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机械加工工艺技术正在向着“高效、高速、智能复合、绿色环保”的方向发展。新工艺的应用改变了传统的加工方法。 从表1简单对比中可以看出，更新的加工方法符合“精益生产”、“准时生产”原则，具有更大的柔性和灵活性，能够满足快速变化的市场需求。 与此同时，为了充分发挥高效率柔性线的作用，工艺人员对刀具提出了许多新的要求，如尽量考虑同一种刀具能更多地完成同一工件不同工序的加工，努力减少刀具库存量，限制换刀频率，降低制造成本等。同时还要针对一些工艺难点，设计专用刀具、复合刀具或智能刀具，以解决加工精度和加工效率的问题。 根据有关资料的统计，通常刀具消耗占整个零件的加工费用相对来说是比较低的，约为3～10%(见表2)。但刀具选用的合理与否将直接影响工件质量和加工效率，也是制造过程中的关键因素，必须给予足够的重视。 在切削过程中，刀具与工件基体和切屑之间的摩擦、挤压会产生大量的热，引起刀具磨损并降低刀具的寿命。对切削热的研究，通常都是针对“摩擦产生热－温度升高－刀尖形成积屑瘤－磨损加快－影响加工精度－刀具寿命降低”等问题展开，在大多数情况下得出的结论都是认为切削热是有害的，必须采取相应的措施降温。可是事情也有相反的一面，研究表明，有时却能利用切削时产生的高温提高生产率。在切削钢件时，切削区产生的高温可以软化工件，反而对形成理想切屑有利。所谓的“月牙红”加工法，采用了高性能的陶瓷刀或CBN刀，用较高的切削速度，较大的进给量进行切削，在刀尖处产生红热状态，使温度升高到350℃ 以上，此时工件由于材料屈服强度降低而“软化”，更易于与基体分离，形成带状切屑流出，故能显著提高切除率。
图1
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对普通箱体的加工，常采用典型的“一面两销”定位实施铣削平面、钻扩铰镗孔系等工序。加工较大的箱体孔时，因刀杆和刀排的结构所限，常常利用数控镗铣床的插补功能以铣代镗，避免了使用大型镗杆镗排，省去了制造大型复杂工装和反复调试的过程。但是当机床性能达不到相应的要求时，加工精度还是个难以解决的问题。这是因为加工中心的滚珠丝杆在加工中受力的作用产生的微小变形引起轴向运动误差，X轴和Y轴在插补运动时，都需要进行变向进给，随着速度的增加，产生的运动误差也随之增大，结果就会使加工孔的圆度达不到要求。由此，对机床提出了许多要求：如高转速，快速反应，具备高性能的数控和伺服系统，极短的插补周期，前馈控制，超前读数，快速自动加减速等等。装备有直线电机的加工中心就可以在高进给速度下通过插补，铣削出高精度的内孔。 图1所示为解决某一箱体工件加工的同一轴线上的细长孔时所采用的“静压镗刀”。因工件结构所限，同一轴线上相距较远的一组孔无法采用工作台旋转掉头加工的方法，只能从一面进行顺序镗孔，然而镗杆悬伸过长，无法满足同轴度的要求，故考虑新的加工方法。在加工其中某一孔时，借用前排或后排已加工好的孔作导向，解决同轴度精度问题。在这里特制的镗刀杆是中空的，由机床主轴引来的高压冷却液(～70bar)在已加工孔中形成静压轴承，将下垂的刀杆抬至中心位置，充分保证了被加工孔与相邻孔之间的同轴度。应用这种方法时，要求机床具备中心冷却功能，系统过滤精度～7μm，导向孔与镗杆导向部分的间隙约为0.15mm。 在缸盖曲轴孔/凸轮轴孔加工中，为解决一组孔的同轴度问题，将原来采用的非引导镗刀改为带导向条引导的特殊镗刀或铰刀，其刀杆上三块导向条的头部制成圆角倒锥，导向部分与工件已加工孔之间的间隙约为0.1mm，允许被加工孔与已加工孔间最大偏心量是0.4mm(镗孔)或0.1mm(铰孔)，同样收到了较好的效果。 对精度要求高的工件作高速加工时，刀具的刚度、振动、动平衡等问题不可忽视。例如刀具刀柄的安装，过去常用7：24锥度的锥柄，仅靠锥面定位和利用锥面间的摩檫力传递扭距，在高速旋转中常常由于振动而变得不可靠，故改良的锥柄应运而生。德国HSK刀柄标准(DIN69893)采用1：10短锥联接。锁紧前，刀柄定位端面与主轴端面间的间隙很小，约0.2mm；锁紧后，利用主轴内孔的弹性变形补偿此间隙，使刀柄与主轴端面贴紧，即实现“两面锁紧”，刀具的径向跳动和轴向重复精度均比7：24锥度刀柄提高了2～3倍，有效减小了轴向串动和径向跳动，提高了刀具的支承刚度。 热装刀具在钻、铣、铰等刀具的刀柄上应用，可以解决振动、定位精度等问题，且省去了传统夹持工具的夹紧部件，利用热胀冷缩原理的夹持方式与机械弹性体收缩方式相比，夹持更可靠，精度更高，轴向重复精度达到0.001mm，径向重复定位精度达到0.003mm，离散度～2μ。采用热装方式安装刀具时先加热安装孔，插入刀具后冷至常温，刀座收缩将刀柄夹紧。刀具安装孔部件采用特殊合金钢材料制造，其涨缩系数大于一般钢材，加热至250℃左右可自如地装拆，此操作过程比较复杂，要有专用的加热装置。 由于高速加工发展迅速，高速钢材料的刀具应用日趋减少，在许多情况下被硬质合金、CBN、PCBN、PCD等高性能刀具所取代，但在某些成形加工、齿形加工、小尺寸的钻、铰、铣工序以及使用专用刀具的场合中还有应用。过去常用的高速钢材料W18Cr4V自加入了Mo元素成为钨钼系高速钢后，切削性能有较大改善。利用粉末冶金制造的高速钢材料，性能的提高更为明显。目前车间应用的M2(W6Mo5Cr4V2)、M42(W2Mo9Cr4Co8)、ASP60等高速钢刀具的切削用量都有了很大提高，以键槽立铣刀为例，见表3： 当然，高速钢所使用的切削用量远比不上其他高效刀具，但在性能上已有重大改进。高速钢刀具经采用涂层(PVD物理气相沉淀法，涂TiN硬膜等)处理后，能成倍地提高切削速度，也可将进给量提高50～100%，取得较为满意的效果。
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