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官方微信摘要 從20世紀后期開始，隨著科學技術的進步，制造業得到了迅速的發展，并對世界經濟的增長起到重要的推動作用。制造業的發展與制造技術的進步分不開，尤其是與直接關系到制造業中重要工業部門及裝...
從20世紀后期開始，隨著科學技術的進步，制造業得到了迅速的發展，并對世界經濟的增長起到重要的推動作用。制造業的發展與制造技術的進步分不開，尤其是與直接關系到制造業中重要工業部門及裝備制造業發展的機械加工技術的進步密不可分。
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、環保”的發展新階段，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、e-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因其重要的基礎地位、應用面廣、實用化程度高、見效快、成效顯著等特點，研究進展尤為突出，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，它的問世及實用化使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達到了新的水平，切削速度提高5～10倍，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，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，同時將加強我們對發展我國切削技術的緊迫感和責任感。
1 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，隨著數控機床發展起來的數控刀具，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具有高附加值、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。
首先在刀具材料和涂層技術方面的研究進展迅速。
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可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和適合做量大面廣的鉆頭、立銑刀、絲錐等通用刀具及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一倍，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出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納米結構涂層的硬度分別達到3200HV和4000HV，抗氧化溫度達到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，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車、銑和孔加工刀具及專用、復合、智能型刀具，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，達到節省投資的目的。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，可減少換刀的次數，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三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，HSKI刀柄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，切削加工的總體效率將出現成倍提高的現象。
2 切削技術向創新制造工藝的飛躍
在制造業的發展中除了看到高性能刀具所產生的直接切削效果外，還可看到切削技術在創新工藝方面所產生的更大效果。近幾年，不斷開發的新的切削技術已成為推動制造業中裝備、模具制造業和汽車、航空航天等產業部門快速發展的關鍵技術。
在大批量生產的汽車工業里，汽車發動機主要零件的生產效率的提高尤為突出，這與汽車工業大量采用新切削加工方法是分不開的。用整體硬質合金鉆頭加工缸體孔系新工藝、用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具精鏜缸孔新工藝、金剛石銑刀高速銑削鋁合金缸蓋新工藝、曲軸的銑削工藝、車—車拉工藝和變速箱淬硬齒輪內孔硬鏜削工藝等新工藝不僅能提高加工效率而且可提高加工質量。表1中的數字反映了上世紀七、八十年代至九十年代汽車工業加工精度提高的水平。
表1 70～90年代汽車工業加工精度
年代－尺寸精度－圓度(mm)－同軸度(mm)－孔距精度(mm)－車銑加工表面粗糙度Ra(μm)
20世紀70～80年代－IT7～IT8級－0.015～0.020－0.020～0.030－0.030～0.050－1.6～3.2
20世紀90年代－IT5～IT6級－0.005～0.010－0.015～0.020－0.010～0.015－0.8～1.2
現代航空工業中采用整體鋁合金的框架結構作為飛機的構件，加工時要從整塊鋁件上切除90%以上的材料。采用高速切削新工藝，切削速度可達4000～7000m/min，進給速度60～100m/min，金屬切除率達6000cm3/min以上，并可加工筋、壁厚度僅為0.05～0.10mm的構件。一個用普通銑床需要8小時加工的薄壁件，用高速切削只需30分鐘，加工成本降低85%，顯示出新工藝的極大優越性。
模具工業中用于加工敞開空間模腔的高效切削成形新工藝及淬硬模具硬切削工藝，已取代了傳統的電火花成形工藝，大大地提高了加工效率，表面粗糙度可低于Ra0.6μm，甚至達到鏡面的效果，大幅度減少了模具拋光的工作量，縮短了模具的開發周期。圍繞著模具加工開發的多功能刀具、模腔粗加工插銑刀具和大進給刀具等高效切削刀具及加工工藝，成為當前模具工業快速發展的關鍵技術。
