近年來，在微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息工程和材料工程等高新技術(shù)的推動下，傳統(tǒng)的制造技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，迅速發(fā)展成為一門新興的制造技術(shù)——數(shù)字化制造技術(shù)。對比傳統(tǒng)制造技術(shù)，其重要的特征就是數(shù)控加工技術(shù)得到了廣泛的應用，這一發(fā)展的原動力來自于制造業(yè)對產(chǎn)品制造效率的強烈追求。在這一背景下，以制造業(yè)為主要服務(wù)對象的刀具制造及應用技術(shù)發(fā)展迅速。大量高速、高效、柔性、復合、環(huán)保的數(shù)控加工刀具及應用新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)發(fā)生了根本的變化。如今，硬切削、干式切削、高速高效加工已成為現(xiàn)代切削技術(shù)的重要標志，并帶動著切削加工技術(shù)水平的全面提高，已成為數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)。刀具產(chǎn)品已發(fā)展成為高附加值、高科技含量的產(chǎn)品，包含著當代材料、信息科學、計算機、微電子應用技術(shù)領(lǐng)域中的最新成果。
　　
　　一、刀具材料的進展
　　
　　當前，刀具材料進展的主要特點是：一方面硬質(zhì)合金取代高速鋼成為主要的刀具材料；另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。
　　
　　硬質(zhì)合金基體方面
　　
　　硬質(zhì)合金新牌號的開發(fā)越來越具有很強的針對性,如美國Kennametal公司僅針對不同被加工材料的車削加工牌號就有：加工鋼材的KC9110、加工不銹鋼的KC9225、加工鑄鐵的KY1310、加工耐熱合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非鐵材料的KY1615，新牌號比原牌號平均可提高切削效率15%～20%。山高公司推出的加工鑄鐵的TK1000、TK2000新牌號，可提高切削速度20%～30%，而該公司為加工鋼件開發(fā)的TP3000在重切削、斷續(xù)切削、大進給的應用中則有很好的可靠性。
　　
　　鑄鐵和不銹鋼是目前兩種應用較多的工件材料，然而兩者的可加工性有很大的差異，很多公司都開發(fā)出了加工這兩種材料的專用牌號。如株洲鉆石切削刀具股份有限公司開發(fā)的黑金剛刀片系列，是專門加工鑄鐵的硬質(zhì)合金刀片，包括可干式高速加工灰鑄鐵的YBD052、可高速加工球墨鑄鐵的YBD102、可用于中高速或銑削的YBD152及適用中低速濕式銑削或斷續(xù)條件下車削的YBD252等牌號。這些新牌號比原有的牌號可提高切削速度30%～40%，使用壽命可提高將近40%～50%。在加工不銹鋼方面，瑞典Sandvik公司車削奧氏體不銹鋼的GC2015是具有梯度區(qū)的抗塑性變形和改進熱硬性的基體，加上專為此牌號而設(shè)計的TiN-TiN/Al2O3(多層)-TiCN涂層，并對涂層表面進行平滑處理，提高了抗磨料磨損、抗剝落、抗積屑瘤的能力。而韓國KORLOY公司的PC9530為銑削不銹鋼的牌號，采用超細顆粒的基體和PVD涂層。
　　
　　在新牌號的開發(fā)中重視基體和涂層的優(yōu)化組合
　　
　　對于適合高速加工的牌號，其基體應有較高抗塑性變形的能力和富鈷的表層及抗月牙磨損的涂層；對于適合斷續(xù)切削的牌號，基體和涂層都要有較好的韌性。Sandvik公司車削鑄鐵的專用牌號GC3205、GC3210、GC3215為CVD涂層硬質(zhì)合金，分別用于灰鑄鐵的高速加工、球墨鑄鐵的高速加工、各種鑄鐵的中低速的斷續(xù)切削加工，這三種牌號分別采用不同的硬質(zhì)合金基體和不同厚度的Al2O3、MT-TiCN涂層。
