一、先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展階段與思考
　　
　　1、當(dāng)我們進(jìn)入21世紀(jì)的時(shí)候，從世界范圍觀察，我們正處在先進(jìn)制造技術(shù)空前快速發(fā)展的時(shí)期。由于數(shù)控機(jī)床（NC）的問世，發(fā)展一系列數(shù)控加工技術(shù)，如加工中心（MC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、甚至出現(xiàn)了與傳統(tǒng)機(jī)床完全不同的虛擬軸機(jī)床（又稱六條腿機(jī)床），和與機(jī)床同時(shí)相輔相成發(fā)展起來的高速加工新技術(shù)、新刀具、新工藝的緊密結(jié)合，使機(jī)械加工中的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，輔助時(shí)間大大縮短，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率大大提高，成為制造業(yè)乃至全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。以美國(guó)為例，制造業(yè)在美國(guó)被譽(yù)為產(chǎn)出最多的經(jīng)濟(jì)部門，在90年代為美國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)達(dá)到29%。
　　
　　2、今天，大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)及裝備，已成為世界各國(guó)政府的戰(zhàn)略決策，用數(shù)控裝備武裝現(xiàn)代工業(yè)和改造傳統(tǒng)工業(yè)也成為世界各國(guó)制造業(yè)發(fā)展方向。在90年代后期如德、日、美、意四國(guó)的機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率已達(dá)到51.75%以上。數(shù)控機(jī)床已成為當(dāng)今制造技術(shù)的主要裝備，數(shù)控加工技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)的主流，開創(chuàng)著整個(gè)現(xiàn)代制造業(yè)的新時(shí)代。黨的十六大明確指出：“大力振興裝備制造業(yè)”。新中國(guó)的裝備制造業(yè)經(jīng)過幾代人的前仆后繼，尤其是20多年的改革開放和現(xiàn)代化建設(shè)，已經(jīng)建立起比較完整、獨(dú)立的工業(yè)體系，具有了一定的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，總體生產(chǎn)規(guī)模已居世界第四位。許多經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)測(cè)，中國(guó)將成為繼英國(guó)、美國(guó)、日本后的又一個(gè)“世界工廠”和“制造大國(guó)”。
　　
　　3．應(yīng)當(dāng)清醒地看到，我們雖然有了舉世公認(rèn)的飛速發(fā)展，但與日新月異的世界制造業(yè)發(fā)展相比，無論在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品水平和發(fā)展后勁上仍存在較大差距。僅就我國(guó)目前切削加工整體水平與先進(jìn)工業(yè)國(guó)家相比相差20年，相當(dāng)一部分生產(chǎn)企業(yè)還較普遍采用焊接式刀具，或幾十年一貫制的老工藝方法，這些都需要我們急待解決。為了促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，我們只有抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，更新觀念，引進(jìn)創(chuàng)新，大力推廣和采用新技術(shù)、新工藝、新材料，才能與時(shí)俱進(jìn)改變我們的落后面貌。
　　
　　二、高速加工（高速切削）發(fā)展的必然趨勢(shì)
　　
　　1、首先回顧百年來切削發(fā)展史：1900年當(dāng)時(shí)的刀具材料為碳素工具鋼，如果加工一根直徑φ100mm，長(zhǎng)500mm的碳鋼軸件，需要100分鐘才能完成，而在2000年的今天，刀具材料為硬質(zhì)合金涂層刀具和立方氮化硼刀具，加工上述同樣一根軸，僅需要一分鐘完成，切削效率提高100倍。充分說明機(jī)床和刀具技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的階段。切削加工（含磨削）不僅現(xiàn)在而在整個(gè)21世紀(jì)仍是機(jī)械制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，絕大部分機(jī)械零件需機(jī)械加工完成。目前切削加工約占整個(gè)機(jī)械加工工作量的95％，據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，21世紀(jì)的切削加工仍將占機(jī)械加工的90％以上，因此提高切削加工水平仍然是一個(gè)重要的研究課題。
