2025年金屬切削原理及刀具階段測試及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.下列關(guān)于金屬切削主運(yùn)動的描述中，正確的是（）。A.主運(yùn)動通常由工件完成，進(jìn)給運(yùn)動由刀具完成B.主運(yùn)動是使刀具與工件產(chǎn)生相對運(yùn)動以進(jìn)行切削的最基本運(yùn)動C.主運(yùn)動的速度低于進(jìn)給運(yùn)動D.車削外圓時，刀具的縱向移動是主運(yùn)動2.在正交平面參考系中，構(gòu)成基面Pr、切削平面Ps和正交平面Po的三個平面關(guān)系為（）。A.Pr垂直于主運(yùn)動方向，Po垂直于Pr和PsB.Ps平行于主