《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：72

授课对象：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】

6学时

【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。

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】

12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】

12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】

2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】

4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】

4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】2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】

6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】

2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】

4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】

4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：《金属切削原理与刀具》试卷

《金属切削原理与刀具》试卷 一、选择题（下列各题的备选答案中只有一个选项是正确的，请把正确答案填

2分，共20分） 1．在车外圆时，工件的回转运动属于_________，刀具沿工件轴线的纵向移动属于_________。A 切削运动 B 进给运动 C 主运动 D 加工运动 2．车外圆时，车刀随四方刀架逆时针转动θ角后，工作主偏角κr将________，工作副偏角κr’将________。 A 增大 减小 B 减小 增大 C 增大 不变 D 不变 不变 3．积屑瘤发生在第________变形区，加工硬化发生在第________变形区。 A Ⅰ Ⅱ B Ⅰ Ⅲ C Ⅱ Ⅲ D Ⅲ Ⅱ 4．在加工条件相同时，用________刀具产生的切削力最小。 A 陶瓷刀具 B 硬质合金刀具 C 高速钢 D 产生的切削力都一样 5．下列哪种切屑屑形不属于可接受的屑形________。 A 带状切削 B 短环形螺旋切削 C 单元切削 D 平盘旋状切屑 6. 生产中常用的切削液，水溶性的切削液以________为主，油溶性切削液以________为主。A 润滑 冷却 B 润滑 润滑 C 冷却 润滑 D 以上答案都不正确 7．加工塑性材料、软材料时前角________；加工脆性材料、硬材料时前角________。 A 大些 小些 B 小些 大些 C 大些 大些 D 小些 小些 8 ．高速钢刀具切削温度超过550~600时工具材料发生金相变化，使刀具迅速磨损，这种现象称为________磨损。 A 相变磨损 B 磨粒磨损 C 粘结磨损 D 氧化磨损 9．不能用于加工碳钢的是__________。

A 高速钢刀具 B 陶瓷刀具 C PCD刀具 D CBN刀具

10．主偏角、副偏角、刀尖角，三个角之和等于__________。

A 90° B 180° C 360° D 270°

1分，共20分） 1．切削用量三要素________________、_________________、_______________。 2．刀具材料种类繁多，当前使用的刀具材料分4类：________________，________________，________________，________________。一般机加工使用最多的是________________和________________。 3．切削力由于大小与方向都不易确定，为便于测量、计算和反映实际作用的需要，将合力F分解为3个分力：________________、________________和 ________________。 4．切削液的作用有________________、_________________、_____________和_______________。 5．在切削过程中，当系统刚性不足时为避免引起振动，刀具的前角应________________，主偏角应________________。 6．外圆车削时，在刀具4个标注角度中，对切削温度影响较大的角度是________和________。 三、判断题（正确的请在后面的括号内打“√”，错误的请在后面的括号内打“×”

。

车外圆时，切削刃上各点的切削速度相同。 （ ） ．工件材料相对加工性指标Kr越小，材料的切削加工性越好，材料越容易加工。 （ ） ．水溶性切削液以冷却为主，常用于精加工和复杂刀具加工中。 （ ） ．高速切削时，切削液对表面粗糙度影响不明显。 （ ） ．背向力Fp（切深抗力Fy）不消耗功率。 （ ） ．刀具的寿命等于刀具的耐用度（耐用度指一次刃磨到下一次刃磨的切削时间）。（ ） 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。 ( ) 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。 （ ）

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. 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。 （ ）

11. 背吃刀量ap增大一倍时，切削力FC也增大一倍；当进给量f增大一倍时，切削力FC也

增大一倍。 （ ）

12. 主运动是消耗功率最大的运动，一般情况下主运动可以两个或三个。 （ ）

13. 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。 （ ）

14. 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。 （ ）

15．积屑瘤的材料是一种既不同于工件也不同于刀具材料的新的合金。 （ ）

16．陶瓷刀具一般适用于在高速下精细加工硬材料。 （ ）

17．背向力Fp是引起机床切削振动，影响加工精度的主要原因，它不消耗功率。 （ ）

18．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。 （ ）

19．切削加工时，产生的热量越多，切削温度越高。 （ ）

20．切削加工时，减小刀具的主偏角κr，切削温度上升。 （ ）

3分，共12分）

1．硬质合金

2. 刀具寿命

3. 残余应力

4．工件材料的切削加工性

10分） 1 2. 前角的功用是什么？怎样合理选择？

车削直径为80mm棒料的外圆，若选用ap=4mm, f=0.5mm/r, n=240r/min。 （1）试求 Vc；（4分） （2）若主偏角κr=75°(Sin75°=0.966)。试求切削公称厚度hD；切削公称宽度bD；切削层公称横截面积AD。（6

分） 刀具正交平面参考系平面中,用图表示Pr,Ps,Po以及前角γo 、后角αo、主偏角κr、刃倾角λs。