2008年3月30日星期日

典型数控铣床控制软件模块化设计www.tool-tool.com

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本文介绍的典型数控铣床主要由机床操作面板、X、Y、Z 三个直线坐标轴、上轴及机床的液压、润滑、冷却系统等机床辅助功能组成。机床的电气系统包括数字控制系统(CNC)、数字伺服驱动系统、主轴变频调速系统及机床输入输出PLC控制系统等。

本电气系统主要完成人机对话和对三坐标机床坐标的进给、主轴的运转以及机床的液压、润滑、冷却系统等的控制。该机床的三个坐标采用HEIDEHAIN直线光栅尺全闭环反馈方式，机床主轴为电主轴，使用施耐德变频器控制，针对该机床的结构特点，其电气控制系统配置了法国NUM公司的NUM1050全数字数控系统，伺服驱动配置相应的MDLUNUMDRIVE数控式伺服驱动系统。

这台三坐标机床的PLC 控制程序是利用NUM1050全数字数控系统的内置式PLC功能，并配以相应的软件平台开发出来的。因而PLC程序的灵活性和易维护性与NUM1050数控系统的高性能有密不可分的关系。

1 NUM1050数控系统

NUM1050是一种开放式的、功能强大的数字控制系统，采用64位的CPU68040，用于数据的处理和坐标的控制，具有处理速度快、位置控制精度高等特点。

系统中的图形功能管理CNC面板显示和键盘：内存用来存储操作程序、PLC程序和用户文件：强大的通讯功能使CNC既可通过RS232串口又可通过网络接口与上位机进行通讯：轴控板用于控制数字轴或模拟轴的运动：内置式PLC通过输入/输出模块管理机床：CNC软件则管理加工程序、机床数据、计算机轨迹和速度以及监控坐标轴的运动。

2 NUM1050内置式PLC特点

PLC使用NUM系统提供的输入/输出接口与外界进行数据交换，通过PLC的扫描周期刷新存储区内的数据，PLC读取数据是通过%I变量，而PLC输出给外界数据是通过%Q变量进行的。

内置式PLC与NC之间则通过交换区交换数据，交换区中的内容是NC与PLC之间输入/输出的数据。NC输出给PLC的数据，PLC通过%R变量从交换区读取，PLC发送到NC的数据是通过%W变量放入交换区，由NC去读取，其扫描周期由系统自动执行。%R和%W所有变量的各字节和位都有特定的含义，专门提供给PLC用来控制NC的运行，并协调外接设备与NC之间的动作。

3 NUM1050 PLC程序结构特点

NUM数控系统的PLC编程有梯形图、汇编语言和高级语言(C语言)几种方式，其程序都采用任务模块和子程序模块来设计。PLC程序的任务模块包括：%INI、% TS0～4、%TF0～15、%TH0～15。子程序模埠%SP0～255，这些子程序可以由任务模块调用或子程序间调用。各模块的功能如下：

初始化任务%INI：系统每次上电时执行一次。
循环任务%TS：系统先执行%TS0，再按顺序执行TS1～4。%TS0的执行周期等于每个RTC(实时时钟控制)周期，即20ms，%TS1～4每5个RTC周期(100ms)执行一次。
后台任务%TS 比循环任务%TS和中断任务%TH的优先权低，可用于等待任务的使用。后台任务可持续数个RTC循环周期，可以被循环任务中断。
中断(实时)任务%TH用于优先权较高的事件而不必等待RTC循环的结束。中断(实时)任务%TH比循环任务%TS和后台任务%TF的优先权高。
错误信息表%9999.9：机床错误信息文件。

4 三坐标数控龙门铣床PLC程序的设计与实现

PLC 程序的设计离不开良好的软件平台和硬件环境，NUM1050数控系统为机床生产制造者提供了丰富的软件资源和强大的软件开发工具。如PLCTOOL， SETTOOL，PCTOOLKIT等。它们都是基于WINDOWS平台上使用，为机床电气控制系统开发带来了极大的方便。其中PLCTOOL可方便地进行PLC梯形图或高级语言C的编程，备有丰富的指令集与计时器、计数器单元，图形化的界面，使用操作灵活方便。这台三坐标数控龙门铣床的PLC程序正是在 PLCTOOL软件平台上开发设计出来的。考虑到实际的应用，这台三坐标机床采用梯形图语言设计PLC程序，其优点是直观，可以动态显示，易于调试和维护。

