在切削加工领域中，新型刀具技术往往对切削技术的发展起着十分重要的作用。本文就刀具在材料选用、结构设计、监测管理及智能刀具数据库等方面的发展现状和相关应用进行了论述，并展望了未来刀具技术的发展方向。

高速切削作为先进制造的一项共性基础技术，有着加工效率高、加工表面质量好、加工成本低以及可直接用于切削高硬度材料等显著优点，已经成为现代切削加工技术的重要发展方向。刀具是高速切削加工工艺系统中重要的因素，是实现高速切削加工的必要条件，刀具性能和品质直接影响到数百万台机床生产效率的高低和加工品质的好坏，直接影响到整个机械制造工业的生产技术水平和经济效益。因此新型先进的刀具在机械加工中起到越来越重要的作用，选择合理的刀具材料、结构、及监测管理方法将是实现高效切削加工的关键。

CIRP的一项研究报告显示美国制造行业刀具的正确选择只有50%左右，只有58%的切削时间是在最佳切削速度下工作的，并且仅有38%的刀具完全用到寿命值。这不仅会造成加工效率和质量的降低，还会造成资源、能源的浪费。虽然高性能刀具与传统刀具相比价格昂贵，但是使用高性能刀具仍然可以有效地降低生产成本，符合绿色制造和可持续发展的需求。当前，世界各工业发达国家都在致力于开发与高速、高效、高质切削加工相匹配的新型先进的切削刀具材料、结构及监测管理模式，在刀具技术方面所取得的进展均属于材料科学，计算机与信息学科、微电子应用技术的最新成果。为了满足现代先进制造的经济性、环保性、高效性而出现的新型通用及专用、复合、智能的刀具，都有着先进的结构、优良的性能、高的加工效率和精度。

新型的刀具材料技术

在高速加工中，刀具材料对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等有很大影响。目前适用于高速切削的刀具主要有涂层刀具、金属陶瓷（TiCN基硬质合金）刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）、聚晶金刚石（PCD）刀具等，在此基础上出现了新的刀具材料技术。

2013年，山特维克可乐满公司采用同向结晶的Inveio技术，改变了涂层晶体生长方向的随机性，可控制刀片CVD氧化涂层中的晶体生长方向，使所有晶体朝着刀片顶部呈相同方向排列，这些紧密裹在一起的晶体可朝着切削区和切屑方向形成一道坚固的屏障，从而大大提高了刀具材料的耐磨性，能够保持长时间切削而不发生切削刃变形，并可提供更长且可预测的刀具寿命，确保安全的无人值守生产，同时保证高金属去除率。这种新型的新刀片材质可以进行高速和长时间切削，适合钢件车削与铸铁铣削加工。随着纳米技术和涂镀技术的发展，纳米刀具涂层材料开始受到广大研究者的关注。由美国学者开发的纳米涂层和纳米复合涂层技术可采用多种材料的不同组合（如金属/金属组合、金属/陶瓷组合、陶瓷/陶瓷组合、固体润滑剂/金属组合等），以满足不同的功能和性能要求。新近发展的硬质合金刀具涂层包含外部PVD和内部CVD涂层，内部CVD涂层可提供极好的基体粘合力和耐磨性，而外部PVD涂层提供一个坚固的、超细晶粒的、不易脆裂的、表面光滑的刀具表层。

新型的刀具结构设计

通过刀具几何设计改善切削状态，提高加工质量也是生产实践中行之有效的方法。CIRP的研究报告指出由于刀具材料的改进，刀具许用切削速度每隔10年提高1倍；而由于刀具结构和几何参数的改进，刀具寿命每隔10年几乎提高2倍。在现有刀具材料的基础上，优化刀具切削部分的几何形状则能充分发挥新型材料的作用。

伊斯卡公司推出的用于仿形铣的高效仿形风火轮球头铣刀BLP系列，可夹持三个可转位双面铣刀片，形成240°空间铣削角度，三个刀片切削刃采用了全效率，带分屑槽的高效率设计，此外，新型铣刀体带内冷却通孔，冷却液直达切削刃。BLP铣刀的大进给能力使得生产率非常高，同时降低了切削力，大幅提高了切削加工过程的稳定性，消耗功率更低，刀片寿命更长。这种新铣刀可提高不同工业应用领域复杂3D仿形铣时的性能，特别在模具工业，涡轮叶片，整体叶轮叶盘及航空工业零部件的加工。