　　
　　2、提高切削效率首先要求機(jī)床不斷更新?lián)Q代，高速主軸采用陶瓷軸承，液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承、磁浮軸承后，其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000－50000轉(zhuǎn)／分；小型機(jī)床可達(dá)100000轉(zhuǎn)／分。進(jìn)給速度：滾珠絲杠可達(dá)40－60米／分，直線電機(jī)可達(dá)90－120米／分。可以看出輔助運(yùn)動(dòng)已達(dá)到了主運(yùn)動(dòng)的水平，為高速加工創(chuàng)造了最重要的保證條件。再加上刀具新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)的不斷研究創(chuàng)新，從而使切削加工進(jìn)入了高速加工，即新一輪的高速與超高速切削發(fā)展新階段，與50年前的高速切削水平有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。
　　
　　3、目前國(guó)際上對(duì)高速加工尚無統(tǒng)一定義。有兩種提法：一種是以切削速度在1000米/分以上稱為高速加工。另一種從被加工材料和刀具材料兩個(gè)方面考慮，即切削速度與進(jìn)給速度高于常規(guī)值的5――10倍的加工方法稱為高速加工。舉例如下：
　　
　　銑削：CBN銑削鑄鐵、切削速度可達(dá)1000－2000米／分。
　　
　　PCD銑削鋁合金、切削速度可達(dá)4000－7000米／分。
　　
　　車削：氮化硅陶瓷車削灰鑄鐵、切削速度可達(dá)500－700米／分。
　　
　　CBN車削淬火鋼（HRC60），切削速度可達(dá)100－200米／分。
　　
　　CBN車削鑄鐵剎車盤，切削速度可達(dá)700－1000米／分。
　　
　　鉆削：整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆灰鑄鐵，切削速度可達(dá)100米／分。
　　
　　攻螺紋：鈷高速鋼絲錐（M14×1.5）加工可鍛鑄鐵，切削速度可達(dá)61米／分。
　　
　　滾齒：硬質(zhì)合金滾刀加工16MnCr5，切削速度可達(dá)350米／分。
　　
　　金屬陶瓷滾刀加工16MnCr5，切削速度可達(dá)600米／分。
　　
　　4、高速加工的機(jī)理：早期有薩洛蒙“采用較高的切削速度”理論，在1931年曾獲德國(guó)專利，文中指出：“在一定的切削速度（比常規(guī)加工高5-10倍）下，在切削刃處的切屑去除溫度將會(huì)開始降低……”“這種高速加工將……提高生產(chǎn)率。”對(duì)于鋼鐵這種溫度降低程度較小，對(duì)于鋁和其它非金屬材料這種溫度降低程度較高。實(shí)踐證明：高速加工與常規(guī)加工相比，有許多突出的優(yōu)點(diǎn)：①單位時(shí)間的材料切除率可增加3－6倍；②切削力可降低30％以上，尤其是徑向切削力的大幅度減少，特別有利于薄壁細(xì)筋件（如航空、航天）的高速精密加工；③95－98％的切削熱被切屑帶走，工件可基本保持冷態(tài)；④高速加工時(shí)機(jī)床的激振頻率特別高，遠(yuǎn)離“機(jī)床－刀具－夾具－工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率，切削平穩(wěn)振動(dòng)小，能加工出非常光潔、精密的零件，例如高速銑削高速車削常可達(dá)到磨削水平；⑤由于切屑是在瞬間被切離工件，工件表面的殘余應(yīng)力非常小，這對(duì)航空航天工業(yè)產(chǎn)品有特殊重要的意義。
　　
　　5、高速加工是一個(gè)系統(tǒng)工程，不是一種簡(jiǎn)單的高切削速度加工。高速加工新工藝，包括：軟切削、硬切削、干切削、大走刀切削等。其中硬切削（切淬硬鋼件），干切削（無冷卻液）為代表，國(guó)際上提出了綠色機(jī)械加工的新概念。傳統(tǒng)機(jī)械加工主要有三個(gè)缺陷：①資源利用率不高；②對(duì)環(huán)境污染大；③損害人體健康。70年代以來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地球環(huán)境日趨惡化、據(jù)統(tǒng)計(jì)造成環(huán)境污染物有70％以上來自制造業(yè)，由于人們對(duì)環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)、對(duì)清潔生產(chǎn)和綠色制造提出了新的要求。目前德國(guó)有8％的企業(yè)采用干切削，預(yù)計(jì)今后5年內(nèi)將有20％的企業(yè)采用干切削。美國(guó)和歐洲一些公司加工閘輪和印刷機(jī)零件，采用干切削加工鑄件鋼件都非常成功。總的發(fā)展趨勢(shì)很快，但孔加工的干切削還是個(gè)瓶頸，不少專家學(xué)者花力氣研究，采用空氣射流冷卻、液氮射流冷卻、噴霧冷卻等方法，初步取得了成效。
　　
