刀具作為直接或間接安裝在機(jī)床上，用以完成工件加工任務(wù)的工具，我們必須考慮兩個(gè)適用性和一個(gè)協(xié)調(diào)性。即適用于所選用的機(jī)床，適用于所選用的工件，以及與加工任務(wù)相匹配。首先是與機(jī)床匹配。外形和尺寸的匹配是刀具在機(jī)床上能夠正確安裝的基礎(chǔ)。沒(méi)有這個(gè)基礎(chǔ)，刀具無(wú)法被正確地安裝在機(jī)床上，因此也就談不上完成什么加工任務(wù)。但是，僅有這一點(diǎn)是不夠的。
刀具在被安裝在機(jī)床上之后，是需要完成一定的加工任務(wù)的。在完成這個(gè)加工任務(wù)的過(guò)程中，需要保證加工精度、需要承受和傳遞切削力和切削扭距、需要完成切削熱的承受、傳遞和導(dǎo)出，需要考慮有可能的切削廢棄物(切屑和料頭)甚至是工件的傳輸，以及現(xiàn)代的刀具參數(shù)數(shù)字化傳遞等等。這些任務(wù)有些雖然不是常見(jiàn)，確也是刀具可能承擔(dān)的任務(wù)。如果我們能夠在選擇刀具，考慮刀具與機(jī)床的匹配性方面一并考慮，會(huì)增加我們解決加工問(wèn)題的思路。
保證加工精度、傳遞切削力和力矩、提供切削液的通道是我們目前在保證外形和尺寸的匹配后，經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。例如在加工中心上，我們經(jīng)常使用圓柱形(通常稱(chēng)為直柄)作為夾持方式。那么就圓柱形的刀柄，除典型的完整的圓柱形外，還有一些在圓柱形上增加一些其它要素的變化，如削平型直柄(銑刀按直徑分為單削平面和雙削平面兩種，鉆削常見(jiàn)全削平面，都被稱(chēng)為側(cè)壓式)，帶2°傾斜的斜削平式，帶扁尾的直柄(常用于鉆頭)，帶方身的直柄(常用于絲錐和鉸刀)等多種方式。就這類(lèi)刀柄與機(jī)床的聯(lián)結(jié)方式來(lái)說(shuō)，只用圓柱部分定位、夾緊的也不在少數(shù)。各種壓力角的彈簧套系統(tǒng)，強(qiáng)力夾頭系統(tǒng)，液壓鎖緊系統(tǒng)、熱膨脹裝夾系統(tǒng)、力變形鎖緊系統(tǒng)等都是用于鎖緊圓柱刀柄的。
但各種夾持方式各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。就拿最常見(jiàn)的彈簧套系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大的壓力角(此處將壓力角定義為錐面鎖緊的正壓力與圓柱軸線(xiàn)的夾角)，即大的錐角代表鎖緊行程較短，有利于快速地鎖緊與松開(kāi)，但在相同的鎖緊力矩下分解到圓柱面上的正壓力較小，由此產(chǎn)生的摩擦力距小，能夠抵抗的切削力距也相應(yīng)比較小，刀具易在刀柄中產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象，影響加工過(guò)程的平穩(wěn)性和加工表面質(zhì)量；同時(shí)此類(lèi)夾頭可夾持的刀柄直徑變化范圍較大，有利于減少?gòu)椈商椎膸?kù)存，優(yōu)化管理。而小的壓力角就相反。小的壓力角的彈簧套可夾持的刀柄直徑范圍較小，夾緊時(shí)的鎖緊行程較長(zhǎng)，不利于快速夾緊與松開(kāi)，但其夾持精度稍高，夾緊力大，能承受更大的切削載荷。
液壓鎖緊系統(tǒng)是一種新興的夾持系統(tǒng)，它利用高粘度液壓油的不可壓縮性使刀具夾持腔的內(nèi)壁發(fā)生彈性變形，從而鎖緊刀具。液壓鎖緊系統(tǒng)的精度高，鎖緊與松開(kāi)不需要專(zhuān)門(mén)的器械從而顯得比較方便，鎖緊力矩通常也優(yōu)于彈簧套系統(tǒng)，但其內(nèi)壁只能在彈性變形的范圍內(nèi)工作。一旦超出此范圍，內(nèi)壁就會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的塑性變形，就會(huì)造成該刀柄裝夾腔的永久性失效。因此，削平型刀柄，尤其是鉆削刀具常用的全削平型刀柄是不能在液壓鎖緊系統(tǒng)中使用的?？涨皇?、刀柄未插到容腔底部等，也是會(huì)導(dǎo)致該系統(tǒng)損壞失效的常見(jiàn)原因。
熱膨脹裝夾系統(tǒng)則通常需要專(zhuān)用設(shè)備，這樣的設(shè)備以能控制加熱、冷卻按多種預(yù)定模式進(jìn)行的為佳。非專(zhuān)業(yè)的加熱設(shè)備(甚至火焰加熱)也許可以使用，但常常由于溫度和加熱曲線(xiàn)不能得到良好的控制而對(duì)刀柄的其它部分受到影響，甚至改變其金相組織，從而使系統(tǒng)很快失效。另外就是熱膨脹裝夾系統(tǒng)的刀具長(zhǎng)度難以調(diào)整，需要專(zhuān)門(mén)的輔助工具，這給在需要多刀具同步工作的場(chǎng)合增添了一些麻煩。在另一方面，刀具夾持方式也可能決定著生產(chǎn)效率的可能值。
