《金属切削原理与刀具》课程教学大纲

课程编码：J006Z

教材：《金属切削原理与刀具》；陆剑中，孙家宁；机械工业出版社；ISBN 978-7-111-06237-0

总学时：90

学分：5

授课对象：机电工程系机械、数控专业学生

一、 课程教学目的

   金属切削原理与刀具是研究金属切削过程基本规律与应用、标准刀具的选型与使用、非标准刀具设计原理与方法的一门科学，是机械制造专业的重要专业基础课。学生通过本课程的教学、实验、并配合生产实习，应达到下列要求：

1、 在基本理论方面，掌握金属切削及磨削过程中的切削变形，切削力，切削热及切削温度，刀具磨损、破损以及砂轮磨损的基本理论与基本规律；

2、 在基本知识方面，掌握常用刀具材料的种类、性能及应用范围；掌握材料加工性及加工表面质量的评定标志、影响因素和提高加工性及加工表面质量的主要措施等知识；掌握刀具几何参数和切削用量的选定原则，并初步了解切削液的种类、作用和选用。

3、 在基本技能方面，应具有根据加工条件合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量的能力。

二、 课程内容及基本要求

绪论

【基本内容】

金属切削加工与刀具在现代机械制造业中的地位和作用；金属切削发展简史；本课程的内容、性质、任务及学习方法。

【学时分配】

1学时

第一章 基本定义

【基本内容】

切削运动，工件上的加工表面，切削用量和切削参数。车刀的组成，车刀在静止坐标系中的正交剖面系、法剖面系、假定工作平面坐标系，背平面坐标系中的几何角度及定义。刀具的工作坐标系及工作角度。切削层参数计算及切削方式。

【学时分配】

9学时（理论6+实践3）

【重点难点】

1、切削运动的区分；

2、切削用量三要素的计算；

3、车刀正交平面参考系角度的画法及标注；

4、切削层参数的计算。

【教学方法】

在教学方法上力求少而精，采用启发式与形象化相结合，通过各种车刀实物展示，挂图、多媒体演示等方法使同学对抽象的内容有一定感性认识，加深理解，以此来提高教学效果。

【教学要求】

1、熟练掌握和区分切削运动、车刀组成以及加工表面的基本概念；

2、 掌握常用的车刀角度，并能完成车刀正交平面坐标系角度的画法和标注；

3、掌握切削用量三要素以及切削层参数的计算。

【实践内容】

【组织形式】

第二章 刀具材料

【基本内容】

常用刀具材料的性能与种类；高速钢、硬质合金的组成、性能、常用的牌号及应用；陶瓷刀具、PCD及CBN刀具的性能与应用。

【学时分配】

5学时

【重点难点】

1、高速钢的牌号、性能及其选用；

2、硬质合金的分类、牌号、性能及其选用。

【教学方法】

本章内容与学过的金属材料与热处理有联系，可结合起来进行讲解，加以区别和联系，是学生掌握刀具材料的性能特点，容易理解。

【教学要求】

1、熟悉刀具材料应具备的性能；

2、掌握常用刀具材料：高速钢、硬质合金的性能、常用牌号及选用；

3、了解新的刀具材料，如涂层硬质合金、陶瓷材料、超硬刀具材料的性能及应用；

4、对刀具材料在金属切削中的重要作用有所了解。

第三章 金属切削过程的基本规律

【基本内容】

切削变形的特点；切屑形成与切屑类型；变形程度的表示方法；前刀面上的摩擦特点；积屑瘤、加工硬化的产生机理以及预防和抑制措施；影响切削变形的因素。切削力的来源、合力及分力；切削功率及单位切削力；影响切削力的因素。切削热的来源与传散；切削温度的测定及温度分布规律；影响切削温度的因素。刀具的磨损类型、过程；刀具的磨损标准；刀具的磨损机理；刀具寿命的概念；影响刀具寿命的因素；刀具寿命方程式及刀具寿命的确定原则。

