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In today's complex manufacturing environment, maintaining operations at optimum levels will require a significant degree of attention, effort and priority. This is particularly true of the higher tech elements such as machine controls, hard working mechanical structures, programming and general equipment reliability. Fortunately, on the other hand, there are certain manufacturing components that are robust and consistent, and that will yield a long lifetime of usage. Workholding collets fall into this category, having been historically incorporated in a wide variety of applications and industries for more than 100 years.
It is not certain when the first collets were employed, but it has been established that workholding collets were available before the turn of the last century. At its facility, workholding manufacturer Hardinge (Elmira, New York) displays collet drawings and complete line catalogues that date from 1901. The production of collets at Hardinge occurred in the 1890s, with many of the applications at that time focusing on the watchmaking and lens industries. Collets have proven to be as useful on today’s CNC equipment, with state-of-the-art control systems, as they were on the early engine lathes and the cam operated multi-spindle automatics from the 1920s. As strange as it might seem, when we look back at what has evolved with machining and equipment technology, it is as though the basic collet was suspended in design time and space, while everything around it was required to adapt to productivity improvements.
This phenomenon of the staying power of the collet, in light of the rapidly changing technology in machine tool design, is attributed to the utility and the elegant simplicity of the device. The collet is a small but powerful component for the machine tool industry, incorporating all of the following features:
The capability to accurately grip a workpiece or a tool, resisting both rotational forces and multi-directional cutting loads.
The capability to amplify the actuation force, converting it into workpiece or tool gripping.
The inherent ability to rapidly release the workpiece or the tool.
The ability to operate at high repetition levels without loss of accuracy or material failure.
The ability to operate at a wide range of rotational speeds with minimal loss of gripping force.
The ability to accomplish all of the above with a minimum of rotational inertia.
Grip Force
The overall design and use of the workholding collet is a tremendously broad subject, considering the multiple collet families for the huge array of material-cutting machines and the variety of individual styles and features. The total count of workholding collets would probably number in the tens of thousands. There is a common misconception that collets are limited to grip round, square or hex shaped materials. This could not be further from the truth; in fact, nearly any shape or part form that fits within the envelope of the collet can be engineered to grip the part piece for processing. This article, however, is limited to a discussion regarding the factors that can and do affect gripping force. It is important to note that the principles described below can be associated with both internal and external gripping operations.

