切削技術與刀具工業的新時代
1 引言
在信息技術等高新技術的帶動下，機械加工技術進入了“高速、高效、智能、復合、環?！钡陌l展新階段，出現了高速(效)切削、近凈成形、柔性化加工、五軸加工、復合加工機床、網絡制造、綠色制造等新的制造技術及裝備，為制造業開發新產品、提高加工效率和加工質量、降低制造成本、縮短交貨周期、保護生態環境、降低能源和資源消耗發揮了重要的作用。在上述新加工工藝及裝備中，切削加工的新技術及刀具以其重要的基礎地位以及應用面廣、實用化程度高、見效快、成效顯著等特點，其進展尤為突出，成為當今先進制造技術中的亮點，對制造業的發展和制造技術的進步起到了十分重要的作用。
在高新技術的帶動和制造業發展的影響下，當代切削技術的進步和刀具工業的變化顯現出質的飛躍。例如，作為現代切削技術顯著特征的高速切削，它的問世及實用化是制造技術在信息技術等高新技術的帶動下和數控加工技術全面進步的基礎上所達到的切削新水平，切削速度5～10倍的提高，以至于在用硬質合金刀具加工某些材料時，可達到的切削速度已超過了切削機理變化的臨界點，切削溫度隨切削速度的提高而降低。因此，代表著一種新的切削工藝的誕生，標志著切削加工進入了一個新的階段。
在切削技術取得階段性發展的同時，也帶動著刀具工業的快速發展。為適應現代制造業發展的需要，刀具工業的內涵、作用、地位也發生了重大的變化。從單純的刀具產品生產、供應，擴大至新切削工藝的開發，及相應的配套技術和產品的開發，并從單純刀具供應商的地位上升至成為用戶企業提高生產效率和產品質量、降低制造成本的重要合作伙伴，顯示出一個新型刀具工業的雛形。
從時代變遷的高度來了解和認識切削技術、刀具乃至刀具工業的發展和變化，對于正在建設制造強國的我國工業界具有重要的現實意義，將加強我們對發展我國切削技術的緊迫感和責任感。應當說，加快我國切削技術的發展和刀具工業的變革，還具有相當的緊迫性。
2 切削刀具實現了向高科技產品的飛躍
在傳統的機械加工企業里，刀具曾長期被列入低值易耗品的管理范圍。這一方面反映出對刀具重要性的忽視，另一方面也是對當時刀具產品技術含量低下的客觀反映。從上世紀70年代以來，隨著數控機床發展而發展起來的所謂“數控刀具”，引領著切削刀具朝著三高一專(高效率、高精度、高可靠性和專用化)方向不斷發展，把傳統的刀具產品發展成為高附加值、高科技含量的產品。目前，在刀具材料、涂層技術、刀具結構等方面所取得的進展均屬于當代材料、信息學科、計算機、微電子應用技術的最新成果。
首先，是在刀具材料和涂層技術方面。刀具材料的現狀是：各種刀具材料的性能都有顯著提高，形成了每種刀具材料既有獨特的優勢和使用范圍又相互取代補充的格局，使切削加工的各領域、各工序的效率和總體水平有顯著的提高。硬質合金成為刀具的主要材料，出現了適用于做涂層基體的傾斜機能材料；適合做量大面廣的鉆頭、立銑刀、絲錐等通用刀具和IT產業微型刀具的細顆粒、超細顆粒硬質合金材料；這類硬質合金的強度超過3000N/mm2，甚至達到4000N/mm2以上，為普通硬質合金材料的1倍，從而擴大了硬質合金刀具的應用范圍。近年來，涂層技術取得了重大的進展，能針對刀具不同的加工對象及使用要求開發多種牌號，或復合多層、梯度結構、納米結構的涂層。最新的AlCrN涂層和TiN-Si3N4納米結構涂層， 其涂層的硬度分別達到HV3200和HV4000，耐氧化溫度達到1100℃，顯著地提高了刀具的切削性能，是材料科技領域里的最新研究成果。又如已實用化的金剛石涂層和正在開發的CBN涂層都屬于高新技術的范疇。刀具材料和涂層技術的進步，不僅提高了標準通用刀具的性能，而且也提高了齒輪滾刀、剃齒刀等精密復雜刀具的性能，為切削刀具性能的升級換代奠定了基礎。
其次，以可轉位刀具為代表的通用的車、銑和孔加工刀具及專用的、復合的、智能的刀具，其創新的結構、優良的性能、復合的功能、高的加工效率和精度也充分說明了刀具是現代科技的結晶。應用在大批量流水生產線上的專用刀具其功能已遠遠超出普通刀具的概念， 它不僅能把多道工步組合在一道工序里，提高加工效率和精度，而且能和專用機床一起共同開發新的加工方法，還起到節省投資的效果。隨著復合加工數控機床的興起，出現了一刀多用的復合刀具或多功能刀具，減少換刀的次數，為發揮復合加工機床的優勢起到了重要的作用。帶有光電傳感、測量和伺服補償機構的智能刀具，可根據測量的結果自動調節刀具的尺寸，分辨率達到0.002mm；一種在刀具里集成著3個加速度傳感器的銑刀，可實時采集切削過程的信息，經數控系統處理后，使機床始終保持在最佳狀態。
此外，眾所周知的HSK工具柄———機床與工具接口，是一項重大的技術創新。與傳統的7:24刀柄比較，不僅提高了刀具與機床連接的精度和剛性，而且作為一項錐柄裝夾定位的共性技術，其原理已被應用到砂輪法蘭與主軸的連接及工具系統的連接中，對制造技術產生廣泛的影響。
如果把“數控刀具” 的概念理解為高科技含量、高性能刀具的話，那么，可以說，切削刀具已全面進入了“數控刀具”的時代，使切削加工總體效率成倍提高。