刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素。对于加工质量、加工效率、加工成本以及刀具耐用度都有着重大的影响。要实现高效合理的切削，必须有与之相适应的刀具材料。数控刀具材料是较活跃的材料科技领域。近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速、超高速、硬质（含耐热、难加工）、干式、精细、超精细数控加工领域。刀具材料新产品的研发在超硬材料（如金刚石、Al2O3、Si3N4、基类陶瓷、TiC基类金属陶瓷、立方氮化硼、表面涂层材料），W、Co类涂层和细晶粒（超细晶粒）硬质合金体及含Co类粉末冶金高速钢等领域进展速度较快。尤其是超硬刀具材料的应用。导致产生了许多新的切削理念，如高速切削、硬切削、干切削等。
数控刀具的材料主要有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石五类，其性能和应用范围见表2-3，目前数控机床用得最普遍的刀具是硬质合金刀具。
1．高速钢（High Speed Steel， HSS）
高速钢是一种含有较多的W、Cr、V、Mo等合金元素的高合金工具钢，具有良好的综合性能。与普通合金工具钢相比，它能以较高的切削速度加工金属材料，故称高速钢。俗称锋钢或白钢。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂刀具（如麻花钻、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）制造中仍占有主要地位。其加工范围包括有色金属、铸铁、碳素钢和合金钢等。
2．硬质合金（Cemented Carbide）
硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属黏结剂（如Co、Ni、Mo等），经过高压成型，并在1500℃左右的高温下烧结而成。由于金属碳化物硬度很高，因此其热硬性、耐磨性好，但其抗弯强度和韧性较差。硬质合金刀具具有良好的切削性能，与高速钢刀具相比，加工效率很高，而且刀具的寿命可提高几倍到几十倍，被广泛地用来制作可转位刀片，不仅用来加工一般钢、铸铁和有色金属，而且还用来加工淬硬钢及许多高硬度难加工材料。
3．陶瓷刀具
陶瓷刀具材料是一种最有前途的高速切削刀具材料，在生产中有广泛的应用前景。陶瓷刀具具有非常高的耐磨性，它比硬质合金有更好的化学稳定性，可在高速条件下切削加工并持续较长时问，比用硬质合金刀具平均提高效率3～10倍。它实现以车代磨的高效“硬加工技术”及“干切削技术”，提高零件加工表面质量。实现干式切削，对控制环境污染和降低制造成本有广阔的应用前景。
陶瓷是含有金属氧化物或氮化物的无机非金属材料，具有高硬度、高强度、高热硬性、高耐磨性及优良的化学稳定性和低的摩擦系数等特点。陶瓷刀具在切削加工的以下方面，显示出其优越性。
①可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料，例如硬度达65HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁，因而可免除退火加工所消耗的电力；并因此也可提高工件的硬度，延长机器设备的使用寿命。
②不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工。
③刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数，保证被加工工件的小锥度和高精度。
④可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高3～10倍，达到节约工时、电力、机床数30％～70％或更高的效果。
新型陶瓷刀具材料具有其他刀具材料无法比拟的优势，其发展空间非常大。通过对陶瓷刀具材料组分、制备工艺与材料设计的研究，可以在保持高硬度、高耐磨性的基础上，极大地提高刀具材料的韧性和抗冲击性能，制备符合现代切削技术使用要求的适宜材料。可以预料，随着各种新型陶瓷刀具材料的使用，必将促进高效机床及高速切削技术的发展，而高效机床及高速切削技术的推广与应用，又进一步推动新型陶瓷刀具材料的使用。
4．CBN（立方氮化硼）刀具
CBN（立方氮化硼）是利用超高压高温技术获得的又一种无机超硬材料，在制造过程中和硬质合金基体结合而成立方氮化硼复合片。
（1）立方氮化硼作为刀具材料具有以下特点
①硬度和耐磨性很高，其显微硬度为8000～9000HV，已接近金刚石的硬度；
②热稳定性好，其耐热性可达1400～1500℃；
③化学稳定性好，与铁系材料直至1200～1300℃也不易起化学作用；
④具有良好的导热性，其热导率大大高于高速钢及硬质合金；
⑤较低的摩擦系数，与不同材料的摩擦系数约为0．1～0.3，比硬质合金摩擦系数（0.4～0.6）小得多。
（2）立方氮化硼刀具应用范围
①工具钢、模具钢、冷硬铸铁、铸铁、镍基合金、钴基合金；
②淬火钢、高温合金钢、高铬铸铁、热喷焊（涂）材料；
③适合于加工硬度大于45HRC的钢铁类工作，但铸铁类无此限制。
CBN适用于磨削淬火钢和超耐热合金材料。其硬度仅次于金刚石排名第二，是典型的传统磨料的4倍，而耐磨性是典型的传统磨料的2倍。
CBN具有异乎寻常的热传导性，在磨削硬质刀具、压模和合金钢，以及镍和钴基超耐热合金加工后，能优化其表面完整性。经过大量的晶体涂层和表面处理，可以提高晶体刀具把持力和性能特点。这些涂层可以用来提高性能，以及刀具的热传递和润滑质量。
5．PCD（聚晶金刚石）刀具
（1）刀具特点 用PCD刀具加工铝制工件具有刀具寿命长、金属切除率高等优点，其缺点是刀具价格昂贵，加工成本高。这一点在机械制造业已形成共识。但近年来PCD刀具的发展与应用情况已发生了许多变化。如今的铝材料在性能上已今非昔比，在加工各种新开发的铝合金材料（尤其是高硅含量复合材料）时，为了实现生产率及加工质量的最优化，必须认真选择PCD刀具的牌号及几何参数，以适应不同的加工要求。PCD刀具的另一个变化是加工成本不断降低，在市场竞争压力和刀具制造工艺改进的共同作用下，PCD刀具的价格已大幅下降。上述变化趋势导致PCD刀具在铝材料加工中的应用日益增多，而刀具的适用性则受到不同被加工材料的制约。
（2）正确使用 切削加工铝合金材料时，硬质合金刀具的粗加工切削速度约为120m／min，而PCD刀具即使在粗加工高硅铝合金时其切削速度也可达到约360m／min。刀具制造商推荐采用细颗粒（或中等颗粒）PCD牌号加工无硅和低硅铝合金材料。采用粗颗粒PCD牌号加工高硅铝合金材料。如铣削加工的工件表面光洁度达不到要求，可采用晶粒尺寸较小的修光刀片对工件表面进行修光加工，以获得满意的表面光洁度。
PCD刀具的正确应用是获得满意加工效果的前提。虽然刀具失效的具体原因各不相同，但通常是由于使用对象或使用方法不正确所致。用户在订购PCD刀具时，应正确把握刀具的适应范围。例如，用PCD刀具加工黑色金属工件（如不锈钢）时，由于金刚石极易与钢中的碳元素发生化学反应，将导致PCD刀具迅速磨损，因此，加工淬硬钢的正确选择应该是PCBN刀具。