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在加工非铁材料(如硅铝合金)时，一般不采用单晶金刚石刀具(SCD)进行加工，而采用寿命高的聚晶金刚石刀具(PCD)进行加工。
但在某些情况下，即当加工表面粗糙度参数要求较严时，则应采用单晶金刚石刀具(SCD)进行加工。例如采用聚晶金刚石刀具(PCD)车削铝制活塞时，表面粗糙度Ra可达15～50μm，而用单晶金刚石刀具(SCD)加工，其表面粗糙度可达Ra4μm。
此外，使用SCD刀具可节省加工时间，如加工铝制轮子，过去是用PCD刀具粗加工，然后进行抛光，改用SCD代替PCD刀具加工，其工件可达到镜面的表面粗糙度，省去了抛光工序。
严密的检查
在汽车和航空工业的高生产加工工序(包括对非铁材料的加工)中，其表面粗糙度的平均值通常是用于确定被加工工件的光洁度，当加工工件表面粗糙度值Ra值要求低时，一般都应采用金刚石刀具，这种刀具的刀刃在放大倍数较高的情况下进行观察不能有缺口。
大多数PCD刀具经研磨后，将其刀刃部位放大(＜50X＝进行检查，通过观察可以看出，PCD刀具的单个颗粒的孔隙及刀刃呈锯齿不平状态。要想达到最好的加工表面粗糙度(15～50μm)，可选取合适的几何参数(切削速度、进给量及切削深度等)。
然而，在某些应用场合，要求PCD刀刃(放大150倍)不得有缺口，这种要求是能够达到的，只不过按上述要求制作PCD刀具比较困难，而且制造的费用要比标准的PCD刀具高3～5倍，其刀具加工表面粗糙度可以达到10～14μm。
将SCD刀具刀刃放大1500倍，进行观察，刀刃无缺口，所以采用这种刀具在精密车床上进行加工，其工件可达到镜面的表面粗糙度。
在采用PCD刀具加工非铁和非金属材料不能达到所要求的加工表面粗糙度时，可在加工中心上用SCD刀具加工，省去以住的抛光工序。
金刚石刀头
如其它刀具材料一样，SCD刀具不是对每种加工都适合，在选择时应考虑以下几点：
切削深度：SCD刀具刃口很锋利，当采用大切深进行加工时，其加工效果不够明显，这在很大程度上取决于工件材料、切削速度和进给量，所以切削深度大于0.02mm时，不宜采用SCD刀具进行加工，最好先用PCD刀具进行粗加工，然后用SCD刀具进行精加工。
工件材料：加工非铁金属(铝、紫铜、黄铜)和非金属材料(塑料、木材等)时，最好采用SCD刀具，任何铁系材料都不宜采用SCD进行加工。
价格：SCD刀具性能超过其它先进刀具材料，利用这种材料进行加工可获得巨大的经济效益，但其价格很贵，如一把SCD刀具的价格超过PCD刀具4倍以上，尽管SCD刀具价格高，但如果正确使用SCD刀具，它可减少加工工序成本并可使生产效率大大提高。
装卸：金刚石是最硬的材料，也是极脆和耐热震很敏感的材料。SCD刀刃锋利，任何实发性的冲击(如刀具装卸不细心或刀具落地)都会使刀刃产生缺口、裂纹或损坏，所以应对操作者进行培训。为避免精微的刀刃碰坏，一般应在金刚石刀具和其它零部件之间放置一薄膜件。
总之，尽管SCD刀具价格昂贵，而且只局限于某些材料的加工，但由于其加工效率高，良好的表面粗糙度及刀具寿命长等优点，从而弥补了该刀具价格昂贵的不足。
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Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.高 压冷却液是一项新的热门技术，在过去10年的时间里其使用大约上升了500%。我们都听说过或者看到过高压冷却液可能产生的明显结果。不幸的是，大多数购 买高压的制造厂家不真正知道如何最好地利用它。甚至对什么样的压力才算高压都存在疑团。当我在说高压时，它指的是至少1000磅/平方英寸。本文将向你简 单介绍科学使用高压的规则。
技巧不是科学
当我问：“该过程如何起作用”时，我几乎总是会得到一个技术方面的答案，诸如“将它设定为7，如果不行，则试试7.5。”科学则与此不同；利用它，您可以在花钱之前知道会出现什么样的现象。本文将把金属切削当作一个必须用标准科学理解方式加以分析的物理或化学问题而考虑。
宇 宙规则适合我们所有人，即使我们身处制造业中也不例外。有一些奇怪的想法，认为只有通过不断尝试才是在我们业务中不断发展的唯一途径。这样做将导致超出传 统科学思维的个人理论。尽管您可能发现统治整个宇宙的新的规律方面的认识，但是这种机会却是几百万分之一才会发生。这种思维路线所存在的问题是，它的代价 昂贵，并且通常不会产生最好的结果。
如果您无法用大学第一年的学科解释所发生的事情，那么您对它就没有真正理解。当我们往火星发射探测器 并得到令人震惊的照片时，设计该设备的人采用了以牛顿、伯努利或爱因斯坦等命名的理论。标准科学理论已经证明了可以预测物理相互作用结果的公式。我们的业 务也应该采用这些预测性的科学方法。
多少冷却液？
您的新CNC机床需要多少冷却液？一般的基于经验的答案是“你有多少用 多少”、“机床上随机提供了多少就用多少”或者“它看起来合适就行。”科学的答案(简短型)却是0.5gpm/马力。利用普遍认可的标准的科学理解，我们 知道用于切削的每马力的能量通过定义等于746瓦特。如果你采用10马力，则在切削中输入了7460瓦特(10 ×746)。那么对于你输入到切削中的能量发生了什么现象呢？我们都知道它变成了热量，并且对于这个简单的计算，我们可以用一个90%的常数：
1瓦特=3.41 Btu(英热量单位，252卡)；
7,460瓦特×3.41 =25,438 Btu以90%转换=22,894 Btu
设 计散热器或家用加热系统的人会计算吸收或者带走1 Btu热量所需要的水量。计算中有许多因素：金属有多热、流体有多冷、流体接触金属的百分比以及时间长度等。不进行许多这类计算，我们也可以就以下现象进 行某些假设：适当导向的冷却液的平均过程以及经验答案规则，采用25%的安全因子，得出0.5gpm/马力。因此，如果你在切削中采用了10马力，则您需 要5gpm冷却液实现高压效果。
工作原理
高压形成了局部的压力增加，避免了蒸气的形成。液体的作用力、指向切削点的质量和加速的结果等结合起来，完成了工件的加工任务。
力=(质量×速度2)/重力
速度 =14.7(英尺/秒)×PSI½
你将注意到，压力不是这个熟悉的方程式的一部分。它与速度有关，但是不是一对一的方式。如果你将压力提高100%，那么力只能提高40%。如果你将体积提高100%，那么力可以提高100%。