　　6、20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)相繼從德、美、法、日等國(guó)引進(jìn)多條較先進(jìn)的轎車數(shù)控生產(chǎn)自動(dòng)線，使我國(guó)的轎車工業(yè)得到空前發(fā)展。較典型的是來自德國(guó)的一汽――大眾捷達(dá)轎車和上海大眾桑塔納轎車自動(dòng)生產(chǎn)線，處于國(guó)際20世紀(jì)90年代中期水平。其中應(yīng)用了較實(shí)用的高速加工技術(shù)，其刀具材料的選用以超硬材料為主的高性能刀具材料，使銑削速度達(dá)2200米/分，鉆與鉸削速度達(dá)80-240米/分，車削速度達(dá)200米/分以上，拉削速度達(dá)10-25米/分，剃齒速度達(dá)170米/分。孔加工采用多刃復(fù)合刀具，并以鉸擠削替代磨削和精密鏜削，在一次往復(fù)走刀中完成外元、端面、內(nèi)孔的精加工，刀具轉(zhuǎn)速達(dá)3000轉(zhuǎn)/分，走刀速度達(dá)1.5-3米/分，精度可達(dá)5-7級(jí)，表面粗糙度值達(dá)Ra 0.7μm。從中可部分了解到世界高速加工技術(shù)的概貌和發(fā)展趨勢(shì)。
　　
　　三、充分認(rèn)識(shí)刀具在切削加工中的重要性
　　
　　1、在機(jī)械加工中，金屬切削機(jī)床和刀具作為切削加工的基礎(chǔ)工藝裝備，刀具被稱為機(jī)床的“牙齒”和“孿生兄弟”，無論是什么樣的金屬切削機(jī)床，都必須依靠這個(gè)“牙齒”才能發(fā)揮作用，離開這個(gè)“孿生兄弟”則一事無成。刀具性能和質(zhì)量直接影響到數(shù)百萬臺(tái)機(jī)床生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞，直接影響到整個(gè)機(jī)械制造工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。所以說：“企業(yè)的紅利在刀刃上”，這是國(guó)外企業(yè)家的切身體會(huì)。古人云：“工欲善其事，必先利其器”，現(xiàn)代人說：“磨刀不誤砍柴功”，“把勁使在刀刃上”，這些都是我國(guó)勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
　　
　　2、現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)說明“刀具雖小、潛力無窮”。如粗加工一根20萬千瓦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，凈重30噸，鍛件毛坯60－70噸，廢切屑占了毛重50％以上，如果沒有一把高效刀具是不行的。又如精加工一個(gè)重型精密大齒輪，沒有一把80萬元的高性能高精度的滾刀也是不行的。國(guó)際上一位切削與機(jī)床方面的權(quán)威他對(duì)切削刀具的作用作了如下論說：“改進(jìn)刀具對(duì)降低切削成本比其它任何單一過程的改變更具有潛力。合理地選擇和應(yīng)用現(xiàn)代切削刀具是降低生產(chǎn)成本，獲得主要經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。”又一位美國(guó)專家N.茲拉丁說：“一臺(tái)價(jià)值25萬元美元的NC機(jī)床，其效率的發(fā)揮在很大程度上取決于一把價(jià)值30美元立銑刀的性能”。所以常聽西方企業(yè)家說：“刀刃下生利”。
　　
　　3、現(xiàn)代科技水平的提高，設(shè)備更新?lián)Q代速度越來越加快，10至15年換一代，在這樣短期內(nèi)賺回設(shè)備投資并創(chuàng)造出利潤(rùn)，就要投資研究改進(jìn)依靠刀具挖潛。據(jù)有關(guān)資料表明：刀具費(fèi)用占制造成本2.4－4％，但它卻直接影響占制造成本里邊20％的機(jī)床費(fèi)用和38％的人工費(fèi)用。還有一種算法：機(jī)床與刀具投入比為9∶1到7∶3。只要刀具投資到位，切削速度和進(jìn)給速度每提高15-20%可降低制造成本10-15%。所以買機(jī)床的同時(shí)，一定考慮配置好的刀具，才能高效運(yùn)轉(zhuǎn)。還有，要做到三個(gè)耐用度（即最大生產(chǎn)率，最低成本和最大利潤(rùn)率）要知道會(huì)把握，真正把錢花在刀刃上，生產(chǎn)上才能解渴。問題是人們的觀念跟不上，認(rèn)為機(jī)床是固定資產(chǎn)、刀具是消耗品。造成“驢不死，不下磨”，“舍得花錢買先進(jìn)設(shè)備低效率運(yùn)轉(zhuǎn)，舍不得花錢買先進(jìn)刀具高效挖潛”的怪現(xiàn)象。這是阻礙生產(chǎn)力發(fā)展的“絆腳石”和“攔路虎”。
　　
　　4、我國(guó)數(shù)控機(jī)床使用率低的原因：國(guó)外數(shù)控機(jī)床在兩班制工作下開動(dòng)率達(dá)到60－70％，但國(guó)內(nèi)許多用戶往往只能達(dá)到20－30％，其原因：①用戶盲目選購(gòu)數(shù)控機(jī)床，致使“貨不對(duì)路”；②數(shù)控機(jī)床有關(guān)技術(shù)人員綜合素質(zhì)低；③編程效率低；④維修時(shí)間長(zhǎng)、維修工作跟不上；⑤數(shù)控機(jī)床的工作環(huán)境差距（電壓波動(dòng)大、環(huán)境溫度、濕度變化及強(qiáng)電磁干擾等）；⑥數(shù)控機(jī)床管理水平低，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作滯后；⑦特別強(qiáng)調(diào)指出的是機(jī)床與刀具技術(shù)含量不匹配，“先進(jìn)的機(jī)床、落后的刀具”，不懂得“門當(dāng)戶對(duì)”，“好馬配好鞍”，“大材小用”使用不合理，設(shè)備潛力沒有充分發(fā)揮出來，也是造成巨大浪費(fèi)的重要原因。