【学时分配】

15学时

【重点难点】

1、切削变形过程分析；

2、切削力的合力、分力及作用点；

3、切削温度的分布规律；

4、积屑瘤、加工硬化产生机理及预防抑制措施；

5、刀具磨损类型及机理；

6、刀具寿命的确定原则及表示方式。

【教学方法】

本章内容是本课程的重点，内容较为抽象，而且涉及知识点非常多。教学中切削变形原理结合材料力学的应力应变曲线进行讲解，使学生从根本上对知识理解。通过模型、挂图、多媒体等方式让学生对所学的抽象知识有一定的感性认识，加深理解，提高教学效果。

【教学要求】

1、掌握切削变形过程及三个变形区的变形特点；

2、理解切削变形的表示方法；

3、掌握积屑瘤、加工硬化的产生机理及预防抑制措施；

4、掌握影响切削变形的因素；

5、掌握切削温度的分布规律；

6、掌握切削温度的影响因素；

7、掌握刀具磨损类型、过程及磨损机理；

8、掌握刀具寿命概念及确定原则。

第四章  切削基本规律的应用

【基本内容】

切屑形状分类；切屑的流向和折断；断屑措施。工件材料切削加工性指标；常用材料切削加工性；改善切削加工性的措施。切削液作用、种类和应用。已加工表面质量因素；表面粗糙度的形成；影响表面粗糙度的因素。刀具角度的功用及其合理选择；刀尖的修磨形式；刃口的修磨形式。切削用量的合理选择。现代切削新技术简介。

【学时分配】

13学时

【重点难点】 

1、切屑分类、断屑措施；

2、工件材料切削加工性指标及其改善措施；

3、刀具几何角度及切削用量的合理选择。

【教学方法】

本章需要掌握的知识点比较多，内容比较杂，适当采用课堂讨论和习题课，加深学生的理解。对于参数选择，采用实例教学，通过例子详细讲解，同时让学生参入讨论，达到良好的教学效果。

