刀具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具，又稱切削工具。 絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的，但也有手用的。由于機(jī)械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料，所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。刀具的發(fā)展在人類進(jìn)步的歷史上占有重要的地位。中國(guó)早在公元前28～前20世紀(jì)，就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國(guó)后期(公元世紀(jì))，由于掌握了滲碳技術(shù)，制成了銅質(zhì)刀具。當(dāng)時(shí)的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。然而，刀具的快速發(fā)展是在18世紀(jì)后期，伴隨蒸汽機(jī)等機(jī)器的發(fā)展而來(lái)的。 真空閥1783年，法國(guó)的勒內(nèi)首先制出銑刀。1792年，英國(guó)的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明較早的文獻(xiàn)記載是在1822年，但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。那時(shí)的刀具是用整體高碳工具鋼制造的，許用的切削速度約為5米/分。1868年，英國(guó)的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。1898年，美國(guó)的泰勒和．懷特發(fā)明高速工具鋼。1923年，德國(guó)的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金。在采用合金工具鋼時(shí)，刀具的切削速度提高到約8米/分，采用高速鋼時(shí)，又提高兩倍以上，到采用硬質(zhì)合金時(shí)，又比用高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的的工件表面質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。由于高速鋼和硬質(zhì)合金的價(jià)格比較昂貴，刀具出現(xiàn)焊接和機(jī)械夾固式結(jié)構(gòu)。1949～1950年間,美國(guó)開始在車刀上采用可轉(zhuǎn)位刀片，不久即應(yīng)用在銑刀和其他刀具上。1938年，德國(guó)德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。1972年，美國(guó)通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。1969年，瑞典山特維克鋼廠取得用化學(xué)氣相沉積法，生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質(zhì)合金刀片的專利。 鏜刀1972年，美國(guó)的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法，在硬質(zhì)合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層。表面涂層方法把基體材料的高強(qiáng)度和韌性，與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來(lái)，從而使這種復(fù)合材料具有更好的切削性能。高速銑削工藝在汽車、飛機(jī)和模具制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。 氣動(dòng)閥門由于銑刀高速旋轉(zhuǎn)時(shí)刀具各部分承受的離心力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)切削力本身的作用而成為刀具的主要載荷，而離心力達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)造成刀具變形甚至破裂，因此研究高速銑刀的安全性技術(shù)對(duì)發(fā)展高速銑削技術(shù)有著極其重要的意義。 麗水裝飾公司 20世紀(jì)90年代初德國(guó)就開始了對(duì)高速銑刀的安全性技術(shù)研究，并制訂了DIN6589-1《高速銑刀的安全要求》標(biāo)準(zhǔn)草案，規(guī)定了高速銑刀失效的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上提出了高速銑刀設(shè)計(jì)、制造和使用的指導(dǎo)性意見，規(guī)定了統(tǒng)一的安全性檢驗(yàn)方法。該標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)草案規(guī)定了高速切削的速度界限，超過(guò)該速度后離心力將成為銑刀的主要載荷，必須采用安全技術(shù)。在刀具直徑與高速切削范圍關(guān)系圖中，曲線以上區(qū)域?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的銑刀必須經(jīng)過(guò)安全檢驗(yàn)的高速切削范圍：對(duì)于直徑d1≤32mm的單件刀具（整體或焊接刀具），其切削速度超過(guò)10000m/mm為高速切削范圍；對(duì)于直徑d1>32mm的裝配式機(jī)夾刀具，高速切削范圍為線段BC以上區(qū)域。 