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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