從20世紀(jì)后期開始，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，制造業(yè)得到了迅速的發(fā)展，并對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的增長起到重要的推動(dòng)作用。制造業(yè)的發(fā)展與制造技術(shù)的進(jìn)步分不開，尤其是與直接關(guān)系到制造業(yè)中重要工業(yè)部門及裝備制造業(yè)發(fā)展的機(jī)械加工技術(shù)的進(jìn)步密不可分。
    在信息技術(shù)等高新技術(shù)的帶動(dòng)下，機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)入了“高速、高效、智能、復(fù)合、環(huán)保”的發(fā)展新階段，出現(xiàn)了高速（效）切削、近凈成形、柔性化加工、五軸加工、復(fù)合加工機(jī)床、e-網(wǎng)絡(luò)制造、綠色制造等新的制造技術(shù)及裝備,為制造業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品、提高加工效率和加工質(zhì)量、降低制造成本、縮短交貨周期、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、降低能源和資源消耗發(fā)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(shù)及刀具因其重要的基礎(chǔ)地位、應(yīng)用面廣、實(shí)用化程度高、見效快、成效顯著等特點(diǎn)，研究進(jìn)展尤為突出，成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)中的亮點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)的發(fā)展和制造技術(shù)的進(jìn)步起到了十分重要的作用。
    在高新技術(shù)的帶動(dòng)和制造業(yè)發(fā)展的影響下，當(dāng)代切削技術(shù)的進(jìn)步和刀具工業(yè)的變化顯現(xiàn)出質(zhì)的飛躍。例如，作為現(xiàn)代切削技術(shù)顯著特征的高速切削，它的問世及實(shí)用化使制造技術(shù)在信息技術(shù)等高新技術(shù)的帶動(dòng)下和數(shù)控加工技術(shù)全面進(jìn)步的基礎(chǔ)上達(dá)到了新的水平，切削速度提高5～10倍，以至于在用硬質(zhì)合金刀具加工某些材料時(shí)，可達(dá)到的切削速度已超過了切削機(jī)理變化的臨界點(diǎn)，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(biāo)志著切削加工進(jìn)入了一個(gè)新的階段。
    在切削技術(shù)取得階段性發(fā)展的同時(shí)，也帶動(dòng)著刀具工業(yè)的快速發(fā)展。為適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的需要，刀具工業(yè)的內(nèi)涵、作用、地位發(fā)生了重大的變化。從單純的刀具產(chǎn)品生產(chǎn)、供應(yīng)，擴(kuò)大至新切削工藝的開發(fā)及相應(yīng)的配套技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)，并從單純刀具供應(yīng)商的地位上升至為用戶企業(yè)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本的重要合作伙伴，顯示出一個(gè)新型刀具工業(yè)的雛形。
    從時(shí)代變遷的高度來了解和認(rèn)識(shí)切削技術(shù)、刀具乃至刀具工業(yè)的發(fā)展和變化，對(duì)于正在建設(shè)制造強(qiáng)國的我國工業(yè)界具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)將加強(qiáng)我們對(duì)發(fā)展我國切削技術(shù)的緊迫感和責(zé)任感。
    1 切削刀具實(shí)現(xiàn)了向高科技產(chǎn)品的飛躍
    在傳統(tǒng)的機(jī)械加工企業(yè)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(duì)刀具重要性的忽視，另一方面也是對(duì)當(dāng)時(shí)刀具產(chǎn)品技術(shù)含量低下的客觀反映。從上世紀(jì)70年代以來，隨著數(shù)控機(jī)床發(fā)展起來的數(shù)控刀具，引領(lǐng)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(fā)展，把傳統(tǒng)的刀具產(chǎn)品發(fā)展成為具有高附加值、高科技含量的產(chǎn)品。目前，在刀具材料、涂層技術(shù)、刀具結(jié)構(gòu)等方面所取得的進(jìn)展均屬于當(dāng)代材料、信息學(xué)科、計(jì)算機(jī)、微電子應(yīng)用技術(shù)的最新成果。
    首先在刀具材料和涂層技術(shù)方面的研究進(jìn)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(dú)特的優(yōu)勢和使用范圍又可相互取代補(bǔ)充的格局，使切削加工的各領(lǐng)域、各工序的效率和總體水平有顯著的提高。硬質(zhì)合金成為刀具的主要材料，出現(xiàn)了適用于做涂層基體的傾斜機(jī)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(chǎn)業(yè)微型刀具的細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料。這類硬質(zhì)合金的強(qiáng)度超過3000N/mm2，甚至達(dá)到4000N/mm2以上，為普通硬質(zhì)合金材料的一倍，從而擴(kuò)大了硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用范圍。
