刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。
绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。
刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。 当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。
在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。
按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。
刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依*内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。
带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄*锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。
刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。
刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀具都采用机械夹固结构。
刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。
在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。
制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。
通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。
聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。
硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上。
由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。
目前，在全球机械加工行业中，日本的机床和切削刀具以其优良的性能和品质获得了很高评价，并被广泛使用。对于可转位刀片而言，半数以上使用了涂层牌号，从而保证了切削刃的耐磨性与韧性之间的平衡。
虽然日本生产的涂层刀具进入国际市场较晚，但由于不断投入先进技术，使其在世界涂层刀具领域已步入技术领先的地位。日本各工具制造厂正夜以继日地研发新技术并投入涂层刀具生产中。本文以三菱材料公司开发并运用于产品中的新技术为例，介绍涂层刀具技术的发展状况。
1．从市场需求看涂层刀具的技术发展前景
从提高产品精度和质量、降低环境污染的角度出发，日本国内的机械制造业在生产现场展开了一场轰轰烈烈的生产技术和加工技术革新。
但在加工技术的革新过程中，涂层刀具的某些性能事实上并没有完全达到用户的要求，影响刀具寿命的切屑粘结现象就是其中之一。就是说，虽然涂层刀具在耐磨性能和耐崩刃性能上取得了飞跃发展，但在如何克服切屑粘结现象以提高性能方面还不够先进。这种切屑粘结现象造成的损害在以不锈钢、球墨铸铁为代表的难切削材料的加工中时有发生。因为它属于非正常磨损，且难以预料，所以刀具寿命的变化幅度较大。由于存在这种不稳定因素，通常在加工时不得不把可加工工件数指标设定得较低，这在一定程度上影响了加工成本的降低。
因此，通过提高刀具切削刃的表面光滑性，防止刀具与被切削材料产生粘结现象，从而获得加工性能改善的切削刀片就显得尤为重要。虽然这些表面光滑技术都是以最大限度地发挥涂层材料本身的耐磨耗性能，从而提高加工稳定性为目的，但各个公司采用的策略和方法却各有不同，有的是采用机械方法，有的则是通过改善涂层组织来获得表面光滑的切削刃。
2．表面光滑技术所适用的产品
在CVD涂层刀片常用的加工速度范围内，由于切削刃要承受500℃以上的高温，因此多数基体材料上都涂覆了热稳定性能优良的A12O3膜。A12O3涂层属于结晶性陶瓷，如果为了提高耐磨性而涂得太厚，镀膜表面的凹凸度也会随之增加，表面粗糙度加大。在切削过程中，被切削材料容易粘结在刀具表面，且在断续切削时难以有效地分散加工冲击力，从而容易导致积屑瘤、崩刃等异常损伤的发生。
三菱材料公司很早就开始进行利用涂层刀具表面光滑技术来提高刀具切削性能的研发工作，并实施了多项研发成果。作为第一项应用于产品的表面光滑技术，在用于高速车削不锈钢的刀片牌号US7020上，经CVD涂层后实施了机械处理的表面光滑技术。在强韧的硬质合金基体材料上涂覆了以柱状晶TiCN膜和微粒光滑的A12O3膜为主体的多层硬质膜后，该涂层刀具在不锈钢的切削加工中显示出优良的切削性能，再加上采用了如前所述的表面光滑技术，有效抑制了被切削材料对切削刃的粘结现象。对于不锈钢加工而言，即使在V＝200m/min的高速切削的条件下，也能保证稳定的刀具寿命。
另外，在用于车削钢材的代表性刀片牌号UE6010和UE6020上也可采用表面光滑技术。适用于上述材质的表面光滑技术称为“光滑涂层技术”，是采用特殊的CVD技术，通过控制涂层生长来获得光滑的涂层表面。它是一种非机械处理方式，可在不损伤涂层的情况下实现涂层表面的光滑性。
3．最佳的“全黑超级光滑涂层”技术
在车削加工铸铁用的最新刀片牌号UC5105和UC5115上，运用了独特的化学处理表面光滑技术与机械光滑技术有机结合的复合表面处理技术——“全黑超级光滑涂层”。这项技术的运用可使涂层表面的光滑性达到极致。
除了表面光滑技术以外，另一种全新的涂层材料高耐磨技术也适用于上述牌号。对于切削刀具而言，球墨铸铁属于特别难切削的材料之一。但由于应用了UC5105、UC5115牌号，使刀具的异常损伤大幅度减少，解决了球墨铸铁加工难题。另外，以高硬度硬质合金为基体材料的UC5105牌号的应用，使传统的涂层刀具难以完成、属于陶瓷刀具切削领域的铸铁高速加工成为可能。
本文以三菱材料公司产品为例，介绍了涂层技术开发中表面光滑技术的应用。今后，仍将继续对市场需求进行深入调查，以及时开发出适应市场需求的涂层技术，满足市场对涂层刀具产品的需求.