成形刀具高速銑刀的安全失效形式有兩種：變形和破裂。不同類型銑刀的安全試驗(yàn)方法也不同。對(duì)于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位銑刀，有兩種安全試驗(yàn)方法：一種方法是在1.6倍較大使用轉(zhuǎn)速下進(jìn)行試驗(yàn)，刀具的性變形或零件的位移不超過(guò)0.05mm；另一種方法是在2倍于較大使用轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)，刀具不發(fā)生破裂（包括夾緊刀片的螺釘被剪斷、刀片或其他夾緊元件被甩飛、刀體的爆裂等）。 組合滑梯而對(duì)于整體式銑刀，則必須在2倍于較大使用轉(zhuǎn)速條件下試驗(yàn)而不發(fā)生彎曲或斷裂。高速銑刀強(qiáng)度計(jì)算模型高速刀具在離心力的作用下發(fā)生失效的關(guān)鍵在于刀體的強(qiáng)度足夠、機(jī)夾刀的零件夾緊。當(dāng)把離心力作為主要載荷計(jì)算刀體強(qiáng)度時(shí)，由于刀具形狀的復(fù)雜性，用經(jīng)典力學(xué)理論計(jì)算得出的結(jié)果誤差很大，常常不能滿足安全性設(shè)計(jì)的要求。為了在刀具設(shè)計(jì)階段對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在離心力作用下的受力和變形進(jìn)行定性和定量的分析，可通過(guò)有限元方法計(jì)算不同轉(zhuǎn)速下的應(yīng)力大小，模擬失效過(guò)程和改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。高速銑刀有限元計(jì)算模型中包括刀體、刀體座、刀片和夾緊螺釘。首先計(jì)算刀體（包括螺釘、刀片等零件質(zhì)量）的彈性變形，再對(duì)分離出的刀座作詳細(xì)分析，把所獲得的刀體彈性變形作為邊界條件加到刀座分離體；然后由切出的刀座、刀片、螺釘及無(wú)質(zhì)量的摩擦副組成刀片夾緊系統(tǒng)的模型，進(jìn)行夾緊的性分析。 淘氣堡有限元模型能模擬刀片在刀座里的傾斜、滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)以及螺釘在夾緊時(shí)的變形，可計(jì)算出在不同轉(zhuǎn)速下刀片位移和螺釘受力的大小。 結(jié)合高速銑刀安全性標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)有限元計(jì)算模型的分析，為適應(yīng)安全性要求，可采取以下措施：減輕刀具質(zhì)量，減少刀具構(gòu)件數(shù)，簡(jiǎn)化刀具結(jié)構(gòu)由試驗(yàn)求得的相同直徑的不同刀具的破裂極限與刀體質(zhì)量、刀具構(gòu)件數(shù)和構(gòu)件接觸面數(shù)之間的關(guān)系，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，刀具質(zhì)量越輕，構(gòu)件數(shù)量和構(gòu)件接觸面越少，刀具破裂的極限轉(zhuǎn)速越高。研究發(fā)現(xiàn)，用鈦合金作為刀體材料減輕了構(gòu)件的質(zhì)量，可提高刀具的破裂極限和極限轉(zhuǎn)速。 游樂設(shè)備但由于鈦合金對(duì)切口的敏感性，不適宜制造刀體，因此有的高速銑刀已采用高強(qiáng)度鋁合金來(lái)制造刀體。在刀體結(jié)構(gòu)上，應(yīng)注意避免和減小應(yīng)力集中，刀體上的槽（包括刀座槽、容屑槽、鍵槽）會(huì)引起應(yīng)力集中，降低刀體的強(qiáng)度，因此應(yīng)盡量避免通槽和槽底帶尖角。同時(shí)，刀體的結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱于回轉(zhuǎn)軸，使重心通過(guò)銑刀的軸線。刀片和刀座的夾緊、調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能消除游隙，并且要求重復(fù)定位性好。目前，高速銑刀已廣泛采用HSK刀柄與機(jī)床主軸連接，較大程度地提高了刀具系統(tǒng)的剛度和重復(fù)定位精度，有利于刀具破裂極限轉(zhuǎn)速的提高。 石家莊不銹鋼此外，機(jī)夾式高速銑刀的直徑顯露出直徑變小、刀齒數(shù)減少的發(fā)展趨勢(shì)，也有利于刀具強(qiáng)度和剛度的提高。改進(jìn)刀具的夾緊方式模擬計(jì)算和破裂試驗(yàn)研究表明，高速銑刀刀片的夾緊方法不允許采用通常的摩擦力夾緊，要用帶中心孔的刀片、螺釘夾緊方式，或用特殊設(shè)計(jì)的刀具結(jié)構(gòu)以防止刀片甩飛。刀座、刀片的夾緊力方向較好與離心力方向一致，同時(shí)要控制好螺釘?shù)念A(yù)緊力，防止螺釘因過(guò)載而提前受損。 換向箱對(duì)于小直徑的帶柄銑刀，可采用液壓夾頭或熱脹冷縮夾頭實(shí)現(xiàn)夾緊的高精度和高剛度。提高刀具的動(dòng)平衡性提高刀具的動(dòng)平衡性對(duì)提高高速銑刀的安全性有很大的幫助。削的銑刀必須經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡測(cè)試，并應(yīng)達(dá)到ISO1940－1規(guī)定的G4.0平衡質(zhì)量等級(jí)以上要求。高速銑刀安全性技術(shù)是研究高速刀具的一個(gè)重要內(nèi)容，應(yīng)加強(qiáng)刀具安全性的定量分析，確定影響高速銑刀安全性的微量因素，并從刀具的材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝等方面解決好高速銑刀的安全性。