就在切削技術與工藝開發密切結合的過程中，創新的切削工藝帶動著刀具新產品的開發，創新的刀具又開拓著新的切削工藝，兩者緊密結合，相互促進，把切削工藝帶入了一個良性發展的軌道和更高的層次。
3 刀具工業經營理念的飛躍
在切削技術快速發展的同時，刀具工業本身也發生了重大的變化，整個行業的功能不只是簡單地供應“三高一專”的刀具產品和技術，而是作為制造業產業鏈中社會資源保障的一個子系統，直接承擔起推進制造業切削技術進步的重大任務和專業職責，也為切削技術和刀具的發展開拓了更加廣闊的空間。
在傳統的機械制造企業里，企業要投入大量的人力、物力，成立專門的機構，負責切削加工工藝，照料生產所需的刀具。但隨著制造業的發展，針對具體的工件材料和加工工序，選擇一把適用的刀具(包括刀具材料、幾何參數、涂層的優化搭配)和合理切削參數的工作變得越來越復雜，是一項十分專業的工作，僅靠企業的“自我保障”能力已滿足不了企業提高切削加工水平的需要。為此，越來越多的企業開始把提高切削加工工藝、照料生產線上刀具的工作交給專業的工具制造商來做，通過專業化的刀具制造商，以面向全球的資源及更高的專業視野和優化的配置，幫助企業提高切削加工的水平，從而產生更好的效果。
針對用戶企業的這種需求，刀具制造商紛紛提出了為用戶“提供解決問題方案”的經營理念，把為用戶“提高加工效率、降低制造成本”作為企業全部活動的宗旨，并在提高企業綜合實力和提高專業化程度方面做了大量的工作，使切削技術和刀具新品的開發做到既適應制造業主要工業部門的發展，又可針對個別用戶的需求，緊密地與切削加工的一線實踐相結合，使刀具工業深深地扎根于制造業的沃土之中，使之成為刀具工業發展和創新切削技術取之不盡的源泉。在這種背景下，刀具制造商推出新產品和新技術的速度明顯加快，產品更新或補充的速度每年可達10%～20%，每推出一種新牌號通常可提高切削效率50%。國外某刀具公司稱：在該公司的總銷售額中60%為開發不到5年的產品，開發不到3年的產品占35%，說明在實踐中建立起來的科學經營理念和企業宗旨，抓住了切削技術的實質，符合刀具工業自身發展的規律。
在這個過程中，刀具工業完成了對自身價值在認識上和實踐上的飛躍，即刀具制造商不只是刀具實物的生產者和銷售商；意識到在新的形勢下，必須自覺成為推動制造業發展和制造技術進步的重要的專業化社會資源。觀念的變化產生了巨大的物質力量，推動刀具工業更快的發展，塑造出一個全新的刀具工業未來。
今天，從世界范圍看，刀具、切削技術和刀具工業都取得了很大的進展，實現了各自的飛躍，顯示出傳統的刀具工業正在消亡，新型的刀具工業以其強大的生命力已出現在制造業的各個領域，正在推動著制造業中裝備制造、汽車、航空航天、模具等工業部門的發展。我國要走完新型工業化的歷史階段，必須發展制造業并優先發展裝備制造業，必須對制造技術中的切削技術有足夠的重視。一方面，我國的制造業要充分利用國內外切削技術現有的成果，利用后發優勢，實現跨越式發展；另一方面，國家要大力扶持我國民族刀具工業的發展，迅速縮小與工業發達國家刀具工業的差距，承擔起建設制造強國的歷史重任。
（摘自《工具技術》作者:成都工具研究所 趙炳楨）
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、環保”的發展新階段，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、e-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因其重要的基礎地位、應用面廣、實用化程度高、見效快、成效顯著等特點，研究進展尤為突出，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，它的問世及實用化使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達到了新的水平，切削速度提高5～10倍，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，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，同時將加強我們對發展我國切削技術的緊迫感和責任感。
1 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，隨著數控機床發展起來的數控刀具，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具有高附加值、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。
首先在刀具材料和涂層技術方面的研究進展迅速。
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可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和適合做量大面廣的鉆頭、立銑刀、絲錐等通用刀具及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一倍，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出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納米結構涂層的硬度分別達到3200HV和4000HV，抗氧化溫度達到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，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車、銑和孔加工刀具及專用、復合、智能型刀具，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，達到節省投資的目的。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，可減少換刀的次數，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三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，HSKI刀柄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，切削加工的總體效率將出現成倍提高的現象。
