅用于普通机床，且已将其作为一种高效、稳定可靠的刀具用于数控机床加工及自动化生产线。日本陶瓷刀片在产品种类、产量及质量上均具国际先进水平。美国在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷刀具研制开发方面一直占世界领先地位。中国陶瓷刀具开发应用也取得许多重大成果。
①氧化铝陶瓷刀具：材料中采用纯Ａｌ２Ｏ３陶瓷及以Ａｌ２Ｏ３为主且添加少量其它元素的陶瓷材料、如ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２和Ｃｒ２Ｏ３等。添加物有利于加强Ａｌ２Ｏ３抗弯强度，但高温性能有所降低，因此还是以纯氧化铝陶瓷材料为佳。
Ａｌ２Ｏ３陶瓷的室温硬度与高温硬度都高于硬质合金材料。Ａｌ２Ｏ３陶瓷室温条件下的抗弯强度虽然较低，但随着使用中温度的上升，其抗弯强度却较少降低。依据该项特性用于高速切削却颇为合适。Ａｌ２Ｏ３陶瓷在室温与高温时抗压强度都很好，尤其可以克服一般高速钢刀具及硬质合金切削刀刃易形成的变形及塌陷缺点。此外，Ａｌ２Ｏ３陶瓷在物理热性质及抗氧化、抗粘结性及化学惰性方面都可以大显身手。不过氧化铝陶瓷刀具在切削铁合金及钢件时，较易产生粘结磨损及缺口磨损。作为使用历史最长的刀具材料，氧化铝陶瓷刀具最适于高速切削硬而脆的金属材料，如冷硬铸铁或淬硬钢；用于大件机械零部件切削及用于高精度零件的切削加工。氧化铝陶瓷刀具在短、小零件、钢件的断续切削及Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ及Ｂｅ等单质材料及其合金材料切削加工时效果较差，容易使刀具出现扩散磨损或发生剥落与崩刃等缺陷，是其美中不足。
②氧化铝—金属系陶瓷：为提高Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具韧性，材料中引入１０％以下的Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｆｅ等金属元素，由此形成Ａｌ２Ｏ３金属陶瓷。这样材料密度、抗弯强度及硬度均有提高，但由于氧化铝—金属陶瓷刀具抗蠕变强度低、抗氧性差，后来推广使用情况不佳。
③氧化铝—碳化物系陶瓷：系将一定比例的碳化物，如Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ和Ｃｒ３Ｃ２等加入到Ａｌ２Ｏ３陶瓷中，以改善Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具的性能。当ＴｉＣ含量为３０％时，陶瓷刀具的耐用度获得显著提高，而热裂纹深度也较小。目前国际上生产热压
Ａｌ２Ｏ３—ＴｉＣ陶瓷刀具均采用此配方。Ａｌ２Ｏ３—ＴｉＣ陶瓷的抗弯强度，耐热冲击性等均优于Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具。
④氧化铝—碳化物金属陶瓷刀具：系在Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ陶瓷材料中，采用Ｍｏ、Ｎｉ（或ＣＯ、Ｗ）等金属作为粘结相热压而成的陶瓷刀具材料。由于金属粘结Ａｌ２Ｏ３晶粒和碳化物晶粒二者相互穿插的骨架组成，具有较高的联接强度，因此形成较好的切削性能。这类陶瓷刀具最适用于加工淬硬钢、合金钢、锰钢、冷硬铸铁、铸钢，镍基或镍铬合金，镍基和钴基金合等，另外还
可用于非金属材料如纤维玻璃，塑料夹层及陶瓷材料的切削加工。由于氧化铝一碳化物金属陶瓷抗热震性能良好，故可适用于铣削，刨削，反复短暂切削或其它间断切削等，亦可采用切削液进行湿式切削等。
⑤氧化铝—氮化物金属陶瓷：此种陶瓷刀具材料基本性能与加工范围与Ａｌ２Ｏ３一碳化物金属陶瓷材料相当，不过由于以氮化物取代碳化物，因此它具有更好的抗热震性能与更适用于间断切削。但是其抗弯强度与硬度都比添加ＴｉＣ的金属陶瓷低一些，对它的研究与深度开发仍在继续中。
⑥氮化硼陶瓷刀具：最近，日本住友电气公司开发研制出一种硬度更高的陶瓷刀具材料——粘合性立方晶氮化硼陶瓷（ＣＢＮ）烧结体。该烧结材料系在压力为７—８ＧＰａ，在２３００℃～２４００℃超高温高压下烧结１０分钟后制成。这项技术还包括在原料制备阶段，为提高ＣＢＮ纯度将微粉直径磨细等独特的软件技术。将粒径为０．５ｍｍ以下的微粒结合成一体，即研制出ＣＢＮ含有率达到１００％的烧结氮化硼陶瓷材料。 采用氮化硼材料制成的陶瓷刀具，在对硬度甚高的铸铁进行切削加工时，刀具的头端不会发生常见的受热龟裂与缺屑。根据不同条件，与含有其它结合材料的ＣＢＮ烧结体相比较，氮化硼陶瓷刀具的使用时间可延长１０倍以上，成为一种可作断续切削的材料。尤其在汽车工业加工中，ｈＢＮ烧结体作为可对发动机等铸铁硬质材料加工的切削材料，在机械加工方面有广阔的用途。