　　
　　日本三菱綜合材料公司開發(fā)的車削鑄鐵用的UC5105、UC5115硬質(zhì)合金CVD涂層牌號，前者用于灰鑄鐵或球墨鑄鐵的高速連續(xù)切削，采用高硬度的基體，后者用于球墨鑄鐵的不穩(wěn)定條件加工，采用強韌的基體；兩者均涂覆微粒Al2O3和微粒且纖維狀的TiCN厚膜。藍幟集團的BOEHLERIT公司的車削鑄鐵牌號CasttecLC620H采用強韌基體，可用于斷續(xù)切削，而Al2O3的表面涂層可減小月牙洼磨損，下面還有一層互鎖的中間層提高結(jié)合強度，能以400m/min高速加工灰鑄鐵。
　　
　　超硬刀具材料方面
　　
　　隨著干切削、硬切削的發(fā)展，近年來，國外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌號，如Kennametal公司的KY4400陶瓷刀片，是一種適合于硬車削的混合陶瓷材料，在1?m晶粒度的Al2O3基體中加入了TiCN硬材料，以提高刀片的硬度和韌性，適合于精車或半精車硬度達40～67HRC的淬火鋼或鑄鐵。Sandvik公司的CT5005無鎳金屬陶瓷車刀片，是用于超精加工的新牌號，適用于高效干切削或濕切削。Iscar公司推出了兩種超細顆粒硬質(zhì)合金基體加PVDTiAlN涂層的908、907牌號，前者有高的抗塑性變形的能力，適用于鉆孔刀片和車螺紋刀片；后者適用耐熱合金、奧氏體不銹鋼和淬硬鋼的低中速加工。
　　
　　二、刀具涂層技術(shù)取得重大進展
　　
　　先進的涂層設(shè)備為涂層技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了重要條件，尤其是PVD涂層工藝技術(shù)，一方面，在改進控制技術(shù)，提高等離子體密度、提高磁場強度、改進陰極靶的形狀、實現(xiàn)過程的計算機全自動控制等關(guān)鍵技術(shù)上取得了全面的進展，從而使涂層與基體的結(jié)合強度、涂層的性能有顯著的提高。如PLATIT和PVT公司采用的多弧涂層工藝及設(shè)備可對電弧產(chǎn)生的“液滴”進行有效控制，使刀具涂層表面的光潔度得到很大改善。CemeCon公司開發(fā)的CC800/9涂層設(shè)備采用磁控濺射技術(shù)，從根本上避免多弧工藝的“液滴”問題，為解決磁控濺射沉積速率低、結(jié)合力低的缺陷，開發(fā)了HIS(高電離化濺射)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了H.I.P(高電離化脈沖)技術(shù)，推出了能同時具有氧化物涂層的化學穩(wěn)定性及硬質(zhì)涂層的物理特性的Supernitrides系列涂層。另一方面，涂層的品種也從常規(guī)的TiN、TiCN、TiAlN迅速擴展到特殊TiAlN、AlTiN、TiAlCN、CrN、CBC(DLC)等涂層以及各種復合涂層和納米涂層，并能對涂層的組分、百分比、結(jié)構(gòu)在更大范圍內(nèi)加以控制和改變，以適應不同的被加工材料和不同的切削條件，從而顯著地提高了刀具的切削性能。如Balzers的CrAlN涂層，以Cr元素代替Ti元素，具有3200Hv硬度和1100℃的氧化溫度的高性能，與TiAlN相比韌性更好，更適合于斷續(xù)切削如銑削、滾削。日立公司開發(fā)的9種涂層自成體系，除了常規(guī)的TiN、TiCN、TiAlN以外，還開發(fā)了以Si元素代替Al元素的涂層，有適用于硬切削的TiSiN涂層；有潤滑性的CrSiN涂層，在Cr中添加Si使涂層細微化進一步降低摩擦系數(shù)，更適用于鋁、不銹鋼等粘附性強的材料的加工；有超強耐氧化能力的AlCrSiN涂層和在高溫下具有低摩擦系數(shù)的TiBON涂層。Balzers公司開發(fā)的并已被一些刀具制造商應用的FUTUNANANO和FUTUNATOP是兩種TiAlN納米結(jié)構(gòu)涂層，涂層硬度均為3300Hv，開始氧化溫度900℃。納米涂層的開發(fā)和推廣應用，將進一步提高切削加工的效率。