    近年來，涂層技術(shù)取得了重大的進(jìn)展，能針對(duì)刀具不同的加工對(duì)象及使用要求開發(fā)出多種牌號(hào)或復(fù)合多層、梯度結(jié)構(gòu)、納米結(jié)構(gòu)的涂層。最新的AlCrN涂層和TiN-Si3N4納米結(jié)構(gòu)涂層的硬度分別達(dá)到3200HV和4000HV，抗氧化溫度達(dá)到1100℃，顯著地提高了刀具的切削性能，是材料科技領(lǐng)域里的最新研究成果。又如已實(shí)用化的金剛石涂層和正在開發(fā)的CBN涂層都屬于高新技術(shù)的范疇。
    刀具材料和涂層技術(shù)的進(jìn)步，不僅提高了標(biāo)準(zhǔn)通用刀具的性能，也提高了齒輪滾刀、剃齒刀等精密復(fù)雜刀具的性能，為切削刀具性能的升級(jí)換代奠定了基礎(chǔ)。
    其次，以可轉(zhuǎn)位刀具為代表的通用車、銑和孔加工刀具及專用、復(fù)合、智能型刀具，其創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能、復(fù)合的功能、高的加工效率和精度也充分說明了刀具是現(xiàn)代科技的結(jié)晶。
    應(yīng)用在大批量流水生產(chǎn)線上的專用刀具，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jī)床一起共同開發(fā)新的加工方法，達(dá)到節(jié)省投資的目的。隨著復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床的興起，出現(xiàn)了一刀多用的復(fù)合刀具或多功能刀具，可減少換刀的次數(shù)，為發(fā)揮復(fù)合加工機(jī)床的優(yōu)勢起到了重要的作用。帶有光電傳感、測量和伺服補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的智能刀具，可根據(jù)測量的結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)刀具的尺寸，分辨率達(dá)到0.002mm；一種在刀具里集成著三個(gè)加速度傳感器的銑刀，可實(shí)時(shí)采集切削過程的信息，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)處理后，使機(jī)床始終保持在最佳狀態(tài)。
    此外，眾所周知的HSK工具柄——機(jī)床與工具接口，是一項(xiàng)重大的技術(shù)創(chuàng)新。與傳統(tǒng)的7∶24刀柄比較，HSKI刀柄不僅提高了刀具與機(jī)床連接的精度和剛性，而且作為一項(xiàng)錐柄裝夾定位的共性技術(shù)，其原理已被應(yīng)用到砂輪法蘭與主軸的連接及工具系統(tǒng)的連接中，對(duì)制造技術(shù)產(chǎn)生廣泛的影響。
    如果把“數(shù)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(jìn)入了“數(shù)控刀具”的時(shí)代，切削加工的總體效率將出現(xiàn)成倍提高的現(xiàn)象。
    2 切削技術(shù)向創(chuàng)新制造工藝的飛躍
    在制造業(yè)的發(fā)展中除了看到高性能刀具所產(chǎn)生的直接切削效果外，還可看到切削技術(shù)在創(chuàng)新工藝方面所產(chǎn)生的更大效果。近幾年，不斷開發(fā)的新的切削技術(shù)已成為推動(dòng)制造業(yè)中裝備、模具制造業(yè)和汽車、航空航天等產(chǎn)業(yè)部門快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
    在大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)里，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主要零件的生產(chǎn)效率的提高尤為突出，這與汽車工業(yè)大量采用新切削加工方法是分不開的。用整體硬質(zhì)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?yán)に嚭妥兯傧浯阌昌X輪內(nèi)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(zhì)量。表1中的數(shù)字反映了上世紀(jì)七、八十年代至九十年代汽車工業(yè)加工精度提高的水平。
    表1 70～90年代汽車工業(yè)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(jì)70～80年代－IT7～I(xiàn)T8級(jí)－0.015～0.020－0.020～0.030－0.030～0.050－1.6～3.2
    20世紀(jì)90年代－IT5～I(xiàn)T6級(jí)－0.005～0.010－0.015～0.020－0.010～0.015－0.8～1.2
    現(xiàn)代航空工業(yè)中采用整體鋁合金的框架結(jié)構(gòu)作為飛機(jī)的構(gòu)件，加工時(shí)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(dá)4000～7000m/min，進(jìn)給速度60～100m/min，金屬切除率達(dá)6000cm3/min以上，并可加工筋、壁厚度僅為0.05～0.10mm的構(gòu)件。一個(gè)用普通銑床需要8小時(shí)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(yōu)越性。