此前的烧结体由于含有颗粒结合剂，因此不能形成如ＣＢＮ那样高的硬度与热传导率等独特的性质。如ＣＢＮ直接转换技术，由于其颗粒度太粗而不适合用作高速切削工具。
总而言之，随着特种陶瓷材料研变与开发工作的不断深入，陶瓷刀具在金属切削加工业中的应用比例不断扩展。随着航空、航天工业的发展要求，必须满足提高Ｔｉ合金和Ｎｉ基高温合金等工件材料切削效率的要求，特种陶瓷刀具材料将会作出更大的贡献。
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三、可转位刀片的型号表示方法
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四、国产工具系统型号表示方法
1柄部型式及尺寸
JT：表示采用国际标准ISO7388号加工中心机床用锥柄柄部（带机械手夹持槽）；其后数字
为相应的ISO 锥度号：如50和40分别代表大端直径69.85和44.45的7:24锥度。
BT：表示采用日本标准MAS403号加工中心机床用锥柄柄部（带机械手夹持槽）；其后数字为相应的ISO 锥度号：如50和40分别代表大端直径69.85和44.45的7:24锥度。 2刀柄用途及主参数
XD –装三面铣刀刀柄 MW –无扁尾氏锥柄刀柄 XS –装三面刃铣刀刀柄 M –有扁尾氏锥柄刀柄
Z （J ）- 装钻夹头刀柄（贾式锥度加 XP – 装削平柄铣刀刀柄
J ）
用途后的数字表示工具的工作特性，其含义随工具不同而异，有些工具该数字为其轮廓尺寸D 或L ；有些工具该数字表示应用范围。
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五、刀具的发展过程
刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。
绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪) ，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。 当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。
在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间, 美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立
方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。
按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀) 、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片) 则镶装在刀体上。
刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。
带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。
刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。
刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。
刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。
在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工) 等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。
制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等) ，并不易变形。
通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，
现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。
聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。 硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上。
由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。 点击回到页首
六、数控刀具标准
1、数控刀柄标准
（1）国内应用的数控机床工具柄部及配用拉钉标准）
