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绪论 1

0.1切削加工的重要性 1

0.2切削加工的系统性 4

0.2.1切削加工是一个复杂的系统问题 5

0.2.2切削加工工艺是整个切削加工系统的基础 6

0.2.3切削加工系统的动态特性 10

0.2.4机床和夹具对切削加工输出的影响 12

0.2.5切削加工系统中最活跃的因素——刀具 13

0.2.6分析和解决切削加工问题需要有系统的观点和方法 13

0.2.7应用系统工程方法解决切削加工问题的途径 14

0.3切削加工的效率和经济性分析 15

0.3.1分析切削加工经济性的意义 15

0.3.2切削加工成本的计算公式 16

0.3.3降低加工成本的途径 17

参考文献 20

第一篇 刀具设计基础 23

第1章 金属切削的基本原理 23

1.1切削变形与切屑的形成 23

1.1.1研究金属切削过程的意义 23

1.1.2研究金属切削过程的方法 23

1.1.3金属切削层的变形 24

1.1.4切屑类型及切屑形状的分类 25

1.1.5变形程度的表示方法 28

1.1.6积屑瘤 30

1.1.7鳞刺 31

1.1.8影响切屑变形的主要因素 32

1.2切削力 34

1.2.1切削力的来源、合成及分解 35

1.2.2切削力的测量 35

1.2.3切削力的计算公式及示例 37

1.2.4影响切削力的主要因素 40

1.3切削热和切削温度 44

1.3.1切削热的产生和传导 44

1.3.2切削温度的测量方法 45

1.3.3影响切削温度的主要因素 47

1.4刀具磨损、破损和刀具寿命 50

1.4.1刀具磨损的形态 50

1.4.2刀具磨损的原因 50

1.4.3刀具磨损过程及磨钝标准 52

1.4.4刀具寿命及其经验公式 54

1.4.5刀具的破损 57

参考文献 60

第2章 刀具材料 62

2.1概述 62

2.1.1刀具材料的基本性能 62

2.1.2刀具材料的性能特点及应用范围 63

2.1.3刀具材料与加工材料的匹配特性 64

2.2高速钢 66

2.2.1低合金高速钢 66

2.2.2普通高速钢 67

2.2.3高性能高速钢 67

2.2.4粉末冶金高速钢 68

2.2.5高速钢刀具的材料的应用 69

2.2.6高速钢刀具的刃磨 70

2.3硬质合金 71

2.3.1硬质合金的成分与性能 71

2.3.2硬质合金的类型及适用范围 72

2.3.3超细晶粒硬质合金 75

2.3.4切削削刀具用新型硬质合金 76

2.3.5硬质合金刀具的应用 77

2.3.6硬质合金刀具的刃磨 78

2.4金属陶瓷 79

2.4.1金属陶瓷的特性 80

2.4.2金属陶瓷的类型和适用范围 81

2.4.3涂层金属陶瓷简介 83

2.4.4金属陶瓷刀具的应用范围 83

2.5陶瓷 84

2.5.1陶瓷材料的成分和性能 84

2.5.2陶瓷刀具材料的类型和适用范围 85

2.5.3陶瓷刀具材料的增韧补强方法 88

2.5.4新型陶瓷刀具材料 89

2.5.5陶瓷刀具的结构及应用 90

2.5.6陶瓷刀具的刃磨 92

2.6超硬刀具材料 93

2.6.1金刚石 93

2.6.2立方氮化硼 98

参考文献 103

第3章 刀具几何参数对刀具切削性能的影响 104

3.1刀具几何参数的定义、功能 104

3.1.1工件上的3个表面 104

3.1.2切削运动的变量 104

3.1.3刀具结构要素 105

3.1.4刀具前角 105

3.1.5刀具后角 107

3.1.6楔角 108

3.1.7主偏角 108

3.1.8副偏角 108

3.1.9刀尖角 108

3.1.10刃倾角 109

3.2刀具类型几何参数的特点和识别 109

3.2.1可转位内、外圆车刀的几何参数 109

3.2.2切槽刀和切断刀的几何参数 111

3.2.3螺纹车刀的几何参数 112

3.2.4钻头的几何参数 112

3.2.5铣刀刀体的几何参数 114

3.2.6铣刀刀片的几何参数 115

3.2.7镗刀片的几何参数 117

3.3几何参数对切削过程的影响 117

3.3.1前角的影响 117

3.3.2后角的影响 118