始 终要提高体积；千万不要提高压力，除非必须这样做。为什么需要这样做？简单的力学理论：请记住所有的冷却液必须冲击切屑与刀具之间的空隙。如果你的目标面 积较小，并且你在切削中使用了很高的马力，那么你可能必须在这个小面积中装入更多液体。随着压力提高，相同数量的冷却液将通过越来越小的孔隙加进去。你必 须提高压力，直到去除所产生热量所必须的所有冷却液都进入到目标区域为止。(在网址www.chipblaster.com上可以看到孔隙表，其中可以告 诉你对于给定的压力，通过某孔隙的冷却液量。)最好的策略是保持压力恒定而基于钻头尺寸或者切削中所用的马力而改变冷却液量，只有在绝对必要的情况下才提 高压力。
可以在新的或现有机床上使用一个独立的单元。
钻削问题
钻削过程中出现了另一种情况：真正重要的压力是随着流体从孔中出来时形成的背压。这里的规则是每英寸的钻头直径采用10 gpm 冷却液。一个直径为0.500英寸的钻头需要5 gpm的冷却液来实现高压效果；而0.250英寸的钻头则需要2.5 gpm。
最常见的问题是冷却液孔太小。 钻头必须可以通过足够的冷却液，否则它的性能将不正常。依据孔隙表检查孔尺寸或者进行漏斗试验：让钻头静止，将冷却液导引到漏斗中，时间30秒，然后测量你所收集的冷却液体积。
接 下来一个最常见的问题是冷却液孔处在钻尖后角中。这一点对小钻最常见。间隙通常只有5度，从而就不存在让冷却液从孔中出来的空间。在使用中，孔的底部阻塞 了孔。为了实现相应的功能，至少50%的孔必须处于二次挤磨中。某些钻头制造厂家仍然不理解孔尺寸和定位之间的这种简单关系。你必须确保 — 在100个孔和10,000个孔之间有明显的不同。如果你没有足够大的冷却液系统来维持全部压力，则那些没有得到合适信息的供应商会建议在封闭的钻头末端 焊接孔，其中钻的孔尺寸较小，从而冷却液系统上的压力表会显示完全的压力。千万不要这样做；这样做在概念上就是错误的。
一般地，钻削规则和马力规则会给你提供相同的答案。如果它们之间存在冲突，则要采用更大的体积。
冷 却液浓度是大多数过程中很少得到理解的元素之一。应该采用什么样的浓度呢？5%是否合适？或者6%？摩擦学是一门对润滑进行研究的学问，我们大家对其主要 的理念之一都很熟悉：接触的表面积越大，润滑的需要就越高。平面轴承所需要的润滑比滚动轴承的高，而滚动轴承需要的润滑又要比滚珠轴承的高。
切 削刀具遵循相同的规则：与工件接触的刀具表面越大，所需要的润滑越高，因此，冷却液浓度越高。单点车削刀具接触面积最小，采用5%的浓度就可以。钻头的整 个刀尖和边缘都接触工件，始终最少需要8%的浓度。铰刀具有更多的表面接触，因此可能需要10%。需要最高润滑的刀具是丝锥。它60度的切削刃使它成为所 有常用刀具中表面接触最高的刀具。
控制磨损
你无须花费好几个星期来处理刀具寿命短或表面粗糙度不佳的加工任务。你可能会 记住某个运行很差的加工任务，直到你提高冷却液浓度而将所有问题都解决为止。损失了多少金钱、时间和可靠性？看看与工件接触的刀具表面，你可以在遇到问题 前确定合适的冷却液浓度。例如，将冷却液浓度从5%提高到8%通常可以将钻头寿命提高1000% 或更高。你是否曾经发现过，尽管如此，那些花费昂贵且需要14个星期才能到货的德国铰刀往往在一个当班中就全部报废？
为什么采用高压冷却 液后刀具寿命变得如此之高？你总是听说，从你将机床接通电源的那一刻起，它就开始磨损。这是真的，我们可以描述这种现象的方式是采用一根磨损线(参见上面 的图)。较大的初始磨损叫做磨合，然后我们得到一个长期稳定、可以预测的磨损期，再然后磨损一般会加速接近到报废。这是你在没有任何劈裂问题的精加工刀片 上见到的现象，轿车上的轮轴轴承或防断裂底座也这样。几乎所有的机械设备都从不同程度上遵循这种磨损方式。
损坏是与此不同的。进入到切屑 刀具间隙中的切屑会引起损坏。这是一种随机发生的事件，我们都知道任何随机事件组，如果绘成图的话，会给我们提供一个正常分布形式。这些是(反应模式非常 不同的刀具故障的)相差很大的两个形状。适当施加的高压冷却液的作用力会将切屑从切削区冲走，从而它们永远不会接触刀具或工件而引起损坏。如果你考察该过 程并说：“我一般每个刀片加工30或40个零件，但有时候刀具在加工两个零件就断裂，但有时候能加工60个。”那么你描述了一种正确的分布现象。可以绘制 刀具寿命数据，并在不必实际看到它们的情况下就了解刀片情势，因为磨损和损伤是从根本上不相同的故障模式。高压冷却液会使刀具磨损而不是损坏。
为什么这样做？
高 压冷却液可以解决热量问题、切屑问题以及润滑不良问题。采用它你可以获得多大的好处？与热量、切屑或润滑有关的问题都从功能上消除。问题越大，你获得的好 处越多。例如，用低压冷却液进行钻削几乎始终存在切屑损坏问题。刀具和切屑在钻削孔中狭路相逢，随着切屑要从孔中出来，它们在切削点被进行二次切削并在边 缘和孔的侧面之间进行挤磨。这样就会导致孔粗糙度不良，刀具寿命缩短。如果钻头具有正确尺寸的冷却液孔，并且你具有足够量且浓度合适的冷却液，则会产生令 人惊讶的结果。我在全世界各地开研讨班，每次我都让每个参加研讨班的人估计在 1018号钢中钻削一个0.125英寸±0.001直径、1.300英寸深的孔需要多长时间。每组的平均结果几乎都是每孔45~60秒。而采用高压冷却液 这种孔可以在1.2秒钟内就加工好，刀具寿命至少为4000个孔。稀有材料诸如对热非常敏感的钛，可以通过控制过程温度而以高得多的速度进行加工。
随着这个行业从疲软期恢复过来，开始用新机床更换老设备，它们将很可能具有高压冷却液功能。为保持竞争力，你必须学会使用该工具。
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Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.1 引言
近 二十年来，随着高速数控机床及切削刀具技术的不断发展，高速切削技术发展迅速，已在航空、航天、汽车、机床、模具等重要的制造业领域得到越来越广泛的应 用。高速切削技术可大幅度提高生产效率和加工质量，是具有共性的先进制造技术之一，已成为切削加工的发展方向。合理选择切削刀具和切削参数对于充分利用高 速加工中心功能、降低生产成本具有重要意义。建立高速切削数据库，将切削实践中积累的合理选择刀具与切削参数的经验和数据收集起来，为机械制造业提供合理 及优化的高速切削数据，是提高切削加工效率和经济效益、推动高速切削技术广泛应用和快速发展的一项重要工作；同时，高速切削数据库还是发展各种现代制造技 术(如CNC、CAPP、CAD/CAM、FM8、CIM8等)的一项基础性工作，是这些系统公共制造数据库的重要组成部分。因此，建立高速切削数据库对 于推广高速切削技术具有非常重要的意义。但是，目前合理、适用的高速切削数据还十分缺乏，这在一定程度上限制了高速切削技术的推广应用。本文利用基于实例 推理技术，将以往取得的经验应用于新问题的解决，为建立高速切削数据库提供了一个有效可行的方法。
2 基于实例推理技术简介
基 于实例的推理(Case-based Reasoning，CBR)起源于8chank于1982年提出的关于人和机器学习的动态存储理论，其本质是利用旧问题的解(解决方案)来解决新问题。 CBR原理如图1所示。问题(Problem)及其解(Solution)组成一个实例(Case)，并将其存储在实例库(Case-base)中；对一 个新问题进行求解时，先将新问题按某种特定方式进行描述，然后到实例库中寻找与之相似的旧实例，再按某种算法找出最相似的旧实例作为新问题的匹配，将其解 作为新问题的建议解；通过对建议解进行修正、校订，得到新问题的确认解。与此同时，新问题及其确认解又作为一个新的实例存入实例库，供其它新问题的求解使 用。因此，CBR 系统具有自学习功能。