　　
　　四、刀具新材料的應(yīng)用
　　
　　1、目前各類切削刀具材料應(yīng)用的構(gòu)成比，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，今天大部分切屑是用涂層或末涂層硬質(zhì)合金刀具切除的；即高速鋼刀具大約占全部刀具費(fèi)用的65％，所切除的切屑僅占總切屑量的28％。而涂層或末涂層硬質(zhì)合金刀具大約占全部刀具費(fèi)用的33％，所切除的切屑卻占總切屑量的68％。而超硬刀具（立方氮化硼、金剛石）所占全部刀具使用面比例則很少，僅占1－3％，今后隨著高速加工的發(fā)展趨勢(shì)，硬切削、干切削的增加，這個(gè)比例將會(huì)大幅度提高。下面重點(diǎn)介紹的適用于高速切削的刀具材料主要有涂層刀具、金屬陶瓷（TiCN基硬質(zhì)合金）刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）和聚晶金剛石（PCD）超硬刀具等。
　　
　　2、涂層刀具材料：有物理涂層（PVD）和化學(xué)涂層（CVD）兩種，就是在刀具基體上涂覆金屬化合物薄膜，以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能。可在高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、金剛石等材料上單涂層或多涂層，也可以由幾種材料復(fù)合涂層。涂層厚度為7-10μm，一般1-3層，德國(guó)瓦特公司涂200層。涂層材料主要有氮化鈦（TiN）、碳氮化鈦（TiCN）氮化鋁鈦（TiAIN），碳氮化鋁鈦（TiAICN）等，其中TiAIN在高速切削中性能優(yōu)異，其最高工作溫度可達(dá)800OC。近年來相繼開發(fā)的一些新型PVD硬涂層材料，如CBN、氮化碳（CNx）、Al2 O 3氮化物（TiN/NbN、TiN／VN）等，在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性，十分適合于高速切削。金剛石涂層刀具主要適用于加工有色金屬。此外，最新開發(fā)的納米涂層刀具材料，在高速切削中也具有廣闊的應(yīng)用前景，如日本住友公司已開發(fā)出納米TiN/AIN復(fù)合涂層銑刀片，涂層共達(dá)2000層，每層涂層厚度為2.5μm。通常涂層刀具的壽命可比未涂層刀具提高2-5倍。
　　
　　3、金屬陶瓷刀具材料；金屬陶瓷具有較高的室溫硬度，高溫硬度及良好的耐磨性。金屬陶瓷材料主要包括高耐磨性TiC基硬質(zhì)合金（TiC+Ni或Mo），高韌性TiC基硬質(zhì)合金(Tic+TaC+WC),強(qiáng)韌TiN基硬質(zhì)合金（TiCN+NbC）等。金屬陶瓷刀具可在300－500米／分的切削速度范圍內(nèi)高速精車鋼和鑄鐵。其加工表面粗糙度低切削效率和刀具耐用度高。有資料表明；金屬陶瓷刀具可以刃磨出大前角（γ0=20°-25°）的銀白屑車刀銑刀，說明它的韌性和強(qiáng)度比陶瓷材料有很大的提高。
　　
　　4、陶瓷刀具材料：具有更高的硬度，紅硬性和耐磨性，其缺點(diǎn)是脆性大，受沖擊載荷能力差，這也是幾十年來人們不斷對(duì)其改進(jìn)的重點(diǎn)。陶瓷刀具材料主要有氧化鋁基和氮化硅基兩大類，是通過在氧化鋁和氮化硅基中分別加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等得到的，此外還有多相陶瓷材料。目前國(guó)外開發(fā)的氧化鋁基陶瓷刀具約有20余個(gè)品種，約占陶瓷刀具總量2／3；氮化硅基陶瓷刀具約有10余個(gè)品種，約占陶瓷刀具總量的1／3。陶瓷刀具可在200－1000米／分的切削速度范圍內(nèi)高速切削軟鋼材（如A3鋼）、淬火鋼、鑄鐵及其合金鋼等，其刀具耐用度為硬質(zhì)合金刀具的10倍以上。
　　
　　5、立方氮化硼（CBN）刀具材料：CBN刀具具有極高的硬度及紅硬性，是高速精加工或半精加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等的理想刀具材料。由于CBN刀具加工高硬度零件時(shí)可獲得良好的加工表面粗糙度，因此采用CBN刀具切削淬火鋼可實(shí)現(xiàn)“以切代磨”。由于CBN刀坯價(jià)格較高又考慮重磨等因素，一般是在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的一個(gè)角上鑲焊上一塊CBN刀坯，刃磨出一個(gè)刀尖。研究證明，采用純CBN材料制成的刀具在許多情況下并不能獲得最佳加工效果，為此，國(guó)外已開發(fā)出各種成分配比的CBN刀片及CBN＋金屬陶瓷復(fù)合刀片，根據(jù)不同的加工用途，刀片中的CBN含量也相應(yīng)變化。如：50％CBN含量的刀片，適于加工連續(xù)切削淬硬鋼（45－65HRC），80－90％CBN含量的刀片，適于高速切削鑄鐵（V＝500－1000米／分）或連續(xù)重載切削淬火鋼（45－65HRC）。用聚晶方法得到的聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片的硬度高達(dá)3500-4500HV，可耐1300-1500℃高溫，已成為高速切削淬硬鋼的首選刀具。