2 切削技術向創新制造工藝的飛躍
在制造業的發展中除了看到高性能刀具所產生的直接切削效果外，還可看到切削技術在創新工藝方面所產生的更大效果。近幾年，不斷開發的新的切削技術已成為推動制造業中裝備、模具制造業和汽車、航空航天等產業部門快速發展的關鍵技術。
在大批量生產的汽車工業里，汽車發動機主要零件的生產效率的提高尤為突出，這與汽車工業大量采用新切削加工方法是分不開的。用整體硬質合金鉆頭加工缸體孔系新工藝、用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具精鏜缸孔新工藝、金剛石銑刀高速銑削鋁合金缸蓋新工藝、曲軸的銑削工藝、車—車拉工藝和變速箱淬硬齒輪內孔硬鏜削工藝等新工藝不僅能提高加工效率而且可提高加工質量。表1中的數字反映了上世紀七、八十年代至九十年代汽車工業加工精度提高的水平。
表1 70～90年代汽車工業加工精度
年代－尺寸精度－圓度(mm)－同軸度(mm)－孔距精度(mm)－車銑加工表面粗糙度Ra(μm)
20世紀70～80年代－IT7～IT8級－0.015～0.020－0.020～0.030－0.030～0.050－1.6～3.2
20世紀90年代－IT5～IT6級－0.005～0.010－0.015～0.020－0.010～0.015－0.8～1.2
現代航空工業中采用整體鋁合金的框架結構作為飛機的構件，加工時要從整塊鋁件上切除90%以上的材料。采用高速切削新工藝，切削速度可達4000～7000m/min，進給速度60～100m/min，金屬切除率達6000cm3/min以上，并可加工筋、壁厚度僅為0.05～0.10mm的構件。一個用普通銑床需要8小時加工的薄壁件，用高速切削只需30分鐘，加工成本降低85%，顯示出新工藝的極大優越性。
模具工業中用于加工敞開空間模腔的高效切削成形新工藝及淬硬模具硬切削工藝，已取代了傳統的電火花成形工藝，大大地提高了加工效率，表面粗糙度可低于Ra0.6μm，甚至達到鏡面的效果，大幅度減少了模具拋光的工作量，縮短了模具的開發周期。圍繞著模具加工開發的多功能刀具、模腔粗加工插銑刀具和大進給刀具等高效切削刀具及加工工藝，成為當前模具工業快速發展的關鍵技術。
就在切削技術與工藝開發密切結合的過程中，創新的切削工藝帶動著刀具新產品的開發，創新的刀具又開拓著新的切削工藝，兩者緊密結合，相互促進，把切削工藝帶入了一個良性發展的軌道和更高的層次。
3 刀具工業經營理念的飛躍
在切削技術快速發展的同時，刀具工業本身也發生了重大的變化，整個行業的功能不只是簡單地供應“三高一專”的刀具產品和技術，而是作為制造業產業鏈中社會資源保障的一個子系統，直接承擔起推進制造業切削技術進步的重大任務和專業職責，也為切削技術和刀具的發展開拓了更加廣闊的空間。
在傳統的機械制造企業里，企業要投入大量的人力、物力，成立專門的機構，負責切削加工工藝，照料生產所需的刀具。但隨著制造業的發展，針對具體的工件材料和加工工序，選擇一把適用的刀具(包括刀具材料、幾何參數、涂層的優化搭配)和合理切削參數的工作變得越來越復雜，是一項十分專業的工作，僅靠企業的“自我保障”能力已滿足不了企業提高切削加工水平的需要。為此，越來越多的企業開始把提高切削加工工藝、照料生產線上刀具的工作交給專業的工具制造商來做，通過專業化的刀具制造商，以面向全球的資源及更高的專業視野和優化的配置，幫助企業提高切削加工的水平，從而產生更好的效果。
針對用戶企業的這種需求，刀具制造商紛紛提出了為用戶“提供解決問題方案”的經營理念，把為用戶“提高加工效率、降低制造成本”作為企業全部活動的宗旨，并在提高企業綜合實力和提高專業化程度方面做了大量的工作，使切削技術和刀具新品的開發做到既適應制造業主要工業部門的發展，又可針對個別用戶的需求，緊密地與切削加工的一線實踐相結合，使刀具工業深深地扎根于制造業的沃土之中，使之成為刀具工業發展和創新切削技術取之不盡的源泉。在這種背景下，刀具制造商推出新產品和新技術的速度明顯加快，產品更新或補充的速度每年可達10%～20%，每推出一種新牌號通常可提高切削效率50%。國外某刀具公司稱：在該公司的總銷售額中60%為開發不到5年的產品，開發不到3年的產品占35%，說明在實踐中建立起來的科學經營理念和企業宗旨，抓住了切削技術的實質，符合刀具工業自身發展的規律。
在這個過程中，刀具工業完成了對自身價值在認識上和實踐上的飛躍，即刀具制造商不只是刀具實物的生產者和銷售商；意識到在新的形勢下，必須自覺成為推動制造業發展和制造技術進步的重要的專業化社會資源。觀念的變化產生了巨大的物質力量，推動刀具工業更快的發展，塑造出一個全新的刀具工業未來。
今天，從世界范圍看，刀具、切削技術和刀具工業都取得了很大的進展，實現了各自的飛躍，顯示出傳統的刀具工業正在消亡，新型的刀具工業以其強大的生命力已出現在制造業的各個領域，正在推動著制造業中裝備制造、汽車、航空航天、模具等工業部門的發展。我國要走完新型工業化的歷史階段，必須發展制造業并優先發展裝備制造業，必須對制造技術中的切削技術有足夠的重視。一方面，我國的制造業要充分利用國內外切削技術現有的成果，利用后發優勢，實現跨越式發展；另一方面，國家要大力扶持我國民族刀具工業的發展，迅速縮小與工業發達國家刀具工業的差距，承擔起建設制造強國的歷史重任。
（摘自《工具技術》作者:成都工具研究所 趙炳楨）
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