利用NUM1050数控系统提供的输入/输出模块和机床操作面板，可以非常方便地控制机床的运动及其他功能，因为机床操作面板带有可供编程的自定义键。NUM系统提供的机床操作面板通过光缆与系统相连，提高了可靠性。

根据NUM1050的PLC程序结构特点，在设计这台三坐标机床的PLC程序时，将该机床的各项功能分配给不同的模块控制。因该机床无特殊的中断任务，所以设计程序时使用了初始化任务%INI、循环任务%TS和子程序模块%SP。%TS0的扫描周期为20ms，所以将重要的子程序放在%TS0中调用，机床的辅助功能如液压、冷却、润滑等则在任务模块%TS1～3中控制，机床的坐标、主轴及相关部分的控制由梯形图的子程序%SP模块承担。三坐标数控铣床的 PLC程序结构及每一模块介绍如下：

%INI：系统在其它任务执行前调用，仅在PLC上电时执行一次，不受PTC循环控制，主要对一些变量进行初始化。
%TS0：调用子程序。%TS1：控制机床辅助功能导轨润滑和液压系统。其中导轨润滑周期由PLC程序中的定时器控制。%TS2：控制机床冷却系统。可以在机床操作面板上选择自动冷却和手动冷却。%TS3：控制机床主轴的松刀和刀具夹紧。
%SP0：用于控制机床操作面板上的指示灯闪烁。NUM1050系统提供的机床操作面板上的自定义按键大部分带有指示灯，在使用一些需要特别提醒的功能时，其按键采用指示灯闪烁的方式，以示醒目，如机床故障复位键、换刀完成键等等。%SP2：控制机床操作面板的自定义按键。操作面板的自定义键必须经过PLC编程才能生效，而按键的功能则根据机床的需要来定义。根据用户的要求，这台三坐标数控龙门铣床的操作面板上设计了机床启动、冷却控制、主轴启停、换刀完成、机床故障复位等功能。%SP3：控制坐标运动及坐标限位的安全检查。%SP4：M 功能译码，该模块用于定义换刀结束的M06功能。%SP5：控制坐标轴伺服使能。%SP6：该模块控制主轴部分的所有功能，包括主轴冷却、主轴润滑、刀具夹紧、主轴电机、主轴变频器等。%SP20：机床故障信息的显示控制。当机床出现故障时，在显示页面需要及时显示故障号和故障内容，当机床出现多条故障时，系统便可以按顺序显示故障，每条故障显示的时间在本子程序模块中设置。该模块被其它相关模块调用。

这台三坐标数控龙门铣床的所有功能和控制均由以上各模块实现，其中%SP2、%SP3、%SP5和%SP6更是这台机床PLC程序的核心。用模块化方式设计PLC程序，可以对每一模块进行单独调试，提高了机床调试的效率，当调试过程中出现问题时，可以很快找到问题所在，而且机床的不同功能用不同的子模块来表示，程序结构一目了然。通过对每一个子模块的单独调试和最终的机电联调，都证明了这套PLC程序的设计思想和方法是行之有效的。

5 小结

这台三坐标数控龙门铣床经过紧张调试后，机床工作正常，符合要求，机床达到验收标准。实践证明，这台三坐标机床的控制软件设计是成功的，并且设计开发的有些基本模块还具有良好的可移植性，在以后使用NUM1000系列数控的典型数控机床PLC梯形图设计中稍加改动使可加以使用，对以后同系列数控机床的PLC 控制软件的设计打下了良好的基础。

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五轴加工的“舞魅”www.tool-tool.com

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摘要：随着五轴联动机床越来越多的应用于复杂几何形状工件的加工，其对控制器的要求也不断提高。海德汉 iTNC 530控制器将高性能、高适应性和简便的操作完美结合在一起，本文从工艺、适应性、附加的安全系数3个方面对iTNC 530控制器进行了详细的介绍。