    模具工業(yè)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(tǒng)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(dá)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(fā)周期。圍繞著模具加工開發(fā)的多功能刀具、模腔粗加工插銑刀具和大進(jìn)給刀具等高效切削刀具及加工工藝，成為當(dāng)前模具工業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
    就在切削技術(shù)與工藝開發(fā)密切結(jié)合的過程中，創(chuàng)新的切削工藝帶動(dòng)著刀具新產(chǎn)品的開發(fā)，創(chuàng)新的刀具又開拓著新的切削工藝，兩者緊密結(jié)合，相互促進(jìn)，把切削工藝帶入了一個(gè)良性發(fā)展的軌道和更高的層次。
    3 刀具工業(yè)經(jīng)營理念的飛躍
    在切削技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)，刀具工業(yè)本身也發(fā)生了重大的變化，整個(gè)行業(yè)的功能不只是簡單地供應(yīng)“三高一專”的刀具產(chǎn)品和技術(shù)，而是作為制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中社會(huì)資源保障的一個(gè)子系統(tǒng)，直接承擔(dān)起推進(jìn)制造業(yè)切削技術(shù)進(jìn)步的重大任務(wù)和專業(yè)職責(zé)，也為切削技術(shù)和刀具的發(fā)展開拓了更加廣闊的空間。
    在傳統(tǒng)的機(jī)械制造企業(yè)里，企業(yè)要投入大量的人力、物力，成立專門的機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)切削加工工藝，照料生產(chǎn)所需的刀具。但隨著制造業(yè)的發(fā)展，針對(duì)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(shù)、涂層的優(yōu)化搭配)和合理切削參數(shù)的工作變得越來越復(fù)雜，是一項(xiàng)十分專業(yè)的工作，僅靠企業(yè)的“自我保障”能力已滿足不了企業(yè)提高切削加工水平的需要。為此，越來越多的企業(yè)開始把提高切削加工工藝、照料生產(chǎn)線上刀具的工作交給專業(yè)的工具制造商來做，通過專業(yè)化的刀具制造商，以面向全球的資源及更高的專業(yè)視野和優(yōu)化的配置，幫助企業(yè)提高切削加工的水平，從而產(chǎn)生更好的效果。
    針對(duì)用戶企業(yè)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(jīng)營理念，把為用戶“提高加工效率、降低制造成本”作為企業(yè)全部活動(dòng)的宗旨，并在提高企業(yè)綜合實(shí)力和提高專業(yè)化程度方面做了大量的工作，使切削技術(shù)和刀具新品的開發(fā)做到既適應(yīng)制造業(yè)主要工業(yè)部門的發(fā)展，又可針對(duì)個(gè)別用戶的需求，緊密地與切削加工的一線實(shí)踐相結(jié)合，使刀具工業(yè)深深地扎根于制造業(yè)的沃土之中，使之成為刀具工業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新切削技術(shù)取之不盡的源泉。在這種背景下，刀具制造商推出新產(chǎn)品和新技術(shù)的速度明顯加快，產(chǎn)品更新或補(bǔ)充的速度每年可達(dá)10%～20%，每推出一種新牌號(hào)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(fā)不到5年的產(chǎn)品，開發(fā)不到3年的產(chǎn)品占35%，說明在實(shí)踐中建立起來的科學(xué)經(jīng)營理念和企業(yè)宗旨，抓住了切削技術(shù)的實(shí)質(zhì)，符合刀具工業(yè)自身發(fā)展的規(guī)律。
    在這個(gè)過程中，刀具工業(yè)完成了對(duì)自身價(jià)值在認(rèn)識(shí)上和實(shí)踐上的飛躍，即刀具制造商不只是刀具實(shí)物的生產(chǎn)者和銷售商；意識(shí)到在新的形勢下，必須自覺成為推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展和制造技術(shù)進(jìn)步的重要的專業(yè)化社會(huì)資源。觀念的變化產(chǎn)生了巨大的物質(zhì)力量，推動(dòng)刀具工業(yè)更快的發(fā)展，塑造出一個(gè)全新的刀具工業(yè)未來。
    今天，從世界范圍看，刀具、切削技術(shù)和刀具工業(yè)都取得了很大的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了各自的飛躍，顯示出傳統(tǒng)的刀具工業(yè)正在消亡，新型的刀具工業(yè)以其強(qiáng)大的生命力已出現(xiàn)在制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，正在推動(dòng)著制造業(yè)中裝備制造、汽車、航空航天、模具等工業(yè)部門的發(fā)展。我國要走完新型工業(yè)化的歷史階段，必須發(fā)展制造業(yè)并優(yōu)先發(fā)展裝備制造業(yè)，必須對(duì)制造技術(shù)中的切削技術(shù)有足夠的重視。一方面，我國的制造業(yè)要充分利用國內(nèi)外切削技術(shù)現(xiàn)有的成果，利用后發(fā)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展；另一方面，國家要大力扶持我國民族刀具工業(yè)的發(fā)展，迅速縮小與工業(yè)發(fā)達(dá)國家刀具工業(yè)的差距，承擔(dān)起建設(shè)制造強(qiáng)國的歷史重任。
    （摘自《工具技術(shù)》作者:成都工具研究所 趙炳楨）