图1 CBR原理框图
与基于规则的推理不同，基于实例的推理不依赖于求解问题领域的规则，而是依赖于以前的经验和成功解决问题的实例，这与人类专家解决问题时的思路和方法更为接近，因而也更易于理解和应用。
3 基于实例推理的高速切削数据库系统结构
基 于实例推理的高速切削数据库系统HISCUT由实例数据库和切削数据库两大部分组成(见图2)。这两部分均可独立运行，也可通过应用程序接口连接在一起使 用。其中，切削数据库部分用于存储工件材料、刀具、机床、切削参数等各种数据，通过应用程序可实现刀具选择、切削数据优化、加工质量预测等功能，这一部分 按常用的关系数据库模式建立。实例数据库部分用于存储成功的加工实例及相关的经验、规则等，通过实例检索、匹配和修改对新工件的高速切削加工推荐合理的工 艺方案；将形成的新实例存储于实例库中，以备新的应用检索。整个高速切削数据库系统采用C/S结构实现。本文重点讨论基于实例推理在高速切削数据库中的应 用及实例数据库部分的建立。
图2 CBR高速切削数据库系统结构
4 实例库与知识库
1) 实例库及实例的表示
如 何表示实例是CBR系统的一个重要问题。根据具体问题的不同，实例的表示方法也有所不同。一般要求实例的表示至少应包含两方面的内容，即问题及其目标的描 述和问题的解决方案。为明确定义高速切削领域中的实例，需对所研究的问题——工件及其高速加工进行深入全面的分析。通常，当对工件进行高速加工时，首先需 要知道如工件类型、加工面类型、加工要求以及工件材料的类别、牌号、硬度、状态等有关信息，然后才能针对该工件制订相应的加工工艺，如采用何种加工方法和 机床、选择何种切削刀具、切削参数等。前者正好对应于实例的问题描述部分，后者则对应于实例的解决方案。问题描述部分应包含尽量多的相关信息，以使求解的 问题得到准确、全面的描述，同时又应简洁可行，以便后来的实例检索及解决方案的重用；解决方案部分也应尽可能多地包含解决所求解问题的各种有用信息。
高 速切削中的实例可表示为“实例编号+问题描述+解决方案+综合评价”的形式，其中各部分的意义如下：①实例编号：是唯一确定一个实例的标识符，可由实例库 操作员给出或由系统自动产生。②问题描述：对工件及其切削加工要求的描述，包括工件外型特征、加工面类型、加工要求、工件材料类别、工件材料牌号、工件材 料硬度、工件材料状态等。为使实例更具一般性，该部分未涉及工件的具体属性，如名称、编号、尺寸、刚性等。③解决方案：描述如何对工件进行高速切削加工， 包含如下属性：切削方法、机床类型、刀具名称、刀具型号、刀具制造商、刀具材料类别、刀具材料牌号、切削速度、进给速度、切削深度。④总体评价：是对解决 方案的评述，说明其是否适合于该工件的高速切削加工以及获得的加工效果。
采用结构化数据即可完整描述工件及高速切削加工实例，这为实例检 索及匹配带来很大方便。如问题描述部分的加工面描述项，虽然加工面种类繁多，但经常在高速切削加工中出现的却只有有限的几种类型，用文字或代码即可表示。 解决方案部分也采用结构化数据表示，这可使对工件加工的描述简明直观。图3 给出了三个具体的实例描述。
图3 实例描述
2) 知识库当提出一个新问题时，CBR系统首先给出新问题的建议解，至于此建议解是否可作为新问题的确认解，还需根据新问题的具体情况确定。一般情况下，应根 据新问题的具体情况，结合该问题的领域知识及经验、规则，对建议解进行修改，最后得到新问题的确认解。知识库的作用就是存储上述领域知识以及经验、规则 的。在本课题中，知识库包括以下内容：①金属切削领域的一般知识，如切削方式、方法的选择、刀具槽形与几何参数的选择、刀具合理耐用度的选择、切削用量的 制订、机床的选用等；②高速切削的特点、规则及适用范围等，如适用于高速切削的刀具材料、刀具—工件材料的合理匹配关系、切削热对刀具材料性能的影响、刀 具损坏等；③综合知识，如根据工件类型及加工面类型合理选择刀具类型、机床型式对加工精度及表面质量的影响、工艺规程的制订、工序划分等；④实际生产中积 累的经验。
5 实例检索
1) 实例相似度
实例相似度是判别实例间相似性的尺度，用于判定实例库中与新问题最相似的实例。但相似度不是一成不变的，它与人们考虑问题的侧重点密切相关。切实可行的相似度计算方法是CBR系统成功的基础。
设 域D1，D2，……，Dn上的关系R( A1，A2，……，An)，其中Ai为R的属性，Ai∈Di( i=1,2,……,n)，对该关系的记录(实例)u(x1，x2，……，xn), v(y1，y2，……，yn)∈R, (xi，yi∈Di|i=1, 2, …, n)，其相似度SIM(u,v)可用下式计算：
(1)
一般相似度的取值范围为[0，1]。
局部相似度
由 于在实际的问题求解领域中，实例的属性域并不都是数值型的，因此直接利用式(1)计算实例的相似度并不可行，因而必须针对不同属性域研究相似度的计算方 法。局部相似度是指两个实例同一属性的不同取值间的相似度，记为sim( x，y)，取值范围为[0，1]，其中(x，y)是一个属性的不同取值。属性的域不同，其局部相似度的计算公式也将随之发生相应变化。前面已经提到实例检 索的条件是问题描述部分的属性，因此对局部相似度的讨论也只限于这部分属性。根据这部分属性的特点并结合相应的领域(金属切削)知识，可将局部相似度分为 - 种类型进行计算，即：①数值型；②无关型；③枚举型；④依赖型。必须指出，对局部相似度的分类不是唯一的。相似度是一个相对概念，与考虑问题的侧重点和相 关的语义假设密切相关。如果侧重点和语义假设不同，即使是同一属性也可能具有不同形式的局部相似度类别。
整体相似度的复合算法
整 体相似度是相对于局部相似度而言的，也就是前面提到的实例相似度。实际上，在计算实例的相似度时，根据出发点的不同，人们往往更侧重于某些属性的局部相似 度对整体相似度的影响。如选择适用的刀具材料时，更侧重于工件材料类别而不是工件类型的影响。因此，在计算整体相似度时，往往赋予属性的局部相似度一定的 权重w，以使结果更符合实际需要。由于实例检索是按新问题描述部分的属性进行的，所以计算实例整体相似度时，只针对这部分属性而不是实例的所有属性。考虑 局部相似度权重后整体相似度的复合算法公式为
(2)
式中 p——— 新问题描述所表示的查询，qi为q的第i个属性
u——— 实例库中的源实例，ui为u的第i个属性
m——— 问题描述部分的属性数
wi——— 第i个属性的局部相似度权重
用式(2)所示复合算法计算出的整体相似度的取值范围仍为[0，1]。
2) 最近邻居法
在CBR 系统中，实例检索是非常重要的环节，它与系统所采用的索引机制密切相关。与数据库系统中的查询功能有所不同，CBR系统中的实例检索往往是“不精确的”， 带有一定模糊性。这是因为只有在极个别情况下才能在实例库中找到与新问题完全相同的实例，更多的时候可能找到的是与新问题类似的实例。另一方面，CBR系 统实例检索的条件只是实例的问题描述部分的属性，而不是实例的全部属性。一般可将目前CBR系统常用的检索方法分为两类，即最近邻居法和归纳法(本课题中 使用的是最近邻居法)。