（a ）．国家标准GB10944－89《自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄》 这个国家标准规定的柄部，在型式与尺寸上与国际标准ISO7388／1完全相同。详见图7.3-1和7.3-1。与ISO7388／1相比，增加了一些必要的技术要求，标注了表面粗糙度及形位公差，以保证刀柄的制造质量，满足自动加工中刀具的重复换刀精度要求。它主要应用于镗铣类加工中心机床的各种刀柄。
（b ）．国家标准所规定的拉钉，《自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄用拉钉》
这个国家标准所规定的拉钉，在型式与尺寸上与ISO7388／Ⅱ相同。可与前述标准GB10944－89中所规定的柄部配合使用。
（c ）．日本标准JIS B6339-1986《加工中心机床用工具柄部及拉钉》
这个标准只适用于日本进口的加工中心机床及过去几年我国的部分机床厂与日本合作设计和生产的加工中心机床。它是在日本机床工业协会标准MAS403－1982的基础上制订出来的，在日本得到广泛的应用。我国1985年以后设计的加工中心机床已改用新的国家标准GB10994和GB10945。
（d ）．国家标准GB3837－83《机床工具7:24圆锥联结》
这种锥柄主要用于手动换刀数控机床及重型镗铣床等。
（2）．整体式工具系统标准JB/GQ5010-1983《TSG 工具系统 型式与尺寸》
TSG 工具系统中的刀柄, 其代号(按1990年国家标准报批稿) 由四部分（JT-45-Q32-120）组成，各部分的含义如下：
JT-表示工具柄型代码。
45-对圆锥柄表示锥度规格。
Q32-表示工具的规格。
120-表示刀柄的工作长度。
它所表示的工具为：自动换刀机床用7:24圆锥工具柄(GB10944)，锥柄为45号，前部为弹簧夹，最大夹持直径32mm ，刀柄工作长度(锥柄大端直径φ57.15mm 处到弹簧夹头前端面的距离) 为120mm 。
表1 工具柄部型式代号
表2 工具的用途代号及规格参数
2 数控刀具国家标准
（1）．可转位刀具刀片型号编制标准
a．可转位车刀型号表示规则
GB ／T5343.1，它等效采用ISO5680－1989。它适用于可转位外圆车刀、端面车刀、防形车刀及拼装复合刀具的模块刀头的型号编制。其型号也是由按规定顺序排列的一组字母和数字代号所组成。
b．可转位带孔铣刀型号表示规则
它是在ISO7406－1986的基础上制订的。它适用于可转位面铣刀、三面刃（槽）铣刀、套式立铣刀及圆柱形铣刀型号的编制。其型号由11个号位组成（面铣刀只有10个号位，没有第11个号位）。前1～4号位表明刀体的特征。波折号后边的号位表示刀片装夹方式和刀片特征。 c．可转位带柄铣刀型号表示规则
它是在国际标准ISO7848－1986的基础上制订的。它的型号也由11个号位组成。其中有5个号位表示刀体的特征，两个号位表示柄部的特征，另外4个号位则表示刀片的装夹方法及其切削刃长度的特征。
d．可转位刀片型号表示规则
GB2076-87，等效ISO1832-85，国内外硬质合金厂生产的切削用可转位刀片（包括车刀片和铣刀片）的型号都符合这个标准。它是由给定意义的字母和数字代号，按一定顺序排列的十个号位组成。其中第8和第9个号位分别表示切削刃截面形状和刀片切削方向，只有在需要的情况下才予标出。
(2)．可转位刀片标准
１．GB2079－87（代替GB2079－80）无孔的硬质合金可转位刀片：此标准等采用国际标准ISO0883－1995。标准中规定了TNUN 、TNGN 、TPUN 、TPGN 、SNUN 、SNGN 、SPUN 、SPGN 、TPUR 、TPMR 、SPUR 、SPMR 共12种类型刀片的系列尺寸。
２．GB2077－87（代替GB2077－80）硬质合金可转位刀片圆角半径：此标准等效采用国际标准ISO3286－1976。标准规定刀尖圆角半径r ε的尺寸系列为0.2、0.4、0.8、1.6、2.0、2.4、
3.2mm 。
３．GB2078－78（代替GB2078－80）带圆孔的硬质合金可转位刀片：此标准等效采用国际标准ISO3364－1985。标准中规定了TNUM 、TNMM 、TNUG 、TNMG 、TNUA 、TNMA 、ENUM 、FNMM 、WNUM 、SNUM 、SNMM 、SNUG 、SNMG 、SNUA 、SNMA 、
CNUM 、CNMM 、CNUG 、CNMG 、CNUA 、CNMA 、DNUM 、DNMM 、DNUG 、DNMG 、DNUA 、DNMA 、VNUM 、VNMM 、VNUG 、
VNMG 、VNUA 、VNMA 、RNUM 、RNMM 共36种类型的带圆孔硬质合金刀片尺寸系列。
４．GB2081－87（代替GB2081－80）硬质合金可转位铣刀片：此标准等效采用国际标准ISO3365－1985。此标准规定了SNAN 、SNCN 、SNKN 、SPAN 、SPCN 、SPKN 、SECN 、TPAN 、TPCN 、TPKN 、TECN 、FPCN 、LPEX 共13种类型的可转位铣刀片系列尺寸。