3.3.3主偏角的影响 119

3.3.4副偏角的影响 120

3.3.5刀尖角的影响 121

3.3.6刃倾角的影响 121

3.3.7刀尖圆角的影响 122

3.3.8倒棱的影响 123

3.3.9钝圆半径的影响 125

3.3.10刃带和消振棱的影响 126

3.4刀具几何参数与刀具创新 127

3.4.1刀具前角 127

3.4.2刀具后角 128

3.4.3主偏角 129

3.4.4副偏角 129

3.4.5刀尖角 130

3.4.6分屑槽 130

第4章 刀具结构设计计算 131

4.1概述 131

4.1.1刀具结构的系统学分析 131

4.1.2刀具结构设计的基本步骤 133

4.1.3刀具结构的总体分类 136

4.2可转位刀具基本结构 137

4.3可转位刀片 139

4.3.1可转位刀具的孔形 140

4.3.2可转位刀片的槽形 140

4.3.3可转位刀片的定位夹紧结构 142

4.3.4刀片刃口的保护设计 145

4.4可转位车刀的常见结构 146

4.4.1内外圆车刀的常见结构 146

4.4.2可转位切槽/切断刀具和螺纹车刀的结构 148

4.5可转位钻头的常见结构 150

4.5.1可转位浅孔钻 150

4.5.2刀头式钻头 151

4.5.3较大直径深孔可转位钻头 152

4.6镗刀的调节结构 153

4.7可转位铣刀的常见结构 155

4.7.1铣刀刀片的安装 155

4.7.2铣刀片位置调整 158

4.8模块式刀具的结构 159

4.8.1模块式车刀 159

4.8.2模块式钻头 160

4.8.3模块式铣刀的结构 161

4.8.4模块式铰刀 164

4.8.5模块式丝锥 164

4.9刀具的内冷却通道 165

4.10刀具结构设计软件及应用 166

4.10.1刀具结构设计软件的要求 166

4.10.2三维设计软件的功能 166

4.10.3设计实例 168

第5章 刀具涂层 172

5.1涂层对刀具材料的改性作用及其发展历程 172

5.1.1现代刀具涂层技术的发展历程 172

5.1.2涂层对刀具材料表面的改性作用 174

5.2刀具涂层的基本原理和装备 175

5.2.1刀具化学涂层技术基本原理和装备 175

5.2.2刀具物理涂层技术的基本原理和装备 176

5.2.3混合涂层技术及装备 180

5.3刀具涂层的类别 180

5.3.1化学涂层的类别 181

5.3.2物理涂层的类别 182

5.4刀具涂层的设计及选用思路 184

5.5刀具涂层材料的类别、特点和适用范围 185

5.5.1含钛系列 185

5.5.2含铝系列 185

5.5.3其他常用的涂层材料 186

5.6刀具涂层前后处理技术 187

5.6.1刀具涂层前处理技术 187

5.6.2刀具涂层后处理技术 188

5.7刀具涂层重涂技术和退镀技术 189

5.7.1刀具重涂技术 189

5.7.2刀具涂层的退镀技术 189

参考文献 190

第6章 工具系统及刀具装夹技术 191

6.1概述 191

6.1.1工具系统的组成及分类 191

6.1.2工具系统的设计要求 192

6.1.3典型的工具系统 192

6.2数控刀柄及其工具系统的设计 196

6.2.1数控刀柄的结构及设计 196

6.2.2数控HSK刀柄的参数化设计 198

6.2.3数控HSK工具系统的动平衡及其设计 200

6.2.4 HSK刀柄及其工具系统的连接技术 210

6.3刀柄与机床主轴的接口技术及设计 210

6.3.1刀柄与机床主轴的结合要求 210

6.3.2刀柄与机床主轴的连接形式 212

6.3.3刀柄与机床主轴的接口设计 212

6.4刀具装夹的典型结构及其连接 217

6.4.1高速刀具装夹的典型结构 217

6.4.2高速刀具装夹及其连接方法 220

参考文献 223

第7章 刀具标准及其应用 224

7.1刀具标准概述 224

7.1.1标准化的意义 224

7.1.2标准化的基本原则 224

7.1.3我国刀具标准的现状 227

7.1.4刀具国际标准和国外标准情况 228

7.2刀具标准体系及框架 230

7.2.1刀具标准体系 230

7.2.2刀具标准体系框架 231