设实例u∈R若存在实例c∈R，对所有实例c'∈R，使得SIM( u，c)≥SIM(u，c')成立，则将实例c称为实例u的最近邻居NNc，记为
NNc(u，c)：<=>$c∈R：SIM(u，c)≥SIM( u，c') (3)
在实际应用中，将目标实例u用查询p代替，可找出与新问题最相似的实例。当实例库中的某个实例c是查询p的最近邻居时，其解决方案即被作为查询p所代表的新问题的建议解。
3) 应用举例
设 需对一箱体类铝合金铸件进行半精加工，加工面为平面，工件材料硬度为90HB。因新问题的工件材料牌号未知，与其它实例相应属性的局部相似度记为0。工件 材料类别属性的局部相似度权重设为2，其余属性的权重默认为1。实例库中的实例如图3所示(只列出了3个实例)。应用上述整体相似度复合算法计算实例相似 度，计算结果为：SIM(q，00106)≈0.459，SIM(q，01007)≈0.808，SIM(q，00135)≈0.658。实例 0u001 即被视为新问题的最近邻居，即最相似的实例，其解决方案即作为新工件加工的建议解。
注意到新工件与最相似实例01007的问 题描述部分的差异，应对该建议解进行适当修正：由于是半精加工，可适当提高进给速度(进给量)和切削深度，以缩短加工时间；可选用更适合铣削平面的铣刀类 型等。对建议解进行修改后，尚需结合领域知识验证其合理性，才能将其作为新工件加工的确认解使用。
6 结论
基于实例推理 的本质是采用解决旧问题的解(解决方案)来解决新问题。利用基于实例的推理技术建立高速切削数据库，将以前的加工实例积累的切削数据和经验应用于新工件的 高速切削加工，可解决目前缺乏合理适用的高速切削数据的困难，对加快高速切削技术的推广应用具有非常重要的意义。本文提出的高速切削实例描述模型、实例相 似度复合算法及实例检索方法对建立基于实例推理的高速切削数据库系统是可行的。
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Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. 1 金刚石刀具的磨损形态
金刚石刀具的磨损形态常见于前刀面磨损、后刀面磨损(见图1)与刃口崩裂(见图2)。

可转位刀具是将预先加工好并带有若干个切削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法夹紧在刀体上的一种刀具。当在使用过程中一个切削刃磨钝了后，只要将刀片的夹紧松开，转位或更换刀片，使新的切削刃进入工作位置，再经夹紧就可以继续使用。如下图所示的刀具就是可转位立铣刀的换刀片的样子。可转位刀具与焊接式刀具和整体式刀具相比有两个特征，其一是刀体上安装的刀片，至少有两个预先加工好的切削刃供使用。其二是刀片转位后的切削刃在刀体上位置不变，并具有相同的几何参数。
可转位刀片与焊接式刀具相 比有以下特点：刀片成为独立的功能元件，其切削性能得到了扩展和提高；机械夹固式避免了焊接工艺的影响和限制，更利于根据加工对象选择各种材料的刀片，并 充分地发挥了其切削性能，从而提高了切削效率；切削刃空间位置相对刀体固定不变，节省了换刀、对刀等所需的辅助时间，提高了机床的利用率。
由于可转位刀具切削效率高，辅助时间少，所以提高了工效，而且可转位刀具的刀体可重复使用，节约了钢材和制造费用，因此其经济性好。可转位刀具的发展极大的促进了刀具技术的进步，同时可转位刀体的专业化、标准化生产又促进了刀体制造工艺的发展。

刀具开发技术的改进导致越来越多高效率切削材料的应用。这种不断的技术开发使刀具的效率在20世纪中提高了约30倍。CVD薄涂层和PVD涂层对刀具表面性能有很大的改善作用，直到现在这种作用也远远没有穷尽。利用现代分析技术，可以清楚观察到刀具表面的微观结构，从而准确地认识其显著的优化作用。
以前，刀具的表面结构都是通过预定的工艺程序来实现的，如今可根据最优化的工具性能进行功能设计。
表面改性处理的目的是改善表面摩擦条件，从而有利于提高刀具寿命或加工效率，有利于提高刀具耐 磨性，有利于降低摩擦热，减少磨损。最常用的表面改性处理方法为材料的表面涂层。通过高硬度金属的碳化物、氮化物和氧化物的复合化，可以调整单种化合物的 性能，特别是在提高抗磨性、抗氧化磨损、扩散磨损和粘结磨损等的能力方面。当然，将其他材料引入表面(如通过注入法)也可以对材料的表面性能产生持久的影 响。
切屑与工具之间的粘附机理除了机械性咬合，主要表现为摩擦。通过一种材料改性处理方法——在刀具表面沉积软涂层—一可以有效改善摩擦性能。
此外还可以进行表面形貌方面的改性处理，如通过抛光或有目的的打毛(为了形成润滑油槽)来实现。抛光是一种传统的、通过机械方式来降低摩擦的方法,特别适用于不加润滑剂到切削区的切削刀具，抛光在大多数情况下都是一种有效降低摩擦的方法。
周期性的表面结构可通过抛光加工形成。用平版印刷方法或激光也可获得某种形状的结构元素。与金属板材加工相比，目前这些方法在切削加工中还不常见。该方法的一个理论依据是，微观结构化可降低在切屑与工具之间的热传递，并减少刀具的热负荷。
PVD涂层的抛光
抛光工艺属于表面形貌的改性处理。对磨削的或涂层的表面有各种不同的抛光方法。除了用于大批量零件的特鲁瓦抛光法外，还有常用于刀具生产中的毛刷法和喷砂法。这些方法都不新颖，已在切削刀片生产中使用多年，如用于抛光CVD厚涂层的花椰菜状表面结构。抛光过的切削刀片在切削6分钟时间后显示出非常均匀的磨损。而未抛光的刀片显示出平行的微观裂缝，这会导致磨损带迅速变宽，并使刀具提前失效。
这 些抛光方法现在也常常用于PVD涂层。如在一个PVD涂层的孔加工刀片表面上，可以看到在PVD ARC方法中被称为“液滴”的结构。这些液滴的作用就象河床中的石头，阻碍着切屑的排除进程，这在孔加工中特别不利。如果能使切屑快速并少摩擦地排除,那 么切屑和工具之间的接触时间减少，向刀具传递的热量也减少。不受阻碍的切屑排除使切削力更小，避免了切屑在钻头、铣刀槽中产生咬合和堵塞。抛光的质量取决于抛光方法的选择和工艺参数的调节。
抛光工序的好处是明显的，我们来看一个麻花钻头的例子。一台为终检而开发的测量仪器，可测定切屑槽中的摩擦力。摩擦力的降低与表面状况有关。抛光过的钻头槽摩擦系数只有未抛光的25%。处理过的钻头允许更高的切削用量和钻孔深度。此外，更稳定的切屑排除还延长了刀具的寿命。
表面宏观处理工艺
表面的抛光避免了可能对刀具性能产生不利影响的跑合效应。研究表明，整体硬质合金刀具在最初所作的10次钻孔时都是处于“跑合”状态，并且进给力几乎都只有一半。抛光过的刀具显示出非常好的如同没有“跑合”的性能。为了保证刀具的性能，这种表面处理在干式切削中是绝对必要的。但即使是在传统的湿式切削中，通过适当的表面抛光也可显著延长刀具寿命，使切削更加可靠。
磨 削后的表面大多呈现一种具有典型磨削痕迹的周期性结构。如果立刻进行涂层，这种形状就会保留下来。但是，由于会对表面产生影响的工序如刃口倒圆 (大多通过喷砂或刷拂进行)或涂层预处理都是必需的，因此必须进行磨削表面的改性处理。这些工序的正确进行可以产生有利的影响。沿切屑排出方向的横向磨削 痕迹会对切屑的排出产生不利影响，应当将它平整，获得一种宏观上光滑的表面。这样预处理过的表面可以在涂层后再次进行抛光，这样更为简单和有效。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. 摘要：通过用微乳液介质—分光光度法和扫描电子显微镜测定硬质合金刀具磨削、磨损和浸泡后磨削液和刀具中的钴含量，探讨了磨削液浸出钴的机理，并对磨削液的使用和改进提出建议。