５．GB2080－87（代替GB2080－80）沉孔硬质合金可转位刀片：此标准等效采用国际标准ISO6987／1－1993。标准中规定了TCMW 、TCMT 、WCMW 、WCMT 、SCMW 、SCMT 、CCMW 、CCMT 、DCMW 、DCMT 、RCMW 、RCMT 共12种类型的沉孔硬质合金可转位刀片系列尺寸。
(3)．可转位铣刀标准：
a．可转位立铣刀国家标准GB5340－85：它是参照国际标准ISO6262／1－1982和ISO6263／2－1982制订的。有削平型直柄立铣刀和莫氏锥柄立铣刀两部分。
b．可转位三面刃铣刀国家标准GB5341－85：它是参照国际标准ISO6986－1983制订的。 c ．可转位面铣刀国家标准GB5342－85：它是参照国际标准ISO6462－1983制订的。 d．可转位螺旋立铣刀：标准规定了直径32～100mm 直柄或锥柄的立铣刀。因其刃部较长，由沿螺旋线方向排列的多片硬质合金可转位刀片相互交错搭接而成，适用于粗铣。
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六、数控刀具标准
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一、车刀的各种角度常识
车刀的主要角度
前角γo 在主剖面P0内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如图所示。 后角α
o 在主剖面
P 0内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程
度，一般为正值。
主偏角κr 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。
副偏角κr' 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。
刃倾角λs 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，λs=0；刀尖为主切削刃最低点时，λs ＜0；刀尖为主切削刃上最高点是，λs ＞0，如图示
。
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二、新型陶瓷刀具简介
新型陶瓷刀具的出现，是人类首次通过运用陶瓷材料改革机械切削加工的一场技术革命的成果。早在２０世纪初，德国与英国已经开始寻求采用陶瓷刀具取代传统的碳素工具钢刀具。陶瓷材料因其高硬度与耐高温特性成为新一代的刀具材料，但陶瓷也由于其人所共知的脆性受到局限，于是如何克服陶瓷刀具材料的脆性，提高它的韧性，成为近百年来陶瓷刀具研究的主要课题。陶瓷的应用范围亦日益扩大。
工程技术界努力研制与推广陶瓷刀具的主要原因，（一）是可以大大提高生产效率；（二）是由于构成高速钢与硬质合金的主要成分钨资源在全球范围内的枯竭所决定。２０世纪８０年代初估计，全世界已探明的钨资源仅够使用５０年时间。钨是世界上最稀缺的资源，但其在切削刀具材料中的消耗却很大，从而导致钨矿价格不断攀升，几十年中上涨好多倍，这在一定程度上也促进了陶瓷刀具研制与推广，陶瓷刀具材料的研制开发取得了令人瞩目的成果。
到目前为止，用作陶瓷刀具的材料已形成氧化铝陶瓷，氧化铝—金属系陶瓷、氧化铝—碳化物陶瓷、氧化铝—碳化物金属陶瓷、氧化铝—氮化物金属陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷刀具。就世界范围讲，德国陶瓷刀具已不仅用于普通机床，且已将其作为一种高效、稳定可靠的刀具用于数控机床加工及自动化生产线。日本陶瓷刀片在产品种类、产量及质量上均具国际先进水平。美国在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷刀具研制开发方面一直占世界领先地位。中国陶瓷刀具开发应用也取得许多重大成果。
①氧化铝陶瓷刀具：材料中采用纯Ａｌ２Ｏ３陶瓷及以Ａｌ２Ｏ３为主且添加少量其它元素的陶瓷材料、如ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２和Ｃｒ２Ｏ３等。添加物有利于加强Ａｌ２Ｏ３抗弯强度，但高温性能有所降低，因此还是以纯氧化铝陶瓷材料为佳。