　　
　　與此同時，為了提高加工鋁合金等非鐵金屬和非金屬材料的效率，金剛石涂層得到進一步的應用，產(chǎn)品覆蓋了可轉(zhuǎn)位刀具和整體硬質(zhì)合金刀具。廈門金鷺特種材料有限公司利用引進的Balzers設(shè)備開發(fā)出了金剛石涂層整體硬質(zhì)合金球頭立銑刀。OSG公司開發(fā)出了超微粒結(jié)晶的金剛石涂層銑刀，結(jié)晶粒度為1µm，使刀具的刃口更加鋒利，減少切削中的粘結(jié)，降低了工件表面的粗糙度。
　　
　　此外，提高涂層表面光潔度也是涂層技術(shù)發(fā)展的一個動向，以提高涂層刀具抗摩擦、抗粘結(jié)的能力。在CVD涂層中，通過晶粒細化技術(shù)，使涂層表面光滑，如株洲鉆石公司用于鑄鐵精加工的YBD052黑金剛刀片，表層是細晶的Al2O3，刀片外觀光亮平滑。三菱公司的UE系列加工鋼材的CVD涂層硬質(zhì)合金刀片，采用平滑氧化鋁和平滑涂層技術(shù)，對微粒氧化鋁進行平滑涂層處理，即在上層涂覆特殊鈦化物沉積層，表面組織平滑且化學穩(wěn)定性好，減少了刀具粘結(jié)磨損。日本不二越公司為GS立銑刀開發(fā)的GS涂層，采用平滑化技術(shù)，涂層表面的粗糙度Ra=0.08µm，Rz=1.1µm，顯著改善了涂層表面的特性。
　　
　　三、立銑刀、絲錐、鉆頭等傳統(tǒng)刀具進入高速切削發(fā)展階段
　　
　　長期以來，立銑刀、絲錐和鉆頭屬于量大面廣的通用刀具，主要采用高速鋼制造，切削效率偏低。近年來，由于刀具材料尤其是超細顆粒硬質(zhì)合金材料性能的提高和應用的普及、涂層技術(shù)和刀具數(shù)控磨削技術(shù)的不斷進步，使通用刀具發(fā)生了根本的變化。
　　
　　首先是整體硬質(zhì)合金銑刀的性能成倍提高，切削速度由原來的不到100m/min提高到180m/min以上，特別是在航空工業(yè)鋁合金加工方面，切削速度更是達到了2000～5000m/min，具備了高性能刀具的水平。其次是整體硬質(zhì)合金刀具的品種增加，涵蓋了立銑刀、麻花鉆、絲錐等眾多的品種，應用領(lǐng)域進一步擴大。第三是數(shù)控工具磨床的廣泛應用和普及，使刀具在結(jié)構(gòu)方面產(chǎn)生了巨大變化，理論上講，當前工具制造企業(yè)所使用的五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床可以加工出幾乎任何形狀的刀具來，從而使刀具切削部分的幾何形狀、參數(shù)和刀具的結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)標準刀具千篇一律的舊格局，實現(xiàn)了多樣化的、并充分體現(xiàn)切削過程內(nèi)在規(guī)律的創(chuàng)新設(shè)計，使通用刀具的潛力得到充分的挖掘。通用刀具的這種重大進展，標志著立銑刀、絲錐、鉆頭等傳統(tǒng)通用刀具的發(fā)展已進入了高速切削的新階段。
　　
　　四、可轉(zhuǎn)位刀具的新進展
　　
　　隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)以及模具行業(yè)等重點產(chǎn)業(yè)部門對切削加工不斷提出了更高的要求，CAD/CAM技術(shù)和CNC數(shù)控制造技術(shù)在刀具開發(fā)中的應用以及刀片壓制技術(shù)的進步，推動著可轉(zhuǎn)位刀具持續(xù)的發(fā)展。
　　