1 引言
磨削液在磨削硬质合金刀具的过程中不仅可以降低磨削温度，而且可起到提高磨削质量和磨削效率的作用，因此在加工中得到广泛使用。但据近期国外文献报道，在磨削硬质合金刀具时采用磨削液有可能使硬质合金中的钴浸出。钴是硬质合金材料中的粘结剂，它的浸出将大大降低硬质合金刀具的使用寿命；同时，磨削废液中钴含量过高会污染环境，对工人身体健康造成危害。因此，研究磨削硬质合金刀具时的钴浸出机理，寻找减少或避免刀具中钴浸出的有效方法，具有十分重要的意义。目前国内尚未见报道这方面的研究成果。为此，我们模拟硬质合金刀具的磨削过程设计了一系列机械试验，并对试验结果进行了分析测定，采用微乳液介质—分光光度法测定硬质合金刀具磨削前后磨削液中的钴含量，用扫描电子显微镜对硬质合金刀具进行测试分析，最后根据试验结果综合推导了钴浸出机理，并提出了解决问题的初步方案。
2 模拟试验与分析
2.1 机械试验
通过模拟硬质合金刀具的实际磨削过程，分别进行了磨削试验、摩擦试验和浸泡试验。
1) 磨削试验
刀具：YG6硬质合金刀具；砂轮：直径Ø150mm，绿色碳化硅磨料，粒度46#；机床：CA6140型车床，转速1120r/min。
试验时，将砂轮装在自制芯轴上，芯轴一端卡在三爪卡盘上，另一端用顶尖顶住；硬质合金刀具固定在刀架上。磨削过程中分别使用600ml 蒸馏水、油酸三乙醇胺和三乙醇胺三种磨削液。样品编号及试验数据见表1。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. 随着制造业的不断发展，具有高硬度、高耐磨性、高耐热性、高化学稳定性的难加工材料的应用日益增多。为解决难加工材料零件加工性能差、加工难度大的问题，各种新型刀具(如硬质合金涂层刀具、金刚石、陶瓷、立方氮化硼等超硬刀具)的应用日趋广泛。但这些刀具耐冲击韧性差，价格昂贵，因此并不完全适用于生产现场使用。我们通过理论研究及多年加工实践，对工厂现有刀具进行结构优化和改进，确定合理的刀具几何参数，选用正确的加工方法，取得了较理想的加工效果。现以加工淬火钢和冷硬铸铁时刀具的选用为例介绍一点经验。
1 加工淬火钢时刀具的选用
淬火钢硬度一般在45HRC以上，加工时塑性变形差，切削阻力大，切削温度高。如刀具材料硬度较低，则刀具切 削困难、容易磨损(内孔加工尤其如此)。对淬火钢零件进行粗车加工时，由于切削量大、振动大，必须选用具有较高强度和耐冲击性的刀片。我们一般选用YA6 和YN05硬质合金刀片。对淬火钢零件进行精车加工时，对刀片硬度、耐磨性和耐热性要求较高，我们通常选用YT15和YT30硬质合金刀片。此类刀片的韧 性和抗弯强度不高，磨削性能和焊接性能也较差，更适合用于精加工。为提高刀具刃口强度，我们将刀具改为具有负前角的倒棱。为改善散热性，应选择较小的主偏角(48°～58°)。加工时的合理切削用量为：切削速度30～45m/min，进给量0.15～0.3mm/r，切削深度0.4～1.2mm。
对淬火钢材料进行直径较小(如Ø20～30mm)的内孔加工时，可选用YT10和YT30硬质合金刀片制造拉铰刀，这种刀具既可保证内孔的尺寸精度，又可获得良好的加工表面粗糙度。
2 加工冷硬铸铁时刀具的选用
冷硬铸铁硬度高、脆性大，且工件表面硬质点和夹砂较多，硬质合金刀片切削时容易磨损和崩刃。对冷硬铸铁工件进行车削加工时，可选用耐磨性和耐冲击性好、抗弯强度高的YA6和YD等硬质合金刀片。为提高刀刃和刀尖的强度和耐磨性，刀具可采用较大的负前角和较小的后角，适当减小主偏角和副偏角，增大刀尖角(150°～160°)，同时适当加大修光刃。加工时的合理切削用量为：切削速度300～400m/min，进给量0.6～1.5mm/r，切削深度0.5～1mm。
对 冷硬铸铁工件内孔(如Ø20～50mm)进行加工时，可选用YA6或YN10硬质合金刀片制造多刃扩孔钻，先扩孔留余量，然后再精加工。根据被 加工内孔的孔径、余量及是否通孔可确定采用扩孔钻还是复合扩孔钻加工：对于内孔加工余量不大的通孔可采用扩孔钻加工；对于加工余量较大的通孔和台阶孔，则 可采用复合扩孔钻加工。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. 1 引言
整体硬质合金刀具在航空航天业、模具制造业、汽车制造业、机床制造业等领域得到越来越广泛的应用，尤其是在高速切削领域占有越来越重要的地位。在高速切削领域，由于对刀具安全性、可靠性、耐用度的高标准要求，整体硬质合金刀具内在和表面的质量要求也更加严格。而随着硬质合金棒材尤其是超细硬质合金材质内在质量的不断提高，整体硬质合金刀具表面的质量情况越来越受到重视。众所周知，硬质合金刀具的使用寿命除了与其耐磨性有关外，也常常表现在崩刃、断刃、断裂等非正常失效方面，磨削后刀具的磨削裂纹等表面缺陷则是造成这种非正常失效的重要原因之一。这些表面缺陷包括经磨削加工后暴露于表面的硬质合金棒料内部粉末冶金制造缺陷(如分层、裂纹、未压好、孔洞等)以及磨削过程中由于不合理磨削在磨削表面造成的磨削裂纹缺陷，而磨削裂纹则更为常见。这些磨削裂纹，采用肉眼、放大镜、浸油吹砂、体视显微镜和工具显微镜等常规检测手段往往容易造成漏检，漏检的刀具在使用时尤其是在高速切削场合可能会造成严重的后果，因此整体硬质合金刀具产品磨削裂纹缺陷的危害很大。因此对整体硬质合金刀具磨削裂纹的产生原因进行分析和探讨，并提出有效防止磨削裂纹的工艺改进措施具有很重要的现实意义。
2 整体硬质合金刀具磨削裂纹的原因分析
2.1 整体硬质合金刀具的磨削加工特点
硬质合金材料由于硬度高，脆性大，导热系数小，给刀具的刃磨带来了很大困难，尤其是磨削余量很大的整体硬质合金刀具。硬度高就要求有较大的磨削压力，导热系数低又不允许产生过大的磨削热量，脆性大导致产生磨削裂纹的倾向大。因此，对硬质合金刀具刃磨，既要求砂轮有较好的自砺性，又要有合理的刃磨工艺，还要有良好的冷却，使之有较好的散热条件，减少磨削裂纹的产生。一般在刃磨硬质合金刀具时，温度高于600℃，刀具表面层就会产生氧化变色，造成程度不同的磨削烧伤，严重时就容易使硬质合金刀具产生裂纹。这些裂纹一般非常细小，裂纹附近的磨削表面常有蓝、紫、褐、黄等颜色相间的不同氧指数的钨氧化物的颜色，沿裂纹敲断后，裂纹断口的断裂源处也常有严重烧伤的痕迹，整个裂纹断面常因渗入磨削油而与新鲜断面界限分明。传统碳化硅砂轮磨削硬质合金由于磨削效率很低、磨削力较大、自砺性差以及磨削接触区表面局部温度高(高达1100℃左右)等造成刀具刃口质量差、表面粗糙度差和废品率高等缺点已逐渐被淘汰使用;而金刚石砂轮则由于磨削效率高、磨削力较小、自砺性好、金刚石刃口锋利、不易钝化以及磨削接触区表面局部温度较低(一般在400℃左右)等优点被广泛应用于硬质合金刀具的磨削加工中。但在整体硬质合金刀具的金刚石砂轮磨削过程中，由于磨削余量很大，加工方法、金刚石工具特性和磨削制度如果选择不当，也会造成刀具磨削接触区表面局部瞬时温度偏高，从而产生磨削裂纹。
2.2 整体硬质合金刀具磨削裂纹的产生机理分析