Ａｌ２Ｏ３陶瓷的室温硬度与高温硬度都高于硬质合金材料。Ａｌ２Ｏ３陶瓷室温条件下的抗弯强度虽然较低，但随着使用中温度的上升，其抗弯强度却较少降低。依据该项特性用于高速切削却颇为合适。Ａｌ２Ｏ３陶瓷在室温与高温时抗压强度都很好，尤其可以克服一般高速钢刀具及硬质合金切削刀刃易形成的变形及塌陷缺点。此外，Ａｌ２Ｏ３陶瓷在物理热性质及抗氧化、抗粘结性及化学惰性方面都可以大显身手。不过氧化铝陶瓷刀具在切削铁合金及钢件时，较易产生粘结磨损及缺口磨损。作为使用历史最长的刀具材料，氧化铝陶瓷刀具最适于高速切削硬而脆的金属材料，如冷硬铸铁或淬硬钢；用于大件机械零部件切削及用于高精度零件的切削加工。氧化铝陶瓷刀具在短、小零件、钢件的断续切削及Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ及Ｂｅ等单质材料及其合金材料切削加工时效果较差，容易使刀具出现扩散磨损或发生剥落与崩刃等缺陷，是其美中不足。
②氧化铝—金属系陶瓷：为提高Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具韧性，材料中引入１０％以下的Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｆｅ等金属元素，由此形成Ａｌ２Ｏ３金属陶瓷。这样材料密度、抗弯强度及硬度均有提高，但由于氧化铝—金属陶瓷刀具抗蠕变强度低、抗氧性差，后来推广使用情况不佳。
③氧化铝—碳化物系陶瓷：系将一定比例的碳化物，如Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ和Ｃｒ３Ｃ２等加入到Ａｌ２Ｏ３陶瓷中，以改善Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具的性能。当ＴｉＣ含量为３０％时，陶瓷刀具的耐用度获得显著提高，而热裂纹深度也较小。目前国际上生产热压
Ａｌ２Ｏ３—ＴｉＣ陶瓷刀具均采用此配方。Ａｌ２Ｏ３—ＴｉＣ陶瓷的抗弯强度，耐热冲击性等均优于Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具。
④氧化铝—碳化物金属陶瓷刀具：系在Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ陶瓷材料中，采用Ｍｏ、Ｎｉ（或ＣＯ、Ｗ）等金属作为粘结相热压而成的陶瓷刀具材料。由于金属粘结Ａｌ２Ｏ３晶粒和碳化物晶粒二者相互穿插的骨架组成，具有较高的联接强度，因此形成较好的切削性能。这类陶瓷刀具最适用于加工淬硬钢、合金钢、锰钢、冷硬铸铁、铸钢，镍基或镍铬合金，镍基和钴基金合等，另外还
可用于非金属材料如纤维玻璃，塑料夹层及陶瓷材料的切削加工。由于氧化铝一碳化物金属陶瓷抗热震性能良好，故可适用于铣削，刨削，反复短暂切削或其它间断切削等，亦可采用切削液进行湿式切削等。
⑤氧化铝—氮化物金属陶瓷：此种陶瓷刀具材料基本性能与加工范围与Ａｌ２Ｏ３一碳化物金属陶瓷材料相当，不过由于以氮化物取代碳化物，因此它具有更好的抗热震性能与更适用于间断切削。但是其抗弯强度与硬度都比添加ＴｉＣ的金属陶瓷低一些，对它的研究与深度开发仍在继续中。
⑥氮化硼陶瓷刀具：最近，日本住友电气公司开发研制出一种硬度更高的陶瓷刀具材料——粘合性立方晶氮化硼陶瓷（ＣＢＮ）烧结体。该烧结材料系在压力为７—８ＧＰａ，在２３００℃～２４００℃超高温高压下烧结１０分钟后制成。这项技术还包括在原料制备阶段，为提高ＣＢＮ纯度将微粉直径磨细等独特的软件技术。将粒径为０．５ｍｍ以下的微粒结合成一体，即研制出ＣＢＮ含有率达到１００％的烧结氮化硼陶瓷材料。 采用氮化硼材料制成的陶瓷刀具，在对硬度甚高的铸铁进行切削加工时，刀具的头端不会发生常见的受热龟裂与缺屑。根据不同条件，与含有其它结合材料的ＣＢＮ烧结体相比较，氮化硼陶瓷刀具的使用时间可延长１０倍以上，成为一种可作断续切削的材料。尤其在汽车工业加工中，ｈＢＮ烧结体作为可对发动机等铸铁硬质材料加工的切削材料，在机械加工方面有广阔的用途。
此前的烧结体由于含有颗粒结合剂，因此不能形成如ＣＢＮ那样高的硬度与热传导率等独特的性质。如ＣＢＮ直接转换技术，由于其颗粒度太粗而不适合用作高速切削工具。
总而言之，随着特种陶瓷材料研变与开发工作的不断深入，陶瓷刀具在金属切削加工业中的应用比例不断扩展。随着航空、航天工业的发展要求，必须满足提高Ｔｉ合金和Ｎｉ基高温合金等工件材料切削效率的要求，特种陶瓷刀具材料将会作出更大的贡献。
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三、可转位刀片的型号表示方法
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四、国产工具系统型号表示方法
1柄部型式及尺寸
JT：表示采用国际标准ISO7388号加工中心机床用锥柄柄部（带机械手夹持槽）；其后数字
为相应的ISO 锥度号：如50和40分别代表大端直径69.85和44.45的7:24锥度。
BT：表示采用日本标准MAS403号加工中心机床用锥柄柄部（带机械手夹持槽）；其后数字为相应的ISO 锥度号：如50和40分别代表大端直径69.85和44.45的7:24锥度。 2刀柄用途及主参数