　　近年來，可轉(zhuǎn)位刀具在刀桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、切削負荷的合理分布、刀片三維斷屑槽形開發(fā)以及帶前角的螺旋形刀刃銑削刀片的問世和小規(guī)格淺孔鉆的開發(fā)等方面，都取得明顯的成效。其中，可轉(zhuǎn)位立銑刀的進展尤為突出。如：Iscar公司開發(fā)的FEEDMILL立銑刀系列，以新的刀片外形、較小的切削主偏角和新的裝夾結(jié)構(gòu)，使每齒進給量最高可達3.5mm，以小吃深大進給的方式實現(xiàn)很高的金屬切除率，小的主偏角能把高速進給的徑向力轉(zhuǎn)化為軸向力，因此可采用懸伸較長的刀桿對較深的模腔或外輪廓進行高效加工，主副切削刃之間的平緩的過渡刃，既可增加刀尖的強度又能改善加工的表面粗糙度。為了使刀片的裝夾更可靠，以適應大的進給量，在刀片的底面多出一個圓柱形的凸起，在安裝時與刀座的孔相配，可承受大部分切削力，減少中間夾緊螺釘?shù)妮d荷。
　　
　　開發(fā)多功能的復合刀具是當前刀具結(jié)構(gòu)發(fā)展中的另一個趨勢。為了發(fā)揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢，對復雜零件在一次安裝中進行多工序的集中加工，并淡化傳統(tǒng)的車、銑、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限，是當前提高數(shù)控機床效率、加快產(chǎn)品開發(fā)的重要途徑。為此，也對刀具提出了新的要求，除了刀具模塊化以外，還要求一種刀具要盡可能多地完成對零件不同工序的加工。減少換刀次數(shù)，節(jié)約頻繁換刀時間；同時，還可以減少刀具的數(shù)量和庫存量，有利于管理和降低制造成本。Sandvik、Kennametal等公司都開發(fā)出了為加工汽車、航空發(fā)動機零件、飛機構(gòu)件開發(fā)的成套專用復合刀具。隨著這類刀具的品種增加，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，幾何參數(shù)更趨合理，性能得到提高，應用面不斷擴大，它不僅在車削、銑削、鉆削領(lǐng)域的應用有新的突破，而且擴大到拉削和齒輪加工等復雜形面的加工領(lǐng)域。這類專用高效刀具已經(jīng)成為現(xiàn)代自動生產(chǎn)線的特色，對減少投資費用、保證生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮了重要作用，也反映出刀具與工藝在制造技術(shù)中的緊密關(guān)系，甚至是開發(fā)新工藝、設(shè)計新的生產(chǎn)線的前提。
　　
　　五、切削加工新的配套技術(shù)
　　
　　切削加工的配套技術(shù)是現(xiàn)代切削技術(shù)不可缺少的組成部分，對切削技術(shù)的進步起著重要的作用，已成為現(xiàn)代工具產(chǎn)品的一部分，并與切削技術(shù)和刀具保持著快速同步的發(fā)展?，F(xiàn)階段的切削配套技術(shù)主要包括工具系統(tǒng)的刀柄、刀具的裝夾與動平衡、刀具的使用、監(jiān)控和管理技術(shù)等。
　　
　　首先，在工具系統(tǒng)和刀柄方面：HSK刀柄的應用更加普及，各類帶HSK刀柄的工具在我國的汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、模具制造業(yè)、氣輪機制造業(yè)等行業(yè)得到了廣泛的應用。與此同時，日研公司和大昭和公司分別開發(fā)了三處接觸(3LOCKSYSTEM)和雙面接觸(BIGPLUS)兩種7:24連接刀柄，與現(xiàn)有的7:24刀柄比較，它們有更高的連接剛性和精度，可用于高速、高效切削，并且還能與現(xiàn)有的7:24刀柄或機床兼容，減少了新增的工具費用，具有現(xiàn)實意義。