瓦尔特公司开发的DC170钻头带有八个明显的环形槽，可加快冷却液流动，同时减少了危险的缠屑风险。刃带设计可使冷却液从四面八方连续冲洗钻头，大大提高了冷却效果，延长了刀具寿命。DC170的新刃带结构使钻削更为平稳，在断续切削时提供最高稳定性，可获得更高的钻孔质量。这种新型钻头无需专用深孔加工设备，在普通的带内冷功能的加工中心上即可使用，加工效率是枪钻的4~10倍。

智能刀具：刀具的智能监测及智能化刀具数据库

随着制造领域自动化程度不断提高，刀具异常状态的实时监测及刀具信息管理成为亟待解决的问题。精确地预报刀具在加工中，尤其是在制造成本极高的精密零件加工中的失效时间对提高零件的加工效率和质量、减少生产成本及研制周期具有重要意义。切削刀具状态的实时监测与管理也是实现制造系统现代化、自动化、柔性化的基础。因此，出现于20世纪90年代的智能刀具技术受到越来越多的关注，并在近年来得到迅速发展。

日本京瓷工业陶瓷公司开发出一种装有磨损传感器的可转位刀片刀具寿命诊断系统。这种智能刀具系统采用Ceratip传感器，它在正方形的陶瓷刀片表面上，涂覆一层厚度为0.3μm的TiN，刀具在开始切削时，使装有传感器的刀片涂覆层通过电流，形成一微电子回路。当刀具在切削力的作用下磨损时，刀片表面上的TiN涂覆层首先被破坏，这时电流不能通过装有传感器的刀片涂覆层(断电)，用电表测量时，此处微电子回路的电阻变为无限大。这时装在刀片上的传感器，将立即向机床控制系统发出信号，由机床控制系统控制机床立刻停机并执行自动换刀程序。这种刀具寿命诊断系统能直接测量出刀尖的磨损情况并快速、准确地预报刀具的失效时间。

山特维克可乐满公司开发了名为Adveon的软件，这是一款数字化刀具数据库，可模拟高质量的刀具组装。在工艺规划和CAM编程中，这款软件可真实地模拟干涉实验，为金属切削行业提供了一个可自由发挥创造力的平台，并有望大幅节省成本。山特维克可乐满公司进一步提出了“智能加工”的概念，即刀具“知道”在加工过程中如何运转，并与机床直接沟通。如果出现故障，刀具会发出警报或自动优化工艺。

山高刀具公司将数据通信技术运用到金属加工领域，推出了基于云计算的数字门户MyPages，可在智能手机、平板电脑、笔记本电脑和台式电脑上使用，用户可以随时查找并获取包括刀具规格、不同加工条件下推荐的切削参数和产品供货情况等信息，可在移动互联中掌控制造工况。MyPages 为所有设备提供无缝连接、最佳视觉效果、轻松导航以及快速产品搜索，对任一标准刀具，即刻提供价格信息和切削参数，方便地进行数据共享，快速生成CNC 编码并发送至机床，同时也可优化采购和库存。

为了对刀具实现有效管理，伊斯卡公司设计了魔力刀具柜MATRIX并带有刀具管理软件，可简易地经由触摸屏的操作，即可方便地进行提取刀具、返还刀具以及管理刀具。MATRIX可通过更方便、更高效地提供刀具消耗品的分发、管理，达到减少刀具使用成本、减少机床停机时间、提高生产效率、方便库存管理等目的，从而实现了更加智能的刀具管理，成为现代化“智能制造”中的有力助手。

刀具技术发展展望

刀具材料从高速钢到硬质合金再到陶瓷、超硬材料不断演变发展，开发新型刀具材料和强化现有的刀具材料的性能，研发适应硬切削、干式切削和高速切削的高性能刀具材料，是当前和未来研究的重点。同时不同的加工条件会更加需要创新型的刀具结构设计，刀具几何参数也将进一步多样化。随着工业4.0（Industry 4.0）的提出，智能制造成为加工领域的研究热点，智能刀具技术出现向系统化和模块化发展的趋势，并将与现代通信技术相结合，进一步融合到物联网中，从而推动制造业装备的高度现代化、自动化和智能化。