制造硬质合金刀具采用的金刚石磨削处理可以使刀具表 面层的物理—机械特性变坏或者改善。决定表面层质量的基本参数是：微观形貌(即表面粗糙度)，表面层的结构和亚结构，第Ⅰ类残余应力值及其分布。烧结后的 硬质合金通常具有不低于Rz5µm的表面粗糙度， 金刚石加工可以保证Rz不低于2µm，在Rz= 1～5µm范围内显微粗糙度的深度实际上不影响硬质合金的寿命指标。在磨削加工中硬质合金晶粒内部的细微结晶结构参数也发生变化，嵌晶块发生破碎(相干分 散区)，其值减小一个数量级，由(10～15)×10-5mm降到(10～15)×10-6mm。晶粒显微畸变值(Δd/d，第Ⅱ类应力)发生变化，表面 层性能也相应变化。但是，实际上细微结晶结构参数变化与硬质合金寿命之间并未发现直接关系。所以在循环载荷下(如铣削力)硬质合金的使用寿命既与表面层的 结构和亚结构无直接关联，又首先不是决定于表面粗糙度，而是决定于表面层的残余应力状态，即第Ⅰ类残余应力值及其沿截面的分布对硬质合金的强度和寿命起着 决定性因素。表面层残余压应力的形成促使断裂源迁移到距离表面更深的受载荷较小的层次，抑制了裂纹的萌生和扩展，这就使得强度和寿命增加;同时随着硬质合 金表面层残余压应力层分布深度的增加，其强度和寿命逐渐提高。而表面层形成的残余拉应力则促进裂纹的萌生和扩展，是产生裂纹的必要条件，且使得强度和寿命 降低。但磨削后的表面往往既有残余压应力又有拉应力，因此，理想的磨削表面层状态应是表面层残余压应力值越高越好，残余压应力层分布越深越好；近表面层残 余拉应力值越低越好，残余拉应力层越薄越好，最大拉应力值距离表面越深越好。反之，表面层较浅的压应力分布和近表面层过高的拉应力值则是萌生磨削裂纹的主 要原因。所以，在磨削加工过程中应尽量减小和避免残余拉应力的产生。
在多数情况下硬质合金制品烧结后在表面层产生残余拉应力(起源于 热)，这种拉应力值可达500～1000MPa。该应力层的深度不大于 5～7µm，应力渗入深度不超过30～40µm。越接近表面，其值越高;钴含量越高，其值越高。因此烧结后的硬质合金抗弯强度值(TRS值)和疲劳寿命值 很低。但磨削余量常大于0.1mm，因而随后的磨削加工在去除硬质合金表层后完全可以消除烧结合金中的残余拉应力，并形成新的应力状态。由此可见，烧结工 艺引起的残余应力对在磨削过程中残余应力的形成没有影响。
在磨削加工过程中，影响刀具表 面状态的有两个主要因素：施加的力和局部温度。施加的力对合金表面的作用会引起不可恢复的塑性变形、结构的变化和相变并伴随着单位体积的增大，从而导致形 成残余压应力，提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、硬度、耐磨性和使用寿命等，亦即发生强化过程;局部温度对合金表面的作用会在表面层中产生不均匀的热塑 性变形、结构和相的变化并伴随着单位体积的减小，从而导致形成残余拉应力、降低抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、硬度、耐磨性和使用寿命等，亦即发生弱化过 程。因此，硬质合金刀具最 终表面层状态是被强化还是被弱化，是残余压应力为主，还是残余拉应力为主，则取决于在磨削过程中对其表面的作用是以力为主还是以温度为主。当磨削过程中磨 削接触区的局部瞬时温度达到一定程度(有时可达1000℃以上)占主导因素时，便会形成表面层较浅的压应力分布和近表面层过高的拉应力值，残余拉应力促进 裂纹的萌生和扩展，其数值之大，甚至会超过材料的破断强度，而形成细微小裂纹。有时在磨削后不产生裂纹，但在研磨或使用过程中，当其表层被去除后，下层的 残余应力失去平衡，才出现裂纹。在金刚石加工时，刀具表面磨削接触区局部瞬时温度的高低将取决于加工方法、金刚石工具特性和磨削制度。
3 整体硬质合金刀具磨削裂纹的无损检测
通过以上分析以及大量的检测试验，我们采用高灵敏度的亲水性后乳化荧光渗透探伤法对采用相同磨削工艺(未改进前)的近万件同一材质刀具的对比检测结果表明其磨削裂纹检出率最高(见表1)。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. 1 前言
普通高速钢和高性能高速钢都是用熔炼方法制造的，它们经过冶炼、铸锭和锻轧等工艺制成刀具，熔炼高速钢容易出现的严重问题是碳化物偏析。硬而脆的碳化物在高速钢中分布不均匀，且晶粒粗大(可达几十个微米)，对高速钢刀具的耐磨性、韧性及切削性能产生不利影响。
粉末冶金高 速钢的制造过程是：将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压气体(氩气或氮气)喷射使之雾化，再急冷而得到细小均匀的结晶组织(粉末)。上述过程亦可用高压水水 喷雾化形成粉末。再将所得的粉末在高温(约1100℃)、高压(约100MPa)下压制成刀坯，或先制成钢坯再经过锻造、轧制成刀具形状。
2 粉末冶金高速钢的优点
粉末冶金高速钢没有碳化物偏析的缺陷，不论刀具截面尺寸有多大，其碳化物分布均为1级，碳化物晶粒尺寸在2～3μm以下。因此，粉末冶金高速钢的抗弯强度与韧性得以提高，一般比熔炼高速钢高出20～50％。它适用于制造承受冲击载荷的刀具，如铣刀、插齿刀、刨刀以及小截面、薄刃刀具。在化学成分相同的情况下，与熔炼高速钢相比，粉末冶金高速钢的常温硬度能提高1～1.5HRC，高温硬度(550℃～600℃)提高尤为显著，故粉末冶金高速钢刀具的耐用度较高。由于碳化物细小均匀，粉末冶金高速钢的可磨削性能较好，含钒5％时其可磨削性能相当于含钒2％的熔炼高速钢，故粉冶高速钢中允许适当提高钒含量，且便于制造刃型复杂的刀具。粉冶高速钢的热处理变形亦较小。
3 粉末冶金高速钢的切削试验
作者用粉末冶金高速钢GF3制成车刀，在相同的切削条件下与普通高速钢W18Cr4V及熔炼高性能高速钢Co5Si，V3N进行切削对比。
切削用量：v=40m/min，ap=3mm，f=0.15mm/r。
刀具几何参数：g_o=20°，k_r=75°，k_r′=l5°，b_e=1mm。
刀具磨损曲线如图1所示。

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet. 1 引言
随着现代科学技术的高速发展，由聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN）等超硬材料制成的刀具品种越来越丰富，其性能也得到不断发展和提高。刀片磨料粒 径从数十微米、几微米到纳米级；金刚石、立方氮化硼的含量分为低含量、中等含量和高含量；结合剂既有金属、非金属也有混合材料；PCD层厚度从毫米级到微 米级；PCD层与硬质合金衬底的结合方式有平面、波纹面；PCD层有高耐磨、高韧性、高耐热等不同特性。目前PCD、PCBN刀具的应用范围扩大到汽车、航天航空、精密机械、家电、木材、电子电气等行业，用于制作车刀、镗刀、铣刀和钻头、铰刀、锪刀、锯刀、镂刀、剃刀等。
尽管PCD、PCBN刀具发展如此之快，但因其高硬度导致的刀具刃磨困难一直困扰着大多数用户，刀片的重磨也主要由原刀具生产厂家来完成。不仅刀具价格高，交货期长，而且占用企业流动资金。因此，很有必要认真研究PCD的磨削特点及PCD刀具的刃磨技术。
2 PCD刀具的制造工艺