同样的NC程序，当采用不同的运动路径计算方法时，所耗用的加工时间差别巨大。左图中短加工时间、高表面质量的工件是采用带HSC-过泸器的海德汉iTNC 530加工的。

用于检查编程结果的轨迹图像是基于NC程序数据生成的。

控制器：五轴加工技术为复杂几何形状工件的加工提供了新的可能性。多个进给轴的“芭蕾舞剧”对机床的控制器提出了更高的要求。海德汉的 iTNC 530 控制器将高性能、高适应性和简便的操作完美结合在一起。

五轴联动铣削技术可以用于高表面光洁度的复杂自由曲面的加工。采用这项技术可以减少工件装夹的次数和所需刀具的数量。用于高质量工件加工的五轴联动机床对控制器有很高的要求。

随着同时工作进给轴数量的增加，可能的干扰因素之和也在增加。控制器必须将对轮廓精度和表面质量的要求转化为五个进给轴的运动轨迹，而且还要同时将所需的加工时间缩减到最短。

易于掌握的工艺

对机床操作人员而言，五轴加工工艺必须仍然是易于掌握的。五轴机床控制器必须要能够为NC程序的编辑和检查提供支持功能、对机床运动中可能的碰撞进行监控。

五轴加工对运动控制提出了特别的要求。在依据NC数控程序数据段生成进给轴理论位置值时需要特别注意床身的震动特性。为了可以在最佳表面质量和最短加工时间之间按需分级调整机床的加工策略，海德汉的iTNC530控制器提供多种针对各种级别铣削类机床特性的过滤器类型。

HSC(High Speed Cutting)-过滤器是专门为高效率进给开发的。除此之外，iTNC530还提供通过采用32号NC循环进一步提高粗加工效率的可能性。

通过采用光栅尺可以优化工件的质量和生产率。优秀的系统精度、热稳定性、高进给速度、高抗污染能力和与控制器匹配的灵活性使得海德汉光栅尺可以适用于所有的应用。

高适应性

五轴加工运动轨迹复杂程度的增加对机床操作人员也提出了更高的要求。高效完成加工任务的前提是编程的高灵活性。复杂工件的腔、孔类几何特徵通常是后加入数控程序的。为实现机床旁的直接编程，必须有面向车间的加工循环。这些加工循环适用于加工典型的几何特徵，而且支持倾斜加工面编程。控制器内置的有图形支持的对话式编程语言简化了加工循环的参数设定。

除了扩展的辅助编程功能外，操作人员还需要能够通过图形显示对编程结果进行校验。为了减轻校验工作的负担，海德汉 iTNC530 控制器采用基于数控程序段数据的轨迹图像来再现加工工件的表面。为了能够区分单独的程序段，轨迹图像可以按程序段分段显示。

采用五轴运动来进行铣削加工时，机床部件间发生碰撞的几率也增加了。为了将碰撞的风险降到最低，并同时保证最大限度地有效利用加工空间，控制器应当能够动态地、实时地识别并避免碰撞。iTNC 530控制器的动态碰撞监控(DCM，Dynamic Collision Monitoring)能够实时地检查机床部件和正在使用的刀具间可能发生的碰撞。这样可以保证程序或刀具变更时的灵活性。

附加的安全系数

尤其对加工时间较长的大型工件而言，机床设备运转的非计划中断会造成极大的损失。例如，由于停电或急停事件而引起的主轴、伺服电机停转会造成工件和机床设备的损坏。

作为保护工件和机床设备的附加安全措施，海德汉提供“安全脱离功能”(Lift-Off)：当供电电源突然中断时，“安全脱离功能”可以控制进给轴移动一定的路径，使刀具安全地脱离工件表面。脱离工件的距离可以通过参数设定。移动所需的能量取自于控制器内部环路的残余能量和主轴电机的惯性旋转。