　　
　　Sandvik公司的Capto刀柄隨著使用面的不斷擴大推出了與之配套的刀具主軸，并以O(shè)EM的方式供應數(shù)控機床制造商，以充分發(fā)揮Capto刀柄在車削中心復合加工中的優(yōu)良性能。
　　
　　其次，在夾緊部位方面：各類高效、高性能工具夾頭得到廣泛應用。國外各刀具公司研制開發(fā)了液壓夾頭、熱裝夾頭、壓入式夾頭等各種刀具夾緊系統(tǒng)。如：德國雄克公司開發(fā)了一種無夾緊元件的三棱變形靜壓夾頭；日本日研工作所開發(fā)的PF壓入式系列刀柄，也實現(xiàn)了端面接觸，卸刀時采用專門裝置把刀具頂出；Sandvik公司開發(fā)了CoroGrip液壓驅(qū)動夾頭；Biltz、Zoller等數(shù)家公司開發(fā)了熱裝夾頭及加熱裝置，新推出的加熱夾頭裝置都加快了冷卻的速度，增加了冷卻的工位，有的還增加了軸向可調(diào)的機構(gòu)，并與對刀儀結(jié)合在一體，提高了加熱夾頭裝刀的軸向精度。
　　
　　第三，在刀具安全性技術(shù)方面：刀具的動平衡技術(shù)得到了飛速發(fā)展。刀具的動平衡是高速銑削刀具的重要指標，為此，德國的HAIMER和意大利的CEMB等公司，根據(jù)對刀具動平衡的要求開發(fā)了專用的動平衡儀。可實現(xiàn)全自動的刀具動平衡測量，計算機屏幕顯示不平衡量的大小、相位及相應的平衡質(zhì)量等級和最大使用轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要作一個平面或兩個平面的不平衡測量，設(shè)定平面的位置，不平衡量的去重位置由激光束指示，還可通過更換主軸接頭測量不同刀柄的刀具。
　　
　　目前，安全性技術(shù)已被世界上著名的工具制造廠家所采用，除德國的Walter、Mapal等公司推出的高速銑刀外，日本東芝Tungaloy公司的DIA9000加工鋁合金銑刀、住友電工公司的專用SUMIDIA金剛石銑刀等在結(jié)構(gòu)上都作了改進，以適應高速加工的需要，推薦的切削速度為3000～5000m/min。美國Valenite公司推出的直徑3～12in的高速面銑刀，其鋁合金刀體經(jīng)表面處理后硬度達60HRC，提高了刀體的耐磨性。旋轉(zhuǎn)刀具的動平衡，按ISO1940/1的規(guī)定，已達G40等級以上，某些精加工高速銑刀的不平衡質(zhì)量已達到G2.5級，平衡性比G40高很多，而美國平衡技術(shù)公司推出的刀具動平衡機甚至可平衡到G1.0級。
　　
　　六、數(shù)控切削技術(shù)的發(fā)展對工具工業(yè)提出了更高的要求
　　
　　一方面，高精度、高效率、高可靠性和專用化是先進數(shù)控加工技術(shù)的基本特征，現(xiàn)代刀具企業(yè)最響亮的競爭口號，就是為制造業(yè)提供效率最高的切削刀具。制造業(yè)也認識到通過采用高效率刀具提高勞動生產(chǎn)率來降低成本，比單純節(jié)省刀具費用更加有利。所以，在現(xiàn)代刀具的制造和使用領(lǐng)域，“效率優(yōu)先”已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的“性能價格比”老概念。
　　