PCD切削刀具的生产工艺流程一般包括抛光、切割、固接、刃磨、质检等。PCD超硬材料毛坯直径通常有1/2、1、2、3、4英寸，其表面一般较粗糙（Ra2～10μm），不能直接用于制作刀具，需经研磨抛光使其表面达到镜面（Ra≤0.01μm），然后通过激光切割或电火花线切割加工成一定几何形状和尺寸要求的刀片，再进一步对刀片和基体待固接面进行机械和化学处理，然后采用银基硬钎焊将刀片固接于基体上，最后经金刚石砂轮刃磨。
PCD切削刀具制造技术的关键之一是切削刃的刃磨质量。优质刀头材料缺乏理想的刃磨工艺和技术将会造成资源浪费，采用好的刃磨工艺则会提升刀具的产品质量，降低刀具使用成本。
3 PCD材料的磨削加工特点
PCD是由特殊处理的金刚石与少量粘结剂在高温超高压下烧结而成。无序排列的金刚石晶粒使PCD具有均匀的、极高的硬度和耐磨性。PCD可用于切削刀具、砂轮修整、地质钻探、量具测头、拉丝摸具、喷砂摸具等。但是PCD的高硬度和高耐磨性也给其加工带来了很大困难。
国 内外学者针对PCD材料的高硬度和高耐磨性所带来的加工难题进行了大量的研究和试验，其中包括电火花加工、超声波加工、电化学加工、激 光加工等，并取得了一定效果。但综合分析发现，这些加工技术目前多适用于PCD材料的粗加工场合。要想获得好的PCD切削刃口质量，最理想的加工方法仍是 用金刚石砂轮磨削或研磨。
PCD的磨削加工主要是机械和热化学两方面混合作用的结果。机械作用是通过金刚石砂轮磨粒对PCD材料的不断冲击而形成的金刚石的微破碎、磨损、脱落或解理；热化学作用则是金刚石砂轮磨削PCD形成的高温使金刚石发生氧化或石墨化。二者混合作用的结果致使PCD材料被去除。其磨削加工特点主要为：
（1）磨削力很大
金刚石是已知矿物中硬度最高的物质，与各种金属、非金属材料配对摩擦的磨损量仅为硬质合金的1/50～1/800；PCD的硬度（HV）为80～120KN/mm2，仅次于单晶金刚石，远高于硬质合金。采用金刚石砂轮磨削PCD时，起始切削强度很高，约为硬质合金（0.4MPa）的10倍以上；比磨削能达1.2×104～1.4×105J/mm3；因此磨削力远高于磨削硬质合金。
（2）磨削比很小
由于PCD的硬度和耐磨性很高（相对耐磨性为硬质合金的16～199倍），磨削PCD时其磨削比仅为0.005～0.033，约为硬质合金的1/1000～1/100000；磨削效率仅0.4～4.8mm3/min。因此，为了保证切削刀具的刃口质量和去除量，磨削时间很长、加工效率很低。此外，当PCD的硬度、含量、粒度不同时，其磨削时间也相差悬殊。
（3）粒度影响很大
PCD材料用于切削刀具按 粒度主要分为三类：粗粒度（20～50μm）、中粒度（10μm左右）和细粒度（～5μm），其磨削力、磨削比相差几倍至数十倍。粗粒度PCD磨削比最 高，磨削也最困难，且磨削后刃口锯齿状最严重、质量最差，但耐磨性最强；细粒度PCD磨削比相对最低，磨削较易、磨削后刃口质量最好。
4 PCD切削刀具刃磨对工装的要求
基于PCD的上述磨削特点，用金刚石砂轮磨削加工PCD时对刃磨设备的要求比一般工具磨床高得多。主要有：
（1）机床具有良好的工艺系统刚性
由于PCD材料硬度很高，因此磨床必须有较高的抗变形能力，特别是主轴系统和刀具装夹系统。PCD切削刀具刃磨时磨削力一般达100～500N。因此要求机床的轴径大、轴承的轴向刚性和强度要高。
（2）机床具有行程可调和速度可调的短程摆动机构
PCD磨削比极低，PCD的磨削加工机理主要是通过金刚石砂轮对PCD材料的不断冲击而形成的微破碎、磨损、脱落、解理等机械作用和氧化、石墨化热化学作用混合的结果。因此采用短程摆动机构有利于提高磨削效率，改善刀具刃口质量。一般摆动距离0～50mm，摆动速度20～60次/分。
（3）机床的刀夹具有高精度回转功能和在线检测装置
由于PCD材料硬脆而耐磨，通常将其刀尖设计为圆弧状，以减小刀具和工件相对振动的幅值。为了实现刀尖圆弧的加工，机床的刀夹应具有高精度回转功能和刀尖圆弧半径尺寸与质量在线检测装置。这样可避免多次装夹带来的定位误差，同时可成倍提高加工效率。
5 PCD、PCBN刀具的刃磨工艺
5.1 刃磨工艺的选择
切削刀具刃磨的目的之一是获取性价比高的切削刃口质量，而质量好坏的关键在于刃磨砂轮粒度的选择。砂轮粒度越细，切削刃崩口越小，而磨削效率越低。为此可根据刀具切削刃的精度、用途（见表1）或其失效程度（见表2），将PCD切削刀具刃磨工艺分为粗、精、细三个加工阶段。根据具体情况制订合理刃磨工艺可大幅度提高加工效率。
表1 按切削刃的精度、用途分类
序号—切刃精度—可选刃磨砂轮粒度—用途
a粗—0.05mm—230/270#～320/400#—粗加工
b精—0.02mm—M20～M40—半精加工
c细—0.005mm—M5～M10—精加工
表2 按刀刃失效程度分类（重磨刀具）
序号—失效程度—可选刃磨砂轮粒度—备注
a粗—切刃破损0.5mm—230/270#～320/400#—或电加工
b精—切刃崩口0.3mm—M20～M40
c细—切刃磨损0.1mm—M5～M10
粗加工对刃口要求不高，可选电加工或磨削加工。电加工效率高，宜用于加工复杂刀具，如印刷电路板用钻头、切削强化木地板用成型铣刀等。磨削加工时可选粗粒度砂轮，刃磨时接触面积大、磨削力高（300～400N），可快速去除多余的加工余量；细加工时选用细粒度砂轮，刃磨时接触面积小、磨削力低（100～200N）、磨削发热量少，但材料去除率低。此阶段主要是通过研磨和抛光，进一步改善切削刃口质量。精加工居于二者之中。
5.2 刃磨工艺要点
（1）主轴精度要好，一般砂轮端面跳动应≤0.02mm。砂轮端面跳动过大，磨削时砂轮断续冲击切削刃，容易使切削刃发生崩口，难以获得高精度切削刃。
（2）砂轮应具有良好的动平衡。砂轮的不平衡将导致机床的振动，进而影响被加工刀具的刃口质量和加工精度。
（3）刃磨砂轮应优先选用陶瓷结合剂金刚石砂轮。因为在磨削过程中陶瓷结合剂易发生微裂使磨粒得到更新自锐，使磨削过程平稳，有利于提高加工表面的精度和效率；次之可选耐热性较高的树脂结合剂金刚石砂轮。
（4）适时注意砂轮开刃，且开刃油石粒度要合适。用金刚石砂轮加工PCD刀具时，砂轮会发生堵塞、钝化、高温和快速磨损，导致加工速度降低和振纹、噪音、烧伤的产生。通常选择比所用砂轮粒度细1～2号的软碳化硅油石作为开刃油石。
（5）因金刚石易与铁系合金发生化学扩散，加速砂轮磨损，因此应尽可能避免同时磨削金属与PCD。
（6）砂轮回转方向务必从刀具前刀面向后刀面回转。从磨削时PCD 刀具切削刃的受力可知，当砂轮从刀具前刀面向后刀面回转时，其磨削力（切向与法向力之和）作用于切削刃向内，即刀具受压应力，不易崩刀；反之则为拉应力，切削刃易崩口。若因刀具结构原因必须反转刃磨时，则选用树脂结合剂砂轮优于金属和陶瓷结合剂砂轮。
（7）为了保证切削刃质量同时提高刃磨效率，可将刀具的后角分为大后角和小后角。用粗粒度砂轮先磨大后角，因接触面大磨削力大，刃磨效率高；然后用细粒度砂轮刃磨小后角，将小后角的刃带宽度控制在0.1～0.3mm左右，接触面小刃磨质量好。
（8）尽可能在一次装夹中完成对刀具切削刃的加工。
（9）PCD刃磨冷却液应优选水基磨削液。由于PCD材料硬度高且耐热性差，水基磨削液冷却效果优于油基磨削液，可提高加工效率和刃口质量。另外磨削过程中冷却要充分，不能断流，避免因磨削液量小或断续供给造成金刚石（砂轮、刀具）的大量消耗（氧化、石墨化）和刀具的刃口破损。