趋势：微米级精度复杂的任务

采用五轴机床用尽可能短的时间加工出高质量的工件对控制器提出了特别高的要求。海德汉iTNC530控制器在计算运动路径和控制进给轴运动时都采用了与机床机械和电气性能相适应的方法。随着五轴加工复杂程度的上升，对机床操作人员的要求也越来越高。iTNC530控制器有多种多样的功能支持程序的生成和检查。

动态碰撞监控的一个附加功能是可以随时改变机床部件的尺寸、位置和指向。这样，碰撞监控在托盘系统和换刀机构的状态发生变化时也可作相应调整，以达到持续最大限度利用机床工作区的目的。

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粉末冶金高速钢刀具展现其强大竞争力www.tool-tool.com

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自20世纪70年代以来，高速钢刀具的市场份额逐渐被硬质合金刀具所蚕食。但近年来，随着粉末冶金高速钢(P/M HSS)刀具切削性能的提高，高速钢刀具的市场占有率又有所回升。与普通高速钢刀具相比，粉末冶金高速钢刀具硬度更高、韧性更好、更耐磨损，因此在某些应用领域(如高冲击性、大切除量的加工场合)，粉末冶金高速钢刀具有逐渐取代脆性较大、在切削冲击下易发生碎裂的整体硬质合金刀具的趋势。

粉末冶金高速钢制造工艺于20世纪60年代后期在瑞典开发成功，并于70年代初期进入市场。该工艺可在高速钢中加入较多合金元素而不会损害材料的强韧性或易磨性，从而可制成具有高硬度、高耐磨性、可吸收切削冲击、适合高切除率加工和断续切削加工的刀具。

高速钢刀具材料主要由两种基本成分构成：一种是金属碳化物(碳化钨、碳化钼或碳化钒)，它赋予刀具较好的耐磨性；二是分布在周围的钢基体，它使刀具具有较好的韧性和吸收冲击、防止碎裂的能力。制备普通高速钢时，是将熔化的钢水从钢水包中注入铸模，使其缓慢冷却凝固。此时，金属碳化物从溶液中析出，并形成较大的团块。高速钢中添加的合金含量越多，碳化物团块就越大。达到某一临界点时，可形成尺寸极大的碳化物团块(直径可达40µm)。出现大的碳化物团块的临界点根据钢锭的尺寸以及其它因素而略有不同，但一般是在碳化钒含量达到约4%时发生。通过对钢锭进行锻造、轧制等后续加工，可以粉碎其中一部分碳化物团块，但不可能将其完全消除。虽然增加钢材中金属碳化物颗粒的数量可以改善材料的耐磨性，但随着合金含量的增加，碳化物的尺寸及团块数量也会随之增加，这对于钢材的韧性会产生极其不利的影响，因为大的碳化物团快可能成为产生裂纹的起始点。

粉末冶金高速钢的制备工艺与普通高速钢的制备工艺不同，熔化的钢水不是直接注入铸模，而是通过一个小喷嘴将其吹入氮气流中进行雾化，喷出的雾状钢水迅速冷却为细小的钢粒(直径小于1µm)。由于钢水溶液中的碳化物在快速冷却过程中来不及沉淀和形成团快，因此获得的钢粒中碳化物颗粒细小且分布均匀。将这些钢粉过筛后置入一个钢桶中，并将钢粉中间的空气抽净形成真空状态，然后在高温、高压下将钢桶中的钢粉压制成型，即可得到致密度为100%的粉末冶金高速钢毛坯。这一制备工艺被称为热等静压 (hotisostaticpressing,HIPing)成型。然后可对毛坯进行锻造、轧制等后续加工。

利用热等静压成型工艺制备的粉末冶金高速钢中的碳化物颗粒非常细小，而且不管其合金含量为多少，这些碳化物颗粒都可均匀分布于整个高速钢基体中。

虽然不同的生产商制备粉末冶金高速钢的工艺细节可能略有不同，但其基本工艺原理(氮气雾化制粒和热等静压成型)都是相同的。十分重要的一点是不能将这种制备工艺与热压烧结工艺(用加热到熔点温度的钢粉压制和烧结工件)相互混淆，虽然这两种工艺在名称上有一些相似，但其工艺原理却完全不同。典型的热压烧结工艺是在模具中逐个压制出工件，且通常在原材料粉末中加入了粘结剂，因此烧结后的材料中会形成微孔结构。