【教学要求】

1、掌握切削分类、流向、断屑机理；

2、掌握几种断屑措施；

3、掌握切削加工性指标及改善措施；

4、了解常用材料的切削加工性；

5、掌握切削液的分类及应用；

6、掌握已加工表面质量因素及措施；

7、掌握刀具几何参数合理选择原则；

8、掌握切削用量选择原则；

9、了解几种现代切削新技术。

第五章 车刀

【基本内容】

车刀的类型和用途。焊接式车刀。可转位车刀。机夹车刀。

【学时分配】

4学时

【重点难点】

确定车刀的种类和选用结构，并能正确的选用刀片结构。

【教学方法】

通过观察实物，了解车刀的类型使学生对车刀有一定的感性认识，并逐渐掌握其选择与应用。

【教学要求】

1、熟悉各类车刀的用途和结构；

2、会根据使用条件和要求，确定车刀的种类和选用结构，并能正确的选用刀片结构。

第六章 成形车刀

【基本内容】

成形车刀的种类和用途。成形车刀的几何角度。成形车刀的截形设计。成形车刀的装夹和刀体结构。成形车刀的使用。

【学时分配】

3学时

【重点难点】

1、成形车刀的几何角度；

2、成形车刀的截形设计。

【教学方法】

成形车刀要比普通车刀复杂一些，在前面学习内容的基础上进行介绍，使学生能够容易理解。

【教学要求】

1、了解棱体成形车刀、径向圆体成形车刀的用途、装夹方式及其调整；

2、会用图解法求棱体或圆体径向成形车刀的刃形。

第七章 钻削与钻头

【基本内容】

麻花钻的组成，麻花钻的几何角度及刃磨角度。钻削用量与切削层参数；钻削过程特点；钻削用量选择。钻头的修磨方法。几种先进钻型与结构特点。几种深孔钻的结构特点及应用。

【学时分配】

6学时

【重点难点】

1、麻花钻的刃磨角度；

2、钻削用量与切削层参数。

【教学方法】

采用实物教学方法，使学生对麻花钻有一定的感性认识。

【教学要求】

1、掌握麻花钻的结构组成及几何角度；

2、了解钻削基本规律、钻削力和功率；

3、合理选用钻削用量。

第八章 扩孔钻、锪钻、镗刀、铰刀和复合孔加工刀具

【基本内容】

扩孔钻、锪钻、镗刀结构特点及应用。镗刀类型与应用；铰刀的种类与用途；铰削过程特点；圆柱机用铰刀设计。复合孔加工刀具的结构特点及应用。

【学时分配】

5学时

【重点难点】

铰削过程特点

【教学方法】

采用实物教学，并结合多媒体，使学生了解孔加工刀具的类型，并对铰刀等孔加工工具有一定的感性认识，并逐步掌握其选择与应用。

【教学要求】

1、了解扩孔钻、锪钻、镗刀、铰刀结构特点及应用；

2、掌握铰削过程特点；

3、了解圆柱机用铰刀设计。

第九章 拉刀

【基本内容】

拉刀的种类及用途。拉刀的组成及拉削方式。拉刀的合理使用方法。

【学时分配】4学时

【重点难点】

1、拉刀的种类与用途；

2、拉刀各部分组成及作用；

3、拉削方式。

【教学方法】

通过多媒体教学，使学生对拉刀组成、加工方法及合理使用有了一定感性认识，并且增加了学生的学习兴趣，开阔了学生的视野，教学效果良好。

【教学要求】

1、掌握拉刀的种类与用途；

2、掌握拉刀的组成与拉削方式；

3、明确拉刀的合理使用方法；

4、明确拉刀的保管方法。

第十章 铣削与铣刀

【基本内容】

铣刀的类型和几何参数。铣削要素；铣削力；顺铣与逆铣。常用尖齿铣刀的结构特点与应用范围。硬质合金面铣刀和铲齿成型铣刀。铣刀的刃磨。

【学时分配】

8学时

【重点难点】

1、铣刀的几何角度；

2、铣削的基本规律；

3、成形铣刀、铲齿铣刀的结构。

【教学方法】

采用实物教学，给学生展示各种类型的铣刀，并演示铣削加工过程，使学生掌握铣刀的类型、铣削加工方法及铣刀几何参数，并逐步掌握其选择与应用。

【教学要求】

1、了解铣刀的种类和用途；

2、熟悉铣刀的几何角度；

3、掌握铣削的基本规律；

4、了解尖齿铣刀及硬质合金端铣刀的结构；

5、掌握成形铣刀的铲齿基本概念。

第十一章  螺纹刀具

【基本内容】

螺纹刀具的分类及用途；丝锥的基本结构。

【学时分配】

3学时

【重点难点】

丝锥的使用方法和结构。

【教学方法】

采用实物教学与多媒体教学相结合的方法，使学生掌握丝锥的使用方法，结构及加工特点，进而掌握其选择与应用。

【教学要求】

1、掌握丝锥的使用方法和结构；

2、了解一些常用的螺纹刀具。

第十二章  切齿刀具

【基本内容】

切齿刀具的分类。齿轮铣刀的工作原理、结构、特点及其应用。插齿刀工作原理、结构特点及其应用。齿轮滚刀的工作原理、结构特点及其应用。涡轮滚刀与飞刀的工作原理、结构特点及其应用。

【学时分配】

6学时

【重点难点】

1、齿轮加工刀具的分类；

2、各种齿轮加工刀具的加工机理。

【教学方法】

采用实物教学和多媒体教学相结合，使学生了解切齿刀具的分类，掌握滚齿与插齿刀加工的原理，并能选择合适的精度等级的齿轮刀具。

【教学要求】

1、掌握齿轮加工刀具的分类；

2、掌握各种齿轮加工刀具的加工机理、特点及加工范围。

第十三章  数控刀具及其工具系统

【基本内容】

数控刀具应满足的要求；刀具尺寸的控制系统。

【学时分配】

3学时

【重点难点】

数控刀具的工具系统

【教学方法】

本章内容与现代机加工新技术结合紧密，也是学生比较感兴趣的内容。采用多媒体教学，适当结合课堂讨论，从而增强学生对数控刀具及其工具系统的感性认识，加强了课堂教学效果。