　　
　　6、聚晶金剛石（PCD）刀具材料；PCD材料具有高硬度、高耐磨性、高導(dǎo)熱性及低磨擦系數(shù)等特點(diǎn)，PCD刀具可實(shí)現(xiàn)有色金屬及耐磨非金屬材料的高速、高精度、高穩(wěn)定性加工。如采用鋁基體刀盤φ100、六齒高速銑刀的最高切削速度可達(dá)7000米／分。PCD顆粒的大小對(duì)刀具影響較大，如：PCD粒徑為10－25μm的PCD刀具適于切削加工Si含量≥12％的鋁合金（切削速度V＝300－1500米／分）及硬質(zhì)合金；PCD粒徑為8－9μm的PCD刀具適于切削加工Si含量≤12％的鋁合金（切削速度V＝500－3500米／分）及通用非金屬材料；PCD顆粒徑為4－5μm的PCD刀具適于切削加工FRP、木材或純鋁等材料。
　　
　　此外，高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼、整體硬質(zhì)合金等已成為制造滾刀、剃齒刀、插齒刀等齒輪刀具的主流刀具材料、可用于齒輪的高速切削，其切削速度可達(dá)150－180米／分，如再對(duì)其進(jìn)行TiAIN涂層處理，則可應(yīng)用于高速切削。
　　
　　五、刀具新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
　　
　　1、可轉(zhuǎn)位刀具技術(shù)是刀具發(fā)展史上的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新，它具有不經(jīng)焊接，無裂紋等缺陷，充分發(fā)揮原有刀片的切削性能，并減少機(jī)床停機(jī)磨刀、裝卸刀具的輔助時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外分析資料表明；使用可轉(zhuǎn)位刀具比焊接刀具提高切削效率37.5%，并可降低單件生產(chǎn)成本30－49％。他們的結(jié)論是：應(yīng)用可轉(zhuǎn)位刀具是生產(chǎn)發(fā)展的必由之路。因此西方工業(yè)化國(guó)家用了5－10年就全面普及應(yīng)用，又用了10年使可轉(zhuǎn)位刀具進(jìn)入成熟期，其品種不斷增加，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，幾何參數(shù)更趨合理，不僅在車削、銑削、鉆削有新的突破，而且擴(kuò)大到拉削、齒輪加工等涉及高速鋼刀具領(lǐng)域的加工，目前美國(guó)、德國(guó)、日本可轉(zhuǎn)位刀具使用面達(dá)到90％左右，使可轉(zhuǎn)位刀具這顆機(jī)床的“牙齒”更加鋒利和堅(jiān)硬，真正成為現(xiàn)代切削加工這個(gè)舞臺(tái)上的主角。
　　
　　2、高速加工要求現(xiàn)代刀具具有高效率、高精度、高可靠性和專業(yè)化的所謂“三高一專”特點(diǎn)。特別是對(duì)其安全性的要求，切削對(duì)刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求，近年來，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在制定和提出標(biāo)準(zhǔn)草案作為ISO的建議，征求各成員國(guó)意見。例如：高速旋轉(zhuǎn)銑刀、鏜刀的安全性、動(dòng)平衡和刀具的裝夾都要有可靠的安全措施。刀具在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)受到離心力的作用，其大小可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過切削力，甚至導(dǎo)致刀體的破碎，造成重大事故。試驗(yàn)顯示：一把直徑80mm的機(jī)夾面銑刀在37600轉(zhuǎn)／分時(shí)破碎，一把直徑12mm的機(jī)夾立銑刀在轉(zhuǎn)速達(dá)到36000轉(zhuǎn)／分時(shí)彎曲、斷裂，刀片的夾緊螺釘斷裂并造成刀片及其夾緊零件甩飛。因此 用于高速切削的旋轉(zhuǎn)類刀具的結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過科學(xué)的強(qiáng)度計(jì)算和試驗(yàn)，改進(jìn)現(xiàn)有刀片的夾緊方法，有的廠家在刀片底面與刀體形成園鍵連接設(shè)計(jì)，減少螺釘?shù)氖芰Α⒎乐沟镀乃︼w，其結(jié)構(gòu)要求對(duì)稱，并留有可作動(dòng)平衡的位置和裝置。又如：日本大昭和公司的高速鏜刀就是帶有配重塊通過小齒輪齒條自動(dòng)補(bǔ)償?shù)钠胶庋b置、解決了10000轉(zhuǎn)／分以上高速鏜高精度孔的問題。
　　
