在中，刀具的选择直接影响加工精度、效率和成本。需综合考虑工件材料特性、加工工艺类型、精度要求、设备性能及经济性等多维度因素，遵循“匹配性优先、效率与寿命平衡”的原则。以下是具体选择方法及要点：

一、基于工件材料的刀具选择

1.钢铁材料（钢、铸铁等）

低碳钢（≤30HRC）：

粗加工可选高速钢（HSS）刀具（如涂层HSS麻花钻），成本低且韧性好；

精加工推荐硬质合金刀具（如TiN涂层立铣刀），提高表面光洁度。

中高碳钢/淬硬钢（＞30HRC）：

淬硬前（≤45HRC）用超细晶粒硬质合金刀具（含TaC/NbC添加剂）；

淬硬后（＞50HRC）采用PCBN（立方氮化硼）刀具或陶瓷刀具（如Al₂O₃基陶瓷），硬度可达HV3000以上，耐高温磨损。

铸铁（灰铸铁、球墨铸铁）：

优先选K类硬质合金（YG6X、YG8），抗崩刃性好；

高速加工（＞500m/min）时用金属陶瓷刀具（如TiC基硬质合金），减少粘结磨损。

2.有色金属（铝、铜、钛合金等）

铝合金（低硬度、高塑性）：

禁用高速钢刀具（易粘刀），需用金刚石涂层刀具或PCD（聚晶金刚石）刀具，刃口锋利且表面光滑，减少切削阻力；

推荐螺旋角30°-45°的短刃立铣刀，降低切削热。

钛合金（高硬度、低导热）：

选用WC基硬质合金刀具（如YW类通用合金），涂层以TiAlN或AlCrN为佳（耐高温氧化温度＞1100℃）；

避免使用含钴刀具（钴易与钛发生化学反应），可采用陶瓷刀具（如Si₃N₄基陶瓷）降低切削温度。

铜合金（易切削但易变形）：

普通黄铜用高速钢刀具即可；

高硬度青铜（如铍青铜）需用硬质合金刀具，刃口磨成大前角（15°-20°）减少切削力。

3.难加工材料（高温合金、复合材料等）

高温合金（如Inconel718、HastelloyC）：

主选陶瓷刀具（如Al₂O₃+TiC复合陶瓷）或PCBN刀具，配合负前角（-5°至-10°）增强刀刃强度；

采用“低速大进给”策略，避免切削温度过高导致刀具软化。

碳纤维复合材料（CFRP）：

使用PCD刀具或金刚石涂层硬质合金刀具，刃口需锋利且无毛刺（刃口半径＜5μm）；

铣削时采用阶梯式刀具结构，分层切削减少分层缺陷。

二、基于加工工艺的刀具类型选择

1.车削加工

外圆/端面车削：

通用场景选硬质合金机夹式车刀（如CNMG、DNMG刀片），更换便捷；

精密加工（如航空航天轴类零件）用整体式金刚石车刀，实现纳米级表面粗糙度（Ra＜0.02μm）。

内孔车削：

深孔（长径比＞5）用抗震刀杆+硬质合金刀片，刀杆内部可通冷却液；

精密小孔（直径＜3mm）用整体硬质合金镗刀，配合电子显微镜对刀。

2.铣削加工

平面铣削：

大平面加工选可转位硬质合金面铣刀（直径φ50-φ200mm），刀片采用螺旋刃设计减少冲击；

高精度平面（如导轨面）用陶瓷面铣刀，配合微量润滑（MQL）实现镜面效果。

型腔/轮廓铣削：

复杂型腔选五轴联动加工用球头铣刀（硬质合金或PCD材质），刀具螺旋角根据材料调整（铝合金用大螺旋角，钢件用小螺旋角）；

薄壁件铣削采用变螺距立铣刀，减少共振并提升排屑效率。

3.孔加工（钻孔、铰孔、镗孔）

钻孔：

普通钢件用含钴高速钢麻花钻（Co含量8%-10%，提高红硬性）；

深孔钻（孔深＞5倍直径）用枪钻（BTA系统）或硬质合金U钻，内冷孔设计确保排屑顺畅。

铰孔：

精密孔（IT6-IT7级精度）用硬质合金铰刀，刃带宽度0.01-0.03mm，涂层可选TiCN以降低摩擦；

非圆孔（如椭圆孔）用金刚石铰刀，通过微量研磨实现高精度配合。

4.螺纹加工

攻螺纹：

钢件用螺旋槽丝锥（排屑顺畅），铝合金用挤压丝锥（无切削，减少材料撕裂）；

高温合金等难加工材料用镀层丝锥（如TiAlN涂层），提高耐磨性。