　　其次，要求現(xiàn)代工具企業(yè)具有綜合的高科技特征，現(xiàn)代工具企業(yè)的生存和發(fā)展需依靠強大的研究開發(fā)能力作后盾，在提高切削率這樣一個根本目標的推動下，現(xiàn)代刀具企業(yè)從傳統(tǒng)的單純加工型企業(yè)逐步發(fā)展成為涉及刀具基礎(chǔ)材料、表面處理、基礎(chǔ)工藝和和成套服務(wù)等具有綜合高科技特征的開發(fā)型企業(yè)。其表現(xiàn)在：第一，工具新材料的研發(fā)和生產(chǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具企業(yè)不可分割的組成部分；第二，涂層技術(shù)(PVD和CVD)的開發(fā)和應用成為現(xiàn)代刀具制造業(yè)中與新材料發(fā)展并駕齊驅(qū)的技術(shù)發(fā)展方向；第三，先進數(shù)控加工技術(shù)的開發(fā)和應用已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具制造業(yè)確保產(chǎn)品質(zhì)量的必備手段。
　　
　　現(xiàn)代刀具發(fā)展的重要特征之一是專業(yè)化、復合化和多功能化，導致刀具結(jié)構(gòu)日趨復雜，形狀變得十分特異。傳統(tǒng)的刀具工藝技術(shù)——普通機床和卡具已經(jīng)無法保證刀具和刀片的安裝基準和切削單元之間的空間位置精度。因此，多軸聯(lián)動的數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具企業(yè)不可缺少的手段。由于刀具制造工藝的特殊性，刀具制造的專用數(shù)控機床通常由刀具企業(yè)自行研究開發(fā)，機床企業(yè)協(xié)作制造。所以，刀具專用數(shù)控技術(shù)和裝備的開發(fā)和應用已經(jīng)成為現(xiàn)代工具企業(yè)的一個重要工作內(nèi)容。由此可見，現(xiàn)代刀具企業(yè)的運作范圍，從專用原材料的研究和生產(chǎn)開始，囊括了表面處理技術(shù)和刀具生產(chǎn)專用數(shù)控技術(shù)及裝備的研發(fā)和應用。“三高一專”刀具產(chǎn)品的研究、生產(chǎn)和推廣服務(wù)，成為了企業(yè)競爭的焦點，誰發(fā)展慢一點，就要被淘汰出局。這種競爭的結(jié)果，使國際工具工業(yè)的發(fā)展日趨集中化。那些具有強大研發(fā)能力和經(jīng)濟實力的企業(yè)在競爭中脫穎而出，成為推動和領(lǐng)導行業(yè)發(fā)展的主力。在制造業(yè)中，生產(chǎn)技術(shù)運作跨度如此寬的行業(yè)并不多見。
　　
　　另一方面，對用戶提供綜合服務(wù)的深度和廣度日益成為衡量現(xiàn)代工具企業(yè)競爭力的重要標志。在傳統(tǒng)工具工業(yè)的生產(chǎn)模式下，工具企業(yè)只是一個標準刀具的生產(chǎn)供應商，使用現(xiàn)場的諸多技術(shù)問題和管理問題，都是使用者自己來解決的。而發(fā)展到現(xiàn)代工具工業(yè)階段，這個服務(wù)者的角色發(fā)生了大變換。國外制造業(yè)為使新產(chǎn)品開發(fā)費用和管理工作量部分地轉(zhuǎn)嫁到工具供應商，達到共同承擔開發(fā)風險之目的，廣泛采用平臺戰(zhàn)略，全球采購、一體化管理方式已成趨勢。
　　
　　在工具的采購上，將目標轉(zhuǎn)向生產(chǎn)成本低的國家和地區(qū)，以降低生產(chǎn)成本，增加市場競爭力。在工具管理上則突出表現(xiàn)為工具廠從主要提供刀具產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕峁┣邢骷夹g(shù)，負責刀具采購、管理和現(xiàn)場服務(wù)，即所謂一體化管理模式。工具企業(yè)向用戶提供的已經(jīng)不是單純的刀具產(chǎn)品，而是切削加工問題的整體解決方案，這個方案的兩個基本要素就是先進的刀具和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。因此，是否具備向用戶提供全方位優(yōu)質(zhì)服務(wù)的能力，已經(jīng)成為衡量現(xiàn)代工具企業(yè)競爭力的一個重要指標。