【教学要求】

1、明确加工中对数控刀具的要求，掌握数控刀具的快换、自动更换和尺寸预调；

2、掌握车削类和镗铣类数控刀具的工具系统刀架形式、刀具类型、动力驱动及应用；

3、掌握刀具尺寸的控制系统与刀具磨损、破损检测。

第十四章  磨削与砂轮

【基本内容】

磨削运动。砂轮组成要素；砂轮的形状、尺寸和标志；人造金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮。砂轮形貌；磨削过程分析；磨削力；磨削阶段；恒压力磨削与恒功率磨削；磨削温度；砂轮的磨损与修整。磨削加工表面粗糙度；磨削表面烧伤；磨削表面残余应力。先进磨削方法。人造金刚石磨具。刀具刃磨与重磨。

【学时分配】

5学时

【重点难点】

1、砂轮的组成要素；

2、磨削过程；

3、磨削加工表面质量。

【教学方法】

采用实物教学与多媒体教学相结合，使学生了解砂轮的组成，掌握磨削运动，并与前面所学的其他加工方法比较学习，增强学生的灵活应用能力。

【教学要求】

1、掌握磨削运动及砂轮的组成要素；

2、掌握磨削的过程；

3、掌握磨削表面质量、影响因素及其改善措施。

三、 考核方法及成绩评定

成绩评定以平时（含作业和考勤等）及期末考试成绩总和构成。其中平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。