采用粉末冶金高速钢制备工艺，钢材生产商可以充分增加钢中的金属碳化物含量，而不会对材料的韧性或易磨性造成有害影响。虽然一些偏爱粉末冶金高速钢的人喜欢将其誉为高速钢与整体硬质合金的“混血儿”，但实际上它只是一种具有尺寸微小的碳化物颗粒和细化的钢基体粒子结构的高速钢。不过，它确实将高速钢良好的韧性与硬质合金的高耐磨性很好地结合于一身。

由于粉末冶金高速钢中碳化物颗粒细小且分布均匀，因此与碳化物含量相同的普通高速钢相比，其强韧性大大提高。凭借这一优势，粉末冶金高速钢刀具非常适合用于切削冲击大和金属切除率高的加工场合(如挠曲切削、断续切削等)。此外，由于粉末冶金高速钢的强韧性不会因金属碳化物含量的增加而削弱，因此钢材生产商可以在钢中添加大量合金元素，以提高刀具材料的性能。以丝锥为例，由于攻丝加工中丝锥切削刃不断与工件接触和分离，切削冲击较大，因此需要用高强韧牌号的耐碎钢制造丝锥，同时，为了提高丝锥的耐磨损性能，要求刀具材料中的碳化物含量较高。原来常用的丝锥材料为普通高速钢牌号M2，现在则可用粉末冶金高速钢牌号M4替代。这两种牌号中的中硬碳化物含量大致相同(M4为8%，M2为7%)，但粉末冶金高速钢牌号中的高硬碳化物含量却远远高于普通高速钢(M4为6%，M2仅为2%)，因此M4丝锥的耐磨性得到显著增强，加工效率和刀具寿命提高，同时M4丝锥的强韧性也大大优于M2丝锥，在攻丝加工中不易碎裂。

粉末冶金高速钢的缺点是价格较贵，约为普通高速钢的2～5倍(不同牌号有所差异)。因此，刀具制造商必须在刀具性能的提高与额外增加的刀具制造成本之间进行权衡。对于小型复杂刀具而言，由于材料费用只占刀具总成本的一小部分，因此采用粉末冶金高速钢十分划算。而对于大尺寸的简单刀具而言，是否选用粉末冶金高速钢则需要仔细斟酌。不过，粉末冶金高速钢易磨性的显著改善通常可使增加的材料费用得到部分 (或全部)补偿。

影响钢材易磨性的主要因素是钢中碳化钒的含量水平，由于碳化钒的硬度要高于磨轮中氧化铝磨粒的硬度，因此在磨削钒含量较高的普通高速钢时，磨粒容易钝化，产生磨削热较多，磨轮磨损较快，所需磨削工时也较长。而粉末冶金高速钢中碳化物细小且分布均匀，与普通高速钢相比，对磨轮的损耗较小，可大大缩短磨削工时，节省磨削加工费用。小型复杂刀具通常需要进行大量精密磨削加工，即其磨削/材料成本比率(grinding- to-material-costratio)较高，因此增加的材料费用支出很容易在磨削加工环节全部收回(甚至可有盈余)。而大规格刀具所需磨削加工较少，磨削/材料成本比率较低，因此材料易磨性的改善通常只能部分补偿材料成本的提高。虽然采用粉末冶金高速钢的经济性因不同刀具制造商的生产工艺而异，但一般而言，刀具材料易磨性的改善可使磨削工时缩短约30%。

如今，粉末冶金高速钢刀具已成为整体硬质合金刀具的有力竞争者。虽然整体硬质合金刀具硬度很高，但脆性也很大，因此多用于车削加工，而不太适合切削冲击较大的加工和粗加工。由于粉末冶金高速钢中含有大量硬质碳化物，因此其耐磨性可达到与整体硬质合金相当的水平，而其韧性则优于整体硬质合金，更能胜任要求刀具兼具耐磨性和强韧性的切削加工(如攻丝、立铣加工等)。