　　3、刀具技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)趨勢(shì)是開發(fā)多功能刀具和高效專用刀具，如以色列依斯卡公司的“霸王刀”，在一個(gè)刀頭的幾個(gè)方向上都有切削刃，可在一次裝卡工序中完成左右車外園、車端面、切溝槽、倒角、仿形等多道工序，節(jié)省刀具數(shù)量、減少換刀時(shí)間，提高工效1－3倍。一種多功能銑刀，利用數(shù)控機(jī)床的編程功能，完成幾種不同工序的加工，對(duì)于復(fù)雜形狀模具（腔）的加工可實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)刀。另一種孔加工專用刀具，可以在一次走刀中完成鉆孔、倒內(nèi)外角，車端面工序。這些多功能刀具或?qū)Ｓ玫毒撸浞煮w現(xiàn)了刀具在提高加工效率、降低制造成本、節(jié)約投資中的重要作用，因而越來越受到刀具制造商和用戶的重視，也代表了刀具結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個(gè)方向。
　　
　　4、孔加工刀具――鉆、擴(kuò)、鏜、鉸、滾（擠）壓等工藝，品種繁多豐富多彩，僅舉鉆、鉸兩類刀具。一般孔采用可轉(zhuǎn)位淺孔鉆居多，深孔采用噴吸鉆效率高，而精密孔加工則采用德國(guó)瑪帕公司的單刃鉸刀和最新開發(fā)的可轉(zhuǎn)位雙刃鉸刀具有優(yōu)勢(shì)。單刃鉸刀主要特點(diǎn)：①切削刃與支撐塊組成“前切后擠”原理，使孔的不圓度達(dá)1-3μm，孔的精度達(dá)H6級(jí)。②刀片采用上壓和微調(diào)式結(jié)構(gòu)，夾緊可靠，尺寸精度調(diào)整精確。③內(nèi)冷卻排屑流暢、刀具壽命高。德國(guó)瓦爾特公司孔加工鉸刀在選用刀片材料與所用加工時(shí)間的切削效率做了對(duì)比；如加工灰鑄鐵，孔徑30mm，孔長(zhǎng)50mm；高速鋼118秒，硬質(zhì)合金40分，涂層金屬陶瓷（單刃）9秒（多刃）1.5秒，而采用立方氮化硼僅0.3秒，說明材料的改變其切削效率成倍增長(zhǎng)。
　　
　　5、近幾年可轉(zhuǎn)位銑刀結(jié)構(gòu)最突出的進(jìn)展是帶前角、螺旋形刀刃及分屑槽刀片的開發(fā)，甚至加工鑄鐵的面銑刀其刀片也是帶前角的曲線刀刃，不再是千篇一律的平前傾面，而有了更合理的幾何參數(shù)、徑向前角或軸向前角由負(fù)變正、由小變大，因此切削非常輕快平穩(wěn)（降低切削力30％）。近年來國(guó)外幾個(gè)廠家同時(shí)推出一種正八方帶前角的刀片、這種正八方的刀片兩面用，變成了16個(gè)切削刃，大大提高了刀片材料利用率，同時(shí)也大大降低了刀片費(fèi)用。銑刀結(jié)構(gòu)發(fā)展另一個(gè)方向就是密齒及特密齒，尤其是雙負(fù)角的陶瓷銑刀，為了增加齒含量，使切削加工更趨于平穩(wěn)，加快走刀量提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量，是一個(gè)值得重視的發(fā)展趨勢(shì)。
　　
　　6、重型刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為新穎，如德國(guó)瓦德利希科堡（英格索爾公司），生產(chǎn)世界上最大曲軸銑機(jī)床和配套銑刀的廠家。可加工大型船用柴油機(jī)曲軸，曲軸的一個(gè)拐25噸重。銑刀直徑為5.5米，厚140mm，刀齒的粗齒44×5＝220齒、精齒4個(gè)共224齒。刀盤重30噸，機(jī)床功率200千瓦，每小時(shí)切屑重5.7噸。加工工藝：銑曲軸兩側(cè)面及軸頸，然后在刀盤上換裝一個(gè)數(shù)控車削裝置，車削曲軸軸頸和兩園根。該銑刀一個(gè)非常重要的關(guān)鍵技術(shù)：刀盤上均布有8個(gè)大孔，孔內(nèi)安裝了減振裝置（專利），解決銑削過程切削振動(dòng)的問題。刀具結(jié)構(gòu)新穎、奇特、技術(shù)含量很高。
　　
　　六、與刀具相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用
　　
　　1、高速切削時(shí)旋轉(zhuǎn)刀具的刀柄系統(tǒng)：加工中心等NC機(jī)床多年來一直采用7：24實(shí)心錐柄工具系統(tǒng)，這種實(shí)心錐柄 具有以下缺點(diǎn)：（1）由于只靠錐面結(jié)合刀柄與主軸的聯(lián)接剛性較低，主軸轉(zhuǎn)速超過10000轉(zhuǎn)/分時(shí)，聯(lián)接剛性的不足更為明顯；（2）當(dāng)采用ATC方式安裝刀具時(shí)，重復(fù)定位精度較低，難以實(shí)現(xiàn)高精密加工；（3）當(dāng)主軸高速回轉(zhuǎn)時(shí)，主軸前端在離心力作用下會(huì)發(fā)生膨脹，易導(dǎo)致主軸與刀柄錐面脫離，使徑向跳動(dòng)急劇增大（可達(dá)15μm），易發(fā)生安全事故。為解決這一問題，開發(fā)了采用錐部和主軸端面同時(shí)定位的雙定位式刀柄如、德國(guó)的HSK空心刀柄錐部定位，并使機(jī)床主軸端面貼緊，其重復(fù)定位精度較高，軸向可達(dá)0.001mm，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心作用時(shí)刀柄會(huì)牢固鎖緊，其徑向跳動(dòng)不超過5μm，可保持較高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛性。HSK結(jié)構(gòu)已列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，被不少國(guó)家應(yīng)用到工具系統(tǒng)之間的連接上。