7.3刀具标准分类 233

7.3.1按照级别分类 233

7.3.2按照标准涉及的对象类型分类 235

7.3.3按照标准性质分类 237

7.4重要刀具标准分类简介 238

7.4.1刀具术语典型标准 238

7.4.2刀具代号典型标准介绍 242

7.4.3刀具方法典型标准介绍 257

7.4.4刀具接口典型标准介绍 261

7.4.5刀具产品标准介绍 304

7.5刀具标准在刀具设计和刀具使用中的应用 307

7.5.1标准刀具的设计及选用 307

7.5.2非标刀具的标准引用 308

7.5.3刀具标准的应用 308

第二篇 刀具应用技术 313

第8章 工件材料的可切削加工性 313

8.1机械工程中的工件材料 314

8.2工件材料的切除过程 314

8.3工件材料可切削加工性的概念及评定方法 316

8.3.1工件材料可切削加工性概念 316

8.3.2评定工件材料可切削加工性方法 316

8.3.3用相对可切削加工性综合评定工件材料的可切削加工性及可切削加工性分级 317

8.4影响工件材料可切削加工性的因素 319

8.5工件材料的分类及其可切削加工性 320

8.5.1工件材料分类及适宜硬质合金切削牌号 320

8.5.2各类工件材料的切削加工特点 322

8.6改善材料可切削加工性的措施 334

8.6.1改善工件材料可切削加工性的方法 334

8.6.2优化切削条件提高可切削加工性 335

参考文献 336

第9章 切削数据库的应用 337

9.1概述 337

9.1.1切削数据库的作用和使用 337

9.1.2切削数据库的现状 338

9.1.3切削数据库的体系结构 340

9.1.4建立切削数据库的核心技术 341

9.1.5切削数据库存在的问题 341

9.1.6切削数据库的发展方向 341

9.2通用切削数据库的建立和应用 342

9.2.1金属切削原理性数据库的建立 342

9.2.2工件材料数据库的建立 343

9.2.3切削机床数据库的建立 344

9.2.4切削刀具数据库的建立 345

9.2.5切削工艺数据库的建立 346

9.2.6切削技术新动态 352

9.2.7典型先进切削技术 352

9.2.8典型应用领域 352

9.2.9通用切削数据库查询示例 353

9.3切削数据库的发展 358

9.3.1计算机有限元分析技术与切削数据技术的结合——切削仿真技术 358

9.3.2计算机数字化设计/制造技术与切削数据库技术结合——切削数据集成化技术 358

9.3.3人工智能技术与切削数据库技术结合——切削数据智能化技术 364

9.3.4计算机优化技术与切削数据库技术结合——切削数据优化技术 368

9.3.5计算机网络技术与切削数据库技术结合——切削数据网络支持技术 373

9.3.6切削数据库展望 376

第10章 切削加工的冷却润滑技术 378

10.1切削液的作用及其机理 378

10.1.1切削液的润滑作用及其机理 378

10.1.2切削液的冷却作用及其机理 382

10.1.3切削液的清洗（排屑）作用及其机理 383

10.1.4切削液的防腐蚀作用及其机理 384

10.2切削液的种类与组成 386

10.2.1切削液的分类标准 386

10.2.2切削液组成与性能简介 386

10.3切削液的选择与管理 391

10.3.1切削液的性能比较与选用要点 391

10.3.2切削液的管理 395

10.4切削液的供液方法 400

10.4.1普通供液法 400

10.4.2压力供液法 402

10.4.3射流供液法 405

10.4.4喷雾供液法 406

10.4.5其他供液法 407

10.4.6集中供液系统 408

10.5微量切削液加工技术 408

10.5.1微量切削液加工的术语、含义及特点 408

10.5.2微量切削液 409

10.5.3 MCF的供液方式和装置 410

10.5.4 MCF加工的问题 411

10.6环境友好切削液 412

10.6.1环境友好切削液的含义与界定 412

10.6.2环境友好切削液的基础油 413

10.6.3环境友好切削液的添加剂 414

10.6.4环境友好切削液的研究动向 415

参考文献 417