粉末冶金高速钢制备技术的最新进展进一步提高了其竞争力。电渣加热(electro-slagheating,ESH)精炼工艺的应用对于粉末冶金高速钢具有里程碑式的重大意义。该工艺可以去除钢中几乎所有杂质，进一步提高材料的韧性，显著改善刀具的抗崩刃能力。此外，由于钢中杂质减少，生产商可以进一步增加钢中的合金含量，例如，某种粉末冶金高速钢牌号的碳化钒含量可达到14%，而普通高速钢牌号碳化钒的最大含量仅为约4%。虽然钢中添加了大量合金，但并不会影响其韧性和易磨性。

需要注意的是，有许多粉末冶金高速钢生产商为了降低成本，没有采取提高材料纯度的工艺措施，他们生产的钢材中可能含有许多会引起刀具微崩刃的杂质。但是，仅仅根据生产商提供的产品资料是很难辩别其质量优劣的，用户必须要求生产商说明采取了何种去除杂质的工艺措施，或进一步要求其提供有关钢中杂质大小的详细技术数据。

粉末冶金工艺改变了传统高速钢的材料特性，尤其是采用新开发的提纯技术，使粉末冶金高速钢可以达到极高的合金含量而又能保持其韧性。因此，粉末冶金高速钢刀具的切削性能在几乎所有切削加工领域全面超越了传统高速钢刀具，并在高切除率、高冲击性切削加工中优于整体硬质合金刀具。虽然其价格高于普通高速钢，但可以通过刀具性能的提高、寿命的延长、易磨性的改善而获得补偿。

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金属陶瓷刀具切削难加工材料时的磨损性能研究www.tool-tool.com

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1 引言

随着机械工业的发展，许多难加工材料(如冷硬铸铁、淬硬钢、不锈钢、钛合金等)的应用日趋广泛。1Cr18Ni9Ti 不锈钢属于奥氏体不锈钢，导热性差、韧性好，难于加工。该不锈钢中Cr和Ni含量较高，Cr虽能提高不锈钢的强度和韧性，但增加了不锈钢与刀具的粘结倾向；Ni可起到稳定奥氏体组织的作用，但奥氏体组织塑性大，容易引起加工硬化。在实际生产中一般采用钨钴类(YG8等)硬质合金刀具进行加工，但加工效果并不十分理想。冷硬铸铁中的C主要以Fe₃C等碳化物的形式存在，且相当一部分以硬质点的形态分布于钢基体中，因此冷硬铸铁硬度高、耐磨性好，难于切削加工。切削时，硬质点的脱落会造成切削力波动，影响切削平稳性，使刀具较易崩刃而降低使用寿命。因此，迄今国内尚无切削加工冷硬铸铁的理想方法。

Ti (C，N)基金属陶瓷因具有硬度高、耐磨性好、导热性好等优良的综合性能而被广泛用作工具材料。本文通过切削试验，研究了经纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具加工冷硬铸铁和不锈钢两种难加工材料时的切削性能，并与YG8硬质合金刀具进行了对比，为拓宽金属陶瓷刀具的应用范围，将其用于难加工材料切削加工提供了试验依据。

2 试验方法

金属陶瓷刀片(型号为SNUN150406)的材料成分为54TiC-10TiN (纳米粉)-15Mo-20Ni-1C。TiN 纳米粉由中国科学院成都有机化学研究所生产，粒度为30～50nm。制备时，先用ZB220-T超声波仪对TiN纳米粉进行分散，混料后加入适量无水乙醇并球磨24小时；待混合料干燥后，加入PVA进行造粒，然后在170MPa压力下模压成型；最后在1400℃温度下真空烧结1小时。

切削试验在6140机床上进行。被加工工件分别为Ø183mm冷硬铸铁轧辊(硬度>50HRC)和Ø80mm奥氏体不锈钢钢棒(1Cr18Ni9Ti)。刀具安装角度为a₀=9°、g₀=-8°、k_r=90°、k_r'=30°。YG8硬质合金刀片(株洲硬质合金厂生产)的型号及切削参数(切削速度v_c、进刀量f及切深a_p)与金属陶瓷刀片相同。进行切削后，在40倍工具显微镜下测量刀具后刀面磨损量VB并观察其磨损形态，用HITACHIX-650扫描电镜和H-800透射电镜观察金属陶瓷刀具的显微组织。