圓柱刀柄和液壓、熱膨脹都是可以適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速的平衡設(shè)計(jì)，而削平型的裝夾卻是一種典型的非平衡設(shè)計(jì)，刀具廠商都將其列入不推薦用于高速切削的行列。就刀柄本身而言，在被銑(或磨)去一部分材料形成壓力面時(shí)，刀柄部分的重心即與刀具的回轉(zhuǎn)中心不重合了。在刀具夾緊的過(guò)程中，削平柄被鎖緊螺釘推向已經(jīng)偏離中心的那一側(cè)，刀具的重心將進(jìn)一步偏離刀具在機(jī)床上的回轉(zhuǎn)中心，這些都增加了刀具的不平衡。加上一些使用者在原始的鎖緊螺釘損壞或遺失后隨意配上一個(gè)螺釘，長(zhǎng)度等往往沒(méi)有在意，這樣的行為也給刀具的平衡性能增加了不確定性。因此，削平型(包括斜削平)都不建議在高速下使用。但削平型是帶有強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的刀柄，它較純圓柱完全依靠摩擦力傳動(dòng)在高扭距下更為可靠。因此，在粗加工(粗加工一般扭距大，但轉(zhuǎn)速較低)時(shí)還是比較合適的。其次，是刀具與被加工工件的適用性。這其中包含的內(nèi)容比較多。
適用于加工工件的材料和力學(xué)條件
刀具上最重要的基本點(diǎn)是刀尖。所謂刀尖，從定義上是主、副切削刃的交點(diǎn)。而主切削刃是前刀面與主后刀面的交線(xiàn)，副切削刃是前刀面與副后刀面的交線(xiàn)；因此刀尖實(shí)際上也是前刀面、主后刀面、副后刀面三個(gè)面的交點(diǎn)。加上工作狀態(tài)，它與工件接觸的點(diǎn)也是在工件上已加工表面和切削平面(又稱(chēng)過(guò)渡表面)的交線(xiàn)上。因此，它實(shí)際上是五個(gè)面和兩個(gè)刃的匯集點(diǎn)。但是，本文說(shuō)將的刀尖，要比上述定義的范圍大一些，它是指上述概念“刀尖”及其刀具上鄰近該“刀尖”的周邊地區(qū)。構(gòu)成這個(gè)刀尖切削性能的，有三個(gè)主要因素：基體材料、表面狀態(tài)、幾何形狀。這三者以及它們的交互作用，基本上決定了這個(gè)刀尖具有什么樣的切削性能。
基體材料：現(xiàn)在許多刀具都具備了涂層，但基體材料仍然對(duì)刀尖的性能發(fā)揮著非常重要的作用。涂層通常很薄，大部分的涂層的厚度在3～25μm(約人類(lèi)頭發(fā)的健?倍)，其能夠直接承受的切削力和切削熱還是很有限的，大部分的切削力、切削熱要依靠刀具的基體材料來(lái)承受。目前主要用于刀具基體材料的，有高速鋼、鎢基硬質(zhì)合金 (即平時(shí)就稱(chēng)為硬質(zhì)合金的)、鈦基硬質(zhì)合金(平時(shí)許多人稱(chēng)之為金屬陶瓷)、陶瓷(氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、混合陶瓷等)、立方氮化硼(CBN)、人造金剛石(PCD，德文縮寫(xiě)為PKD)幾大類(lèi)。目前以硬質(zhì)合金最為常用。
刀具涂層：有資料說(shuō)，所有切削刀具中70-80%都是涂層刀具。涂層改善了所有切削刀具基體材料的切削性能：高速鋼(HSS)、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、超硬材料等等。它的主要作用包括以下幾個(gè)方面：
1、延長(zhǎng)刀具壽命
2、抗磨粒磨損
3、抗月牙洼磨損
4、防止積屑瘤的產(chǎn)生
5、提高加工效率
6、通常以通過(guò)提高切削速度的方式實(shí)現(xiàn)
7、改善工件表面光潔度
通常的刀具涂層分為化學(xué)涂層(CVD)和化學(xué)涂層(PVD)兩大類(lèi)別?；瘜W(xué)涂層主要用于涂覆碳化鈦(TiC)、碳氮化鈦(TiCN)、氮化鈦(TiN)、三氧化二鋁(Al2O3)、金剛石(Diamond)等，而物理涂層可涂的種類(lèi)繁多，如氮化鈦(TiN)、碳氮化鈦(TiCN)、氮鋁化鈦(TiAlN)、二硼化鈦(TiB2)、氮化鋯(ZrN)、氮化鉻(CrN)，還有鋁含量比氮鋁化鈦更高的氮鈦化鋁(AlTiN)，用鉻來(lái)代替鈦的氮鉻化鋁(AlCrN)等等。另外還有一些如中溫化學(xué)涂層(MT-CVD)的碳氮化鈦(TiCN)，一些等離子技術(shù)的化學(xué)涂等等。
刃口幾何形狀：刀具刃口的幾何參數(shù)是決定刃口性能的另一個(gè)重要的因素。刀具的幾何形狀不僅包括前角、后角、斷屑槽形，還包括負(fù)倒棱、修光刃、鈍化、拋光這些細(xì)部結(jié)構(gòu)。刀具的切削性能通常是由基體、表面技術(shù)、刃口幾何形狀三者的交互作用形成的，因此刃口的幾何形狀常常能夠彌補(bǔ)刀具基體材料或者是涂層的某些不足。
由于刀具的幾何形狀包含了很多的因素，有些關(guān)系還比較復(fù)雜，一些對(duì)此沒(méi)有研究的往往不認(rèn)識(shí)其中的奧秘，以為憑借一些新的材料技術(shù)或涂層技術(shù)就能在技術(shù)上戰(zhàn)勝對(duì)手，這未免將問(wèn)題看得過(guò)于簡(jiǎn)單。