第11章 加工表面完整性 420

11.1概述 420

11.1.1表面完整性的意义 420

11.1.2表面完整性概念及组成要素 421

11.1.3表面完整性评价体系及方法 421

11.2表面的质量及其控制 422

11.2.1已加工表面的形成过程 422

11.2.2表面粗糙度及其评定方法 423

11.2.3表面纹理特征及评价 428

11.2.4改善表面粗糙度的基本途径 431

11.3棱边（毛刺）的质量及控制 433

11.3.1毛刺的特征参数及分类体系 433

11.3.2毛刺形成与变化的基本规律 436

11.3.3主动控制毛刺的基本途径 439

11.4表层的质量及其控制 442

11.4.1表层的金相组织 442

11.4.2残余应力 443

11.4.3加工硬化 448

参考文献 451

第12章 高速切削和高效切削刀具技术 452

12.1高速切削技术 452

12.1.1高速切削加工概念 452

12.1.2高速切削的切削力 454

12.1.3高速切削的切削热 455

12.1.4高速切削刀具的磨损 456

12.1.5高速切削刀具 457

12.1.6高速切削刀柄与机床的连接系统 471

12.1.7刀具夹持及刀具系统 474

12.1.8高速切削削刀具的动平衡技术 475

12.1.9高速切削刀具安全技术 483

12.2高效切削技术 485

12.2.1高效切削加工概念 486

12.2.2高效加工的机床 487

12.2.3高效切削刀具特征 489

12.2.4高效切削的切削参数 491

12.2.5减薄切屑的高效切削 495

12.2.6新加工方法高效切削 501

12.2.7复合刀具 509

12.2.8柔性刀具 513

12.2.9智能刀具 516

参考文献 521

第13章 硬切削和干式切削刀具技术 524

13.1硬切削的特点 524

13.1.1高速硬切削机理 526

13.1.2硬切削刀具技术 528

13.1.3硬切削的切削参数 535

13.1.4对工艺系统的要求 535

13.1.5高速硬切削的应用 536

13.2干式切削 541

13.2.1干式切削特点 541

13.2.2干式切削的适用性 542

13.2.3金属切削层的软化理论 543

13.2.4干式切削的刀具[69-75] 544

13.2.5干式切削的机床 549

13.2.6干式切削的工艺 549

13.2.7干式铣削加工的应用 550

13.2.8自润滑刀具 551

13.2.9微量润滑切削技术 553

13.2.10其他冷却干式切削技术 556

参考文献 557

第14章 铣削走刀路线及编程方法 560

14.1铣削走刀路线的确定 560

14.2铣削加工程序的编制 571

14.2.1程序的格式 571

14.2.2程序段的格式 572

14.2.3数控编程的指令介绍 572

14.2.4固定循环指令 578

14.2.5用户宏功能 580

14.3数控铣削加工编程举例 583

14.3.1槽型零件的铣削 583

14.3.2平面凸轮的数控铣削工艺分析及程序编制 585

14.3.3利用宏编制固定循环 587

参考文献 589

第15章 刀具管理 590

15.1刀具管理的意义 590

15.2刀具管理的特点 591

15.3刀具管理的发展过程 591

15.4刀具管理的类别 592

15.5刀具管理的体系和结构 593

15.6刀具管理的实施 594

15.6.1刀具的采购及其管理 594

15.6.2刀具的物流和库存管理 595

15.6.3三套刀的循环 597

15.6.4刀具的调整管理 598

15.6.5刀具的修磨管理 599

15.7刀具管理信息系统 599

15.8刀具管理的不同模式 601

参考文献 602

附录A GB/T 9943—2008《高速工具钢》 603

附录B GB/T 16461—1996《单刃车削刀具寿命试验》 610

附录C GB/T 16460—1996《立铣刀寿命试验》 623

附录D 工件材料分类（按DIN/ISO 513和VDI 3323） 638

附录E 刀具国家、行业标准 640

附录F 国家标准硬度转换 649