(a)SEM形貌(×3000)	(b)TEM形貌(×20000)
图1 金属陶瓷刀具的显微组织
(f=0.08mm/r，a_p=2mm，v_c=7.5m/min) 图2 金属陶瓷刀具和YG8刀具切削冷硬铸铁时的磨损曲线
(f=0.1mm/r，a_p=0.4mm，v_c=60m/min) 图3 金属陶瓷刀具和YG8刀具切削不锈钢时的磨损曲线

3 试验结果与分析

金属陶瓷刀具的显微组织
金属陶瓷刀具的显微组织如图1所示。由图可见，金属陶瓷组织由陶瓷相和金属相组成(图1a)；较粗大的陶瓷相呈芯/壳结构(图1b)，芯部成分为Ti(C， N)固溶体，壳部成分主要为(Ti，Mo，W)(C，N)固溶体。与传统的Ti(C，N)基金属陶瓷显微组织对比可知，向TiC基金属陶瓷中添加纳米 TiN与添加微米TiN相比，对基体TiC的细化效果更为显著。
金属陶瓷刀具与YG8刀具切削性能对比
1. 切削冷硬铸铁
  用金属陶瓷刀具和YG8硬质合金刀具切削冷硬铸铁时的刀具磨损曲线对比如图2所示。由图可见，金属陶瓷刀具的切削性能与YG8硬质合金刀具差别较大，金属陶瓷刀具初期磨损非常快，在不到三分钟时间内磨损量VB即达到0.4mm，之后磨损速度虽有所下降，但仍然较快，且几乎不存在稳定磨损期，最后刀具崩刃失效。
  在其它切削用量条件下进行切削试验，发现金属陶瓷刀具的切削寿命(t)均较低(最多几分钟)，失效形式一般为崩刃或微崩。由此可见，金属陶瓷刀具不适合切削冷硬铸铁，这主要因为金属陶瓷的抗弯强度和抗疲劳强度较低，切削冷硬铸铁时切削力和切削力波动均较大，因此金属陶瓷刀具极易崩刃失效。而YG8硬质合金刀具强度高、韧性好，抗机械疲劳性能较好，切削冷硬铸铁时刀具寿命较长。此外，切削冷硬铸铁时，刀具几何角度也是影响刀具寿命的一个重要因素。为减小切屑变形和切削力，一般需采用较小的前角和后角，为了不降低刀刃强度，还需对刀刃进行倒圆或磨出负倒棱以及通过研磨消除刀刃缺陷。
2. 切削不锈钢
  用金属陶瓷刀具和YG8硬质合金刀具切削1Cr18Ni9Ti不锈钢时的磨损曲线对比如图3所示。由图可见，金属陶瓷刀具的切削性能优于YG8硬质合金刀具，其寿命是YG8刀具的三倍以上，这主要得益于金属陶瓷材料优良的综合力学性能和导热性好、抗粘结性能好等优良的物理性能［6］。采用金属陶瓷刀具加工的工件表面质量也优于YG8刀具。因此可见，金属陶瓷刀具较适合不锈钢的半精加工和精加工。
  加工不锈钢材料时，为保证切削加工顺利进行并获得较高的刀具寿命和工件表面质量，应注意以下几点：①应选用较大前角和较小主偏角，以减小切削力，使切削更轻快；②应仔细研磨刀具的前面和后面，以获得较高的表面光洁度，以避免切削时与工件发生粘结；③选用较高的切削速度或极低的切削速度；④不锈钢切屑的韧性较强，故应采取相应的有效措施进行断屑、卷屑及排屑；⑤不锈钢材料导热性差、线膨胀系数较大，在切削区域局部高温作用下极易产生热变形，精加工时容易影响尺寸精度，因此应选用导热性较好的刀具；⑥ 应尽量提高机床—刀具工艺系统的刚度。