XD –装三面铣刀刀柄 MW –无扁尾氏锥柄刀柄 XS –装三面刃铣刀刀柄 M –有扁尾氏锥柄刀柄
Z （J ）- 装钻夹头刀柄（贾式锥度加 XP – 装削平柄铣刀刀柄
J ）
用途后的数字表示工具的工作特性，其含义随工具不同而异，有些工具该数字为其轮廓尺寸D 或L ；有些工具该数字表示应用范围。
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五、刀具的发展过程
刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。
绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪) ，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。 当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。
在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间, 美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立
方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。
按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀) 、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片) 则镶装在刀体上。
刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。
带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。
刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。
刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。
刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。
在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工) 等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。
制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等) ，并不易变形。
通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，
现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。
聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。 硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上。
由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。 点击回到页首
六、数控刀具标准
1、数控刀柄标准
（1）国内应用的数控机床工具柄部及配用拉钉标准）
（a ）．国家标准GB10944－89《自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄》 这个国家标准规定的柄部，在型式与尺寸上与国际标准ISO7388／1完全相同。详见图7.3-1和7.3-1。与ISO7388／1相比，增加了一些必要的技术要求，标注了表面粗糙度及形位公差，以保证刀柄的制造质量，满足自动加工中刀具的重复换刀精度要求。它主要应用于镗铣类加工中心机床的各种刀柄。
（b ）．国家标准所规定的拉钉，《自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄用拉钉》
这个国家标准所规定的拉钉，在型式与尺寸上与ISO7388／Ⅱ相同。可与前述标准GB10944－89中所规定的柄部配合使用。
（c ）．日本标准JIS B6339-1986《加工中心机床用工具柄部及拉钉》
这个标准只适用于日本进口的加工中心机床及过去几年我国的部分机床厂与日本合作设计和生产的加工中心机床。它是在日本机床工业协会标准MAS403－1982的基础上制订出来的，在日本得到广泛的应用。我国1985年以后设计的加工中心机床已改用新的国家标准GB10994和GB10945。
（d ）．国家标准GB3837－83《机床工具7:24圆锥联结》
这种锥柄主要用于手动换刀数控机床及重型镗铣床等。