铣螺纹：

大直径螺纹（＞M30）用硬质合金螺纹铣刀，通过圆弧插补实现一次成型，精度高于攻丝。

三、基于加工精度与表面质量的刀具参数优化

1.几何参数选择

前角（γ₀）：

软材料（如铝合金）取大前角（15°-25°），降低切削力；

硬材料（如淬硬钢）取负前角（-5°至-10°），增强刀刃强度。

后角（α₀）：

精加工取较大后角（8°-12°），减少后刀面与工件摩擦；

粗加工或断续切削取较小后角（5°-8°），提高刀具刚性。

刃口半径（rₙ）：

精密加工（如光学元件）要求刃口半径＜1μm，需通过离子束抛光处理；

普通加工可取5-10μm，平衡锋利度与耐用性。

2.涂层技术匹配

低硬度材料（＜30HRC）：

选TiN涂层（金黄色，硬度HV2000，摩擦系数0.4），成本低且通用性强。

中高硬度材料（30-50HRC）：

用TiCN涂层（蓝灰色，硬度HV3200，含碳元素降低摩擦），适合半精加工。

高硬度材料（＞50HRC）或高温工况：

采用TiAlN涂层（紫黑色，硬度HV3800，铝含量30%-50%，抗氧化温度1100℃）或AlCrN涂层（银灰色，硬度HV4000+，耐腐蚀性强）。

3.刀具磨损监控

精密加工中需设定刀具寿命阈值：

硬质合金刀具后刀面磨损量VB≤0.1mm时更换；

PCD/PCBN刀具磨损以切削声音突变、加工表面粗糙度恶化作为更换信号，避免过度磨损导致崩刃。

四、基于设备与经济性的综合考量

1.机床性能匹配

主轴转速：

高速机床（＞10000r/min）需用HSK刀柄或热缩刀柄，确保动平衡（G2.5级以上）；

低速重载机床（如落地镗床）选BT刀柄或7:24锥柄，优先考虑刀具刚性。

冷却系统：

具备内冷功能的机床可选用中心冷却刀具（如内冷钻头、内冷铣刀），冷却液压力需≥3MPa以有效冲刷切屑。

2.成本与效率平衡

单件小批量生产：

优先选通用型刀具（如可转位刀片），减少专用刀具投入；

复杂形状零件可采用成型刀具（如非对称槽铣刀），减少编程与加工时间。

大批量生产：

采用硬质合金整体刀具或PCD/PCBN刀具，虽初始成本高，但寿命长（如PCD铣刀寿命是硬质合金的5-8倍），综合成本更低；

建立刀具管理系统（TMS），通过RFID标签追踪刀具使用次数，优化更换周期。

五、典型案例与选型逻辑

案例1：航空航天铝合金结构件（如翼肋，材料7075-T6，硬度150HB）

加工需求：大余量去除（切削深度5-10mm）+薄壁结构（壁厚≤1.5mm）+表面粗糙度Ra≤1.6μm。

刀具选择：

粗加工：φ25mm硬质合金玉米铣刀（螺旋角45°，疏齿设计排屑快），涂层TiN，进给速度2000mm/min，切削速度400m/min；

精加工：φ10mmPCD球头铣刀（刃口半径0.005mm），螺旋角30°，切削速度800m/min，步距0.1mm，实现镜面效果。

案例2：汽车变速箱齿轮轴（材料20CrMnTi，硬度30HRC，渗碳后58HRC）

加工阶段：渗碳前粗车+渗碳后磨齿+精密镗孔（孔径φ50H7，表面硬度60HRC）。

刀具选择：

粗车：CBN涂层硬质合金车刀（刀片型号CNMG120408-CBN），负前角-5°，切削速度150m/min；

镗孔：PCBN镗刀（整体式结构），刃口研磨至Ra≤0.2μm，配合内冷切削液（温度5-10℃），实现公差±0.005mm。

核心原则总结

的刀具选型需遵循“材料决定材质，工艺决定类型，精度决定参数，设备决定接口，成本决定策略”的逻辑。实际应用中可通过切削试验（如单因素变量法）验证刀具性能，结合加工数据（如切削力、温度、寿命）建立企业专属的刀具选型数据库，逐步形成标准化流程，以提升工艺稳定性与生产效率。