四、 推荐选材及教学参考书

1、《金属切削原理与刀具》  陆剑中、孙家宁主编---机械工业出版社

2、《金属切削原理》  李玉美、李传义主编---山东大学出版社

3、《金属切削刀具》  李玉美、李传义主编---山东大学出版社

4、《金属切削原理与刀具实训教程》  黄雨田主编---西电出版社

5、《金属切削原理》  周泽华主编---上海科学技术出版社

6、《金属切削刀具》  袁哲俊主编---上海科学技术出版社

7、《金属切削原理与刀具》  吴林禅主编---机械工业出版社

第二篇：金属切削原理考试题 - 答案

《金属切削原理与刀具》试题

一、填空题（每题2分，共20分）

1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有 碳素工具钢 、合金工具钢 、高速钢 ；

非金属材料有 陶瓷 、人造金刚石 等。

2．刀具的几何角度中，常用的角度有 前角 、后角 、主偏角 、副偏角、 刃倾角

和 副后角 六个。

3．切削用量要素包括三个。

4．由于工件材料和切削条件的不同，所以切屑类型有带状切屑 、节状切屑 、粒状切屑

和 崩碎切屑 四种。

5．刀具的磨损有正常磨损的非正常磨损两种。其中正常磨损有 前刀面磨损 、刀面磨损 和 边界磨损 三种。

6．工具钢刀具切削温度超过 时，金相组织发生变化，硬度明显下降，失去切削

能力而使刀具磨损称为 相变磨损 。

7．加工脆性材料时，刀具切削力集中在 近，宜取 较小的后角 。

8．刀具切削部分材料的性能，必须具有 和 良好的工艺性和经济性 。

9．防止积削瘤形成，切削速度可采用 或 。

10．写出下列材料的常用牌号：碳素工具钢 ；合金工具钢

9SiCr 、CrWMn ；高速工具钢 、

。

二、判断题：（在题末括号内作记号：“√”表示对，“×”表示错）（每题1分，共20分）

1．钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色

金属及非金属。

2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。

3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。

4．刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB值，所以高速

钢刀具是耐磨损的。

5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内容。

6．由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。

7．切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成

45°夹角滑移的过程。

8．积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。

9．切屑在形成过程中往往塑性和韧性提高，脆性降低，使断屑形成了内在的有利条件。

10．一般在切削脆性金属材料和切削厚度较小的塑性金属材料时，所发生的磨损往往在刀

具的主后刀面上。

11．刀具主切削刃上磨出分屑槽目的是改善切削条件，提高刀具寿命，可以增加切削用量，

提高生产效率。

12．进给力是纵向进给方向的力，又称轴向力。

13．刀具的磨钝出现在切削过程中，是刀具在高温高压下与工件及切屑产生强烈摩擦，失

去正常切削能力的现象。

14．所谓前刀面磨损就是形成月牙洼的磨损，一般在切削速度较高，切削厚度较大情况下，

加工塑性金属材料时引起的。

15．刀具材料的硬度越高，强度和韧性越低。

16．粗加工磨钝标准是按正常磨损阶段终了时的磨损值来制订的。

17．切削铸铁等脆性材料时，切削层首先产生塑性变形，然后产生崩裂的不规则粒状切屑，称为崩碎切屑。

18．立方氮化硼是一种超硬材料，其硬度略低于人造金刚石，但不能以正常的切削速度切削淬火等硬度较高的材料。

19．加工硬化能提高已加工表面的硬度、强度和耐磨性，在某些零件中可改善使用性能。

20．当粗加工、强力切削或承冲击载荷时，要使刀具寿命延长，必须减少刀具摩擦，所以后角应取大些。

三、选择题（将正确答案填在空格内）（每题2分，共30分）

1．在中等背吃刀量时，容易形成“C”形切屑的车刀卷屑槽宜采用 外斜式 。（外斜式 平行式 内斜式）

2．刀具产生积屑瘤的切削速度大致是在 范围内。 （低速 中速 高速）

3．切削过程中，车刀主偏角κr增大，切削力FP 。（增大 不变 减小）

4．高速钢刀具切削温度超过 时工具材料发生金相变化，使刀具迅速磨损，这种现象称为相变 磨损。（300~350 550~600 700~800 扩散 相变 氧化）

5．当切屑变形最大时，切屑与刀具的摩擦也最大，对刀具来说，传热不容易的区域是在 前刀面 ，其切削温度也最高。（刀尖附近 前刀面 后刀面）

6．在切削金属材料时，属于正常磨损中最常见的情况是 磨损。（前刀面 后刀面 前后刀面同时）

7．背吃刀量ap增大一倍时，切削力FC也增大一倍；但当进给量f增大一倍时，切削力FC约增大 倍。（0.5 0.8 1.0）

8．切削用量对刀具寿命的影响，主要是通过切削温度的高低来影响的，所以影响刀具寿命最大的是 切削速度 其次是 进给量 。（背吃刀量 进给量 切削速度）

9．成形车刀磨损后要刃磨 ，才能保持其原来要求的廓形精度。（前刀面 后刀面 前、后刀面）

10．一般在中、低速切削塑性金属材料时，刀具在切屑与工件接触压力和切削温度的作用下会发生扩散 磨损。（磨粒 粘结 扩散）

11．车削时切削热主要是通过和进行传导的。 （切屑 工件

刀具 周围介质）

12．刀具磨钝标准通常都按后刀面的磨损值制订 月牙洼深度 值的。（月牙洼深度 KT 后刀面 VB 月牙洼深度KB）

13．刀具磨损过程的三个阶段中，作为切削加工应用的是 正常磨损 阶段。（初期磨损 正常磨损 急剧磨损）

14．车削细长轴类零件时，为了减小径向力Fp的作用，主偏角κr，采用 角度为宜。（小于30° 30°~45° 大于60°）

15切屑，切削脆性材料时形成切屑。 （带状 挤裂 粒状 崩碎）

四、简答题：（每题6分，共30分）

1、简述楔角：

楔角就是，前刀面与后刀面的夹角

2、简述刀具寿命：

：刀具寿命是指，刀具从开始使用到报废为止所经历的切削加工时间

3、简述切削用量要素：

切削用量主要包括：切削速度，进给量，背吃刀量三要素

4、简述刀尖角：

刀尖角就是指在基面内测量主切削刃与副切削刃的夹角。

5、后角的功用是什么？怎样合理选择？

后角主要影响刀具后面与加工表面的摩擦、加工精度、刀具刃口强度和耐用度。精加工时，为防止挤压摩擦，应选用较大的后角；粗加工时，为增加刀头强度，应选用较小的后角。

判断:1V 2V 3V 4X 5V 6V 7V 8X 9X 10~19V 20X