（2）．整体式工具系统标准JB/GQ5010-1983《TSG 工具系统 型式与尺寸》
TSG 工具系统中的刀柄, 其代号(按1990年国家标准报批稿) 由四部分（JT-45-Q32-120）组成，各部分的含义如下：
JT-表示工具柄型代码。
45-对圆锥柄表示锥度规格。
Q32-表示工具的规格。
120-表示刀柄的工作长度。
它所表示的工具为：自动换刀机床用7:24圆锥工具柄(GB10944)，锥柄为45号，前部为弹簧夹，最大夹持直径32mm ，刀柄工作长度(锥柄大端直径φ57.15mm 处到弹簧夹头前端面的距离) 为120mm 。
表1 工具柄部型式代号
表2 工具的用途代号及规格参数
2 数控刀具国家标准
（1）．可转位刀具刀片型号编制标准
a．可转位车刀型号表示规则
GB ／T5343.1，它等效采用ISO5680－1989。它适用于可转位外圆车刀、端面车刀、防形车刀及拼装复合刀具的模块刀头的型号编制。其型号也是由按规定顺序排列的一组字母和数字代号所组成。
b．可转位带孔铣刀型号表示规则
它是在ISO7406－1986的基础上制订的。它适用于可转位面铣刀、三面刃（槽）铣刀、套式立铣刀及圆柱形铣刀型号的编制。其型号由11个号位组成（面铣刀只有10个号位，没有第11个号位）。前1～4号位表明刀体的特征。波折号后边的号位表示刀片装夹方式和刀片特征。 c．可转位带柄铣刀型号表示规则
它是在国际标准ISO7848－1986的基础上制订的。它的型号也由11个号位组成。其中有5个号位表示刀体的特征，两个号位表示柄部的特征，另外4个号位则表示刀片的装夹方法及其切削刃长度的特征。
d．可转位刀片型号表示规则
GB2076-87，等效ISO1832-85，国内外硬质合金厂生产的切削用可转位刀片（包括车刀片和铣刀片）的型号都符合这个标准。它是由给定意义的字母和数字代号，按一定顺序排列的十个号位组成。其中第8和第9个号位分别表示切削刃截面形状和刀片切削方向，只有在需要的情况下才予标出。
(2)．可转位刀片标准
１．GB2079－87（代替GB2079－80）无孔的硬质合金可转位刀片：此标准等采用国际标准ISO0883－1995。标准中规定了TNUN 、TNGN 、TPUN 、TPGN 、SNUN 、SNGN 、SPUN 、SPGN 、TPUR 、TPMR 、SPUR 、SPMR 共12种类型刀片的系列尺寸。
２．GB2077－87（代替GB2077－80）硬质合金可转位刀片圆角半径：此标准等效采用国际标准ISO3286－1976。标准规定刀尖圆角半径r ε的尺寸系列为0.2、0.4、0.8、1.6、2.0、2.4、
3.2mm 。
３．GB2078－78（代替GB2078－80）带圆孔的硬质合金可转位刀片：此标准等效采用国际标准ISO3364－1985。标准中规定了TNUM 、TNMM 、TNUG 、TNMG 、TNUA 、TNMA 、ENUM 、FNMM 、WNUM 、SNUM 、SNMM 、SNUG 、SNMG 、SNUA 、SNMA 、
CNUM 、CNMM 、CNUG 、CNMG 、CNUA 、CNMA 、DNUM 、DNMM 、DNUG 、DNMG 、DNUA 、DNMA 、VNUM 、VNMM 、VNUG 、
VNMG 、VNUA 、VNMA 、RNUM 、RNMM 共36种类型的带圆孔硬质合金刀片尺寸系列。
４．GB2081－87（代替GB2081－80）硬质合金可转位铣刀片：此标准等效采用国际标准ISO3365－1985。此标准规定了SNAN 、SNCN 、SNKN 、SPAN 、SPCN 、SPKN 、SECN 、TPAN 、TPCN 、TPKN 、TECN 、FPCN 、LPEX 共13种类型的可转位铣刀片系列尺寸。
５．GB2080－87（代替GB2080－80）沉孔硬质合金可转位刀片：此标准等效采用国际标准ISO6987／1－1993。标准中规定了TCMW 、TCMT 、WCMW 、WCMT 、SCMW 、SCMT 、CCMW 、CCMT 、DCMW 、DCMT 、RCMW 、RCMT 共12种类型的沉孔硬质合金可转位刀片系列尺寸。
(3)．可转位铣刀标准：
a．可转位立铣刀国家标准GB5340－85：它是参照国际标准ISO6262／1－1982和ISO6263／2－1982制订的。有削平型直柄立铣刀和莫氏锥柄立铣刀两部分。
b．可转位三面刃铣刀国家标准GB5341－85：它是参照国际标准ISO6986－1983制订的。 c ．可转位面铣刀国家标准GB5342－85：它是参照国际标准ISO6462－1983制订的。 d．可转位螺旋立铣刀：标准规定了直径32～100mm 直柄或锥柄的立铣刀。因其刃部较长，由沿螺旋线方向排列的多片硬质合金可转位刀片相互交错搭接而成，适用于粗铣。
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