切削加工的基本要求是快速而又成本低廉地生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品。這一要求與實(shí)現(xiàn)切削加工的高精度化、高效率化、低成本化緊密相關(guān)。近年來，切削加工技術(shù)在高速銑削、微細(xì)形狀切削等領(lǐng)域有了快速發(fā)展。隨著新型工程材料的開發(fā)應(yīng)用以及零部件的進(jìn)一步小型化、精密化，刀具制造商正積極開發(fā)適用于各種加工用途的高效刀具。
構(gòu)筑快速生產(chǎn)系統(tǒng)
在以汽車業(yè)為中心的制造業(yè)設(shè)備投資和出口增長的牽引下，對(duì)刀具產(chǎn)品的需求日趨增長，刀具制造商紛紛在國內(nèi)外擴(kuò)大生產(chǎn)能力。隨著全球性成本競爭的不斷加劇，用戶要求實(shí)現(xiàn)高附加值、高效率生產(chǎn)的呼聲與日俱增。為適應(yīng)交貨期短、成本低廉的快速生產(chǎn)發(fā)展趨勢，關(guān)鍵是要利用最小限度的生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)長時(shí)間自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)加工。推進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場合理化的有效方法是引入能將多道工序集成在一起的復(fù)合切削技術(shù)和能夠高速、高精度切削包括淬硬鋼在內(nèi)工件材料的高速銑床等設(shè)備。
復(fù)合切削、高速硬銑削等先進(jìn)切削技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以最小限度生產(chǎn)設(shè)備高效、快速、柔性（適應(yīng)不同品種、不同批量的生產(chǎn)）加工零件的生產(chǎn)方式的核心。但是，任何切削方式都離不開選用合適的切削刀具和確定合理的刀具使用技術(shù)。近年來，隨著機(jī)床的高速化、高精度加工技術(shù)的進(jìn)步和難加工材料切削的增多，刀具材料（陶瓷、硬質(zhì)合金、TiC/TiN基金屬陶瓷、涂層硬質(zhì)合金等）的進(jìn)展也十分顯著。
日新月異的刀具材料
刀具材料必須滿足以下條件：硬度高、耐磨損、具有能抵抗切削抗力及振動(dòng)沖擊的高強(qiáng)度、良好的高溫紅硬性、容易熱處理和加工成型等。在刀具材料中，硬質(zhì)合金的特點(diǎn)是在高溫下硬度也很少降低。其中，涂層硬質(zhì)合金是以碳化鎢系硬質(zhì)合金為基體，在其表面涂覆一層或多層碳化鈦（TiC）、氮化鈦（TiN）、氧化鋁（Al2O3）等薄膜材料。由于涂層材料的耐熔結(jié)、耐磨損和耐熱性能優(yōu)于基體，因此能以超過基材的切削速度進(jìn)行高速切削。此外，由于涂層的摩擦系數(shù)小，因此可以延長刀具的使用壽命。
高速銑削技術(shù)的發(fā)展要求刀具材料具備良好的的耐磨性、耐熱性和強(qiáng)韌性，于是出現(xiàn)了許多在超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基材上涂覆多層復(fù)合薄膜以提高切削性能的涂層立銑刀等產(chǎn)品。有的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料的平均粒徑在1μm以下，使刀具基體的韌性和抗彎強(qiáng)度明顯提高。
復(fù)合涂層是將多種涂層材料組合在一起，一層又一層地進(jìn)行多層薄膜涂覆，以此提高刀具的切削性能。涂層材料除了適合高速切削鋼件的碳化鈦和氮化鈦以外，現(xiàn)在還使用金剛石和立方氮化硼。最近又出現(xiàn)了具有納米水平微細(xì)晶粒涂層的硅基納米涂層刀具等，可用于高硬度鋼的高速切削和軟鋼的高性能加工。
金剛石涂層是在硬質(zhì)合金刀具表面涂覆具有強(qiáng)粘附力和高耐磨性的金剛石材料。金剛石涂層的組織特征是非晶成分少、純度高、組織勻稱而細(xì)微，適用于加工鋁、銅等非鐵金屬和石墨等非金屬材料，加工范圍廣泛。
硬度僅次于金剛石的立方氮化硼燒結(jié)體（CBN）（硬度HV3200～4000，約為硬質(zhì)合金的2倍）具有卓越的高溫硬度穩(wěn)定性，在1200～1300℃的高溫下對(duì)金屬尤其是鋼鐵類材料完全不起化學(xué)反應(yīng)，因此非常適合耐熱合金、淬硬高合金鋼等HRC40以上高硬度工件的精加工和以150m/min以上的切削速度加工鎳鉻鐵合金、鎢鉻鈷合金等難切削工件材料（但不適合斷續(xù)切削加工）。
當(dāng)然，CBN刀具的成本比其它刀具更昂貴，因此許多用戶將使用過的刀片重新刃磨后再次使用，但是刃磨本身也需要成本。為了降低加工成本，近年來出現(xiàn)了采用很小的CBN刀尖，使用一次就廢棄的刀具結(jié)構(gòu)，對(duì)這種一次性刀具產(chǎn)品的需求正在不斷增加。
整體硬質(zhì)合金立銑刀是指從刀刃至刀柄用硬質(zhì)合金整體制成的立銑刀，其加工對(duì)象包括普通鋼、高硬度鋼、難切削材料、樹脂、鋁合金等各種材質(zhì)。此外，在超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基體上涂覆氮化鈦＋鋁（TiAlN，AlTiN）的涂層刀具產(chǎn)品也在不斷開發(fā)出來。
梯度功能切削刃刀具是同時(shí)兼有金屬陶瓷和涂層特性的梯度功能材料刀具。切削刃表層以下20μm的部分由耐磨性能極好的高硬度鈦基陶瓷層構(gòu)成，芯部則是越往深處強(qiáng)度越高的硬質(zhì)合金。這種材料構(gòu)成帶有梯度結(jié)構(gòu)，材料性能在不斷變化。值得期待的是，這種刀具在具有可與陶瓷涂層相媲美的耐磨性和強(qiáng)韌性的同時(shí)，所加工出的工件又具有與用金屬陶瓷刀具（具有硬質(zhì)合金和陶瓷的中間特性）加工相似的精密表面。因此，迄今一直采用陶瓷涂層刀具進(jìn)行粗加工，用金屬陶瓷刀具完成精加工的這種分工在今后可能就不再需要了。
切削難加工材料的刀具開發(fā)
適合各種加工用途的新型刀具正不斷開發(fā)出來。在此僅考察一下切削難加工材料用刀具、金屬模具加工刀具、鏜孔加工刀具和鉆孔加工刀具的最新發(fā)展動(dòng)向。
對(duì)難加工材料實(shí)現(xiàn)高效加工可以顯著降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著機(jī)床性能、刀具材料和刀具刃形設(shè)計(jì)的進(jìn)步，針對(duì)難加工材料的切削技術(shù)也有了很大發(fā)展。用于切削難加工材料的刀具刃形有以下三種類型：①加工淬硬鋼、高硬鑄鐵等高硬度材料時(shí)，刀具材料采用CBN和陶瓷，刀具切削刃設(shè)計(jì)為負(fù)前角；②加工不銹鋼和鈦合金材料時(shí)，銑刀切削刃采用正的大前角；③加工鋁合金等軟質(zhì)金屬時(shí)，刀具刃形采用超大前角和大后角。
飛機(jī)和發(fā)電設(shè)備零部件大多使用耐熱超級(jí)合金和鈦合金等難加工材料制造，并常常采用整塊金屬毛坯直接切削成形。然而在不少加工場合，由于工件材料的可切削性差，造成加工效率低、刀具壽命短，需要消耗大量加工時(shí)間和刀具。例如，Ti6A14V是一種極具代表性的鈦合金材料，也是一種典型的難加工材料。它具有很高的比強(qiáng)度以及優(yōu)異的耐熱性和耐腐蝕性，同時(shí)化學(xué)活性較強(qiáng)，在切削加工時(shí)易與刀具發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，尤其在高速切削時(shí)會(huì)出現(xiàn)劇烈的粘附現(xiàn)象，造成刀具損壞。因此，一般認(rèn)為對(duì)Ti6Al4V進(jìn)行高速切削時(shí)將切削速度調(diào)至150m/min比較適當(dāng)。
加工耐熱合金等難加工材料的其它問題還包括工件熱傳導(dǎo)率低，切削熱易集中于切削刃刀尖部位，刀具與工件容易粘附在一起等。解決這些問題的方法是通過對(duì)刀具的螺旋角、截面形狀、切削角度以及硬質(zhì)合金材料和涂層的最佳設(shè)計(jì)來提高刀具的耐熱性和抗粘附性。例如，45°螺旋立銑刀通過增大螺旋角，可以增加刀刃鋒利度，降低切削阻力，抑制切削溫度的上升和工件材料的粘附。
考慮到耐熱超級(jí)合金和鈦合金的特性，在選擇加工刀具時(shí)，要求刀刃鋒利，易于散熱，并具有良好的韌性和抗切屑粘附性等。但是，不同種類的耐熱超級(jí)合金和鈦合金的加工性能各不相同，在實(shí)際加工中要根據(jù)工件的材質(zhì)、形狀、夾緊方式、機(jī)械剛性等特點(diǎn)慎重選用刀具。通過選用合適的切削刀具和加工條件，可以實(shí)現(xiàn)鈦合金等材料的高速、高效切削加工和延長刀具壽命。
高性能模具加工刀具的開發(fā)
使用金屬模具進(jìn)行注塑加工能夠低成本、大批量地快速生產(chǎn)相同形狀的工件。最近，高精度的小型或薄型零部件也能采用注塑方式加工，但其前提是需要制作高精度的金屬模具。
用于加工金屬模具的刀具對(duì)切削性能的要求較高。為了適應(yīng)高精密模具的加工，已開發(fā)出了各種長壽命、高可靠性的整體硬質(zhì)合金立銑刀，對(duì)刀具性能的改進(jìn)包括采用（Ti，A1）N涂層、將容屑槽設(shè)計(jì)成波浪形三線槽、調(diào)節(jié)切屑與刃端前角的接觸面以提高切屑流出性能等。此外，還開發(fā)了切削阻力小、鋒利度高的球頭立銑刀等模具加工專用高效刀具。
一般來說，加工HRC60以上的高硬度材料（如淬硬鋼）需要采用CBN刀具，因?yàn)榈毒吲c工件的硬度差越大，刀具的壽命就越長，切削淬硬鋼等高硬度工件時(shí)，使用硬度更高的CBN刀具比使用陶瓷刀具更為有利。
涂層硬質(zhì)合金立銑刀一直被認(rèn)為很難加工硬度HRC60以上的工件材料。對(duì)于精度要求較高的機(jī)械零部件和金屬模具加工，由于淬硬材料硬度高、切削阻力大，立銑刀的切削速度和切削深度不得不受到一定影響。
加工小型零部件用防振型鏜桿
鏜桿是深孔鏜削加工的必備工具。最近，為了適應(yīng)IT產(chǎn)品零部件等輕薄短小化工件的加工需要，正在大力開發(fā)相關(guān)的防振型鏜桿。
計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、DVD收錄機(jī)等家電產(chǎn)品以及IT相關(guān)設(shè)備需求的增加大大改變了發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。對(duì)組裝在這些產(chǎn)品中的小型零部件的切削加工需求也日益增多。對(duì)于小型零部件的切削加工，即使將主軸轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為高速，但由于工件直徑很小，因此切削速度只能停留在低速范圍。至今仍有不少廠家還在使用高速鋼刀具或釬焊式硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削加工。但是，隨著刃磨設(shè)備的老化和技術(shù)人員的高齡化，釬焊式刀具的制作和重磨都越來越困難，加上重磨費(fèi)用，進(jìn)一步增大了刀具成本。隨著零部件加工的高精度、高效率、低成本化發(fā)展趨勢，要求采用不重磨硬質(zhì)合金刀具高效加工小型零部件的呼聲越來越強(qiáng)烈。
對(duì)于鏜削這種刀具懸伸量較大的加工，刀具的防振性能是不容忽視的大問題。與傳統(tǒng)鏜桿相比，防振型鏜桿不容易產(chǎn)生振動(dòng)，即使出現(xiàn)振動(dòng)也可很快衰減。目前開發(fā)出的刀具將柄部設(shè)計(jì)成高剛性結(jié)構(gòu)，安裝一次性使用的刀片，將容屑槽設(shè)計(jì)為僅保留最小限度空間的結(jié)構(gòu)，以防止刀具剛性下降。
加工周期明顯縮短
鉆孔加工經(jīng)常受到用戶要求實(shí)現(xiàn)高速化、高精度化的嚴(yán)峻考驗(yàn)，這是由于鉆削加工在整個(gè)機(jī)械加工中占有很大比例，其加工水平直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的提高和生產(chǎn)成本的降低。此外，如何減輕加工現(xiàn)場的環(huán)境負(fù)擔(dān)，鉆頭也起著示范作用。
近年來發(fā)展令人矚目的是整體硬質(zhì)合金鉆頭，其加工能力可比高速鋼鉆頭提高5倍以上，刀具壽命則是高速鋼鉆頭的10倍左右。采用超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金的整體硬質(zhì)合金鉆頭可用于碳鋼、合金鋼等普通鋼，不銹鋼等特殊鋼，模具鋼、淬硬鋼等高硬度鋼，灰口鑄鐵、球墨鑄鐵，鋁合金、銅合金等工件材料的鉆孔加工。許多鉆頭使用PVD（物理氣相沉積）工藝進(jìn)行了TiN、（Ti，A1）N等涂層處理。由于刀具韌性和可靠性的提高，即使在斷續(xù)切削等切削刃要承受機(jī)械沖擊和高熱影響的不穩(wěn)定切削狀態(tài)下，鉆頭也不易發(fā)生崩刃和缺損。整體硬質(zhì)合金鉆頭也適用于高硬度鋼、不銹鋼、耐熱超級(jí)合金等難加工材料的鉆孔加工。
目前，鋁的半干式切削加工已在部分用戶中實(shí)際應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高刀具的使用壽命，刀具制造商和涂層公司正在探討如何以PVD方式將DLC（Diamond Like Carbon，類金剛石碳）等涂覆在刀具表面上�？梢灶A(yù)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化，鋁制零部件的使用今后將進(jìn)一步增加。為了保護(hù)環(huán)境和降低成本，對(duì)干式、半干式切削加工的需求也將不斷增大。為了滿足這些需求，將不斷開發(fā)出最適用的刀具。為了滿足用戶對(duì)刀具日益提高的要求，刀具制造商將以提高加工效率為目標(biāo)，在刀具材料、涂層、刀刃設(shè)計(jì)等方面進(jìn)一步加強(qiáng)研究與開發(fā)。