　　
　　2、模塊或工具系統(tǒng)是數(shù)控刀具連接結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過不同模塊的組合，用盡可能少的模塊組成一個(gè)功能全、柔性好的工具系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度、高剛性并能快換的連接結(jié)構(gòu)，可以顯著提高機(jī)床的利用率，使機(jī)床的機(jī)動(dòng)時(shí)間在生產(chǎn)節(jié)拍中的比例提高10-30%。目前，世界各國(guó)大工具廠家開發(fā)了許多工具系統(tǒng)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)有選擇的應(yīng)用。
　　
　　3、刀具監(jiān)控系統(tǒng)：刀具的監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于高速切削加工的安全性十分重要。刀具監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括通過監(jiān)測(cè)切削力以控制刀具磨損；通過監(jiān)測(cè)機(jī)床功率以間接獲得刀具磨損信息；監(jiān)測(cè)刀具斷裂（破損）等。對(duì)于切削過程進(jìn)行監(jiān)控是先進(jìn)制造技術(shù)走向更高程度的自動(dòng)化甚至無人化，提高數(shù)控機(jī)床利用率，保證加工質(zhì)量，防止意外事故的重要手段。引入現(xiàn)代的微電子傳感器、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)對(duì)切削過程進(jìn)行可靠的監(jiān)控是現(xiàn)代金屬切削技術(shù)發(fā)展的又一特征。
　　
　　4、刀具管理系統(tǒng)：刀具的管理系統(tǒng)是柔性制造系統(tǒng)（FMS）中必不可少的重要組成部分，已在各國(guó)特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中得到了廣泛的應(yīng)用。刀具管理處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過程，其主要包括以下幾方面的內(nèi)容：（1）刀具的貯存，運(yùn)輸和交換；（2）刀具的分配與調(diào)度；（3）刀具的監(jiān)控；（4）刀具的信息管理。刀具是加工中心進(jìn)行金屬切削的主要工具，它的使用是否最佳，調(diào)度是否合理，管理是否完善，控制是否有效，對(duì)整個(gè)柔性制造系統(tǒng)（FMS）的利用率，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量都將產(chǎn)生很大影響。
　　
　　5、刀具刃口鈍化問題應(yīng)引起重視：目前我國(guó)絕大部分可轉(zhuǎn)位刀片刃口未經(jīng)鈍化處理，刀具耐用度低，刀具消耗費(fèi)用大。而從國(guó)外引進(jìn)的刀片生產(chǎn)線都帶有刀片刃口鈍化機(jī)，經(jīng)鈍化后的刀片刃口微觀缺口徹底消除，有效的增加了刃口強(qiáng)度，其刀具耐用度一般提高20%以上至1倍。目前已研制成功一種能普及應(yīng)用的小型可轉(zhuǎn)位刀片刃口鈍化機(jī)，機(jī)型輪廓尺寸：400×400×600（毫米），其特點(diǎn)是：采用齒輪減速電子調(diào)速電機(jī)傳動(dòng)的行星機(jī)構(gòu)，使刀片自轉(zhuǎn)并公轉(zhuǎn)，由高速旋轉(zhuǎn)的含磨料尼龍盤刷鈍化刀片刃口，采用時(shí)間繼電器控制鈍化時(shí)間和袖珍顯微鏡檢測(cè)刀片刃口鈍化參數(shù)，該小型可轉(zhuǎn)位刀片刃口純化機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊合理、靈巧可靠、操作方便，適于刀片制造部門和機(jī)械加工車間應(yīng)用推廣。
　　
　　七、幾點(diǎn)啟示和建議
　　
　　我國(guó)正處于制造技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期，數(shù)控機(jī)床的普及、先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展、制造業(yè)現(xiàn)代化步伐的加快對(duì)刀具行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。面對(duì)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和結(jié)構(gòu)的重大調(diào)整，對(duì)工具市場(chǎng)的需求迅速增長(zhǎng)，對(duì)刀具行業(yè)提供了巨大的機(jī)遇和發(fā)展空間。
　　
　　建國(guó)以來，刀具行業(yè)為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展做了大量工作，取得了很大成績(jī)，但隨著切削加工速度的提高，難切削加工材料的大量使用，數(shù)控設(shè)備的普及，對(duì)切削加工刀具的要求越來越高，國(guó)內(nèi)的刀具已經(jīng)滿足不了制造業(yè)發(fā)展的需求。改革開放，加入WTO，國(guó)外刀具企業(yè)大量涌入，刀具市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。面對(duì)越來越嚴(yán)峻的市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)刀具企業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，提高市場(chǎng)意識(shí)、品牌意識(shí)，抓住機(jī)遇，加快自身的技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改造力度，加大研發(fā)力度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、優(yōu)良的服務(wù)贏得客戶的信任。只有這樣，國(guó)內(nèi)刀具廠商才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中確定自己的優(yōu)勢(shì)，贏得更多的市場(chǎng)份額。
　　
　　國(guó)外刀具企業(yè)進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，帶來了先進(jìn)刀具和經(jīng)營(yíng)理念，促進(jìn)了刀具技術(shù)的發(fā)展，提高了機(jī)械制造業(yè)的切削加工水平，得到了廣大客戶的認(rèn)可。特別是在國(guó)內(nèi)設(shè)廠的外國(guó)刀具企業(yè)，如山特維克可樂滿、肯納飛碩、瓦爾特、鈷領(lǐng)都取得了很好的業(yè)績(jī)，從這次調(diào)查的數(shù)據(jù)中可以看出，這些企業(yè)都有突出的表現(xiàn)。
　　
　　刀具技術(shù)發(fā)展很快，先進(jìn)的切削刀具、新型的切削刀具材料、涂層技術(shù)不斷涌現(xiàn)，滿足了機(jī)械制造業(yè)的需求。先進(jìn)的刀具如何被客戶所接受，有一個(gè)推廣和培訓(xùn)的問題，調(diào)查中用戶對(duì)刀具的培訓(xùn)有強(qiáng)烈的要求。服務(wù)已成為產(chǎn)品的一部分，刀具企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)服務(wù)意識(shí)，深入用戶，了解用戶的生產(chǎn)和工藝，為用戶推薦、選用刀具，幫助用戶培訓(xùn)、用好刀具。這樣一定會(huì)收到雙贏的效果。
　　
　　采用先進(jìn)刀具，適當(dāng)?shù)脑黾拥毒哔M(fèi)用的投入，是制造業(yè)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段，這已逐漸成為業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求制造業(yè)不斷提高質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。制造業(yè)企業(yè)只有轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，正確理解成本降低的概念，克服片面控制工具費(fèi)用消耗的做法。應(yīng)該看到，合理的刀具投入，可以成倍地提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，不僅增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，而且促進(jìn)刀具行業(yè)的發(fā)展。
　　
　　為了使我國(guó)切削技術(shù)盡快趕上世界先進(jìn)水平，2003年9月在南京舉行的中國(guó)刀協(xié)二次會(huì)員代表大會(huì)暨第一屆先進(jìn)切削技術(shù)高層論壇上確立了“發(fā)展切削技術(shù)、建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)”的宏偉目標(biāo)。2004年9月于太原舉行的中國(guó)刀協(xié)二屆二次理事擴(kuò)大會(huì)議從目前國(guó)內(nèi)機(jī)械制造企業(yè)的實(shí)際出發(fā)，決定從2005年起在團(tuán)體會(huì)員單位開展“中國(guó)刀協(xié)會(huì)20工程”活動(dòng)。要求各企事業(yè)團(tuán)體會(huì)員單位通過切削應(yīng)用技術(shù)的培訓(xùn)和先進(jìn)刀具的推廣，用2年左右的時(shí)間率先實(shí)現(xiàn)提高切削效率20%的目標(biāo)，已得到廣大會(huì)員單位和職工的積極響應(yīng)，并取得了豐碩成果。
　　
　　展望未來，在以胡錦濤同志為首的黨中央領(lǐng)導(dǎo)下，以科學(xué)發(fā)展觀和全面建設(shè)小康社會(huì)精神鼓舞下，我們的祖國(guó)更加繁榮富強(qiáng)，我們的制造業(yè)與時(shí)俱進(jìn)開拓創(chuàng)新、徹底甩掉“切削水平落后”的帽子，將成為現(xiàn)代制造業(yè)強(qiáng)國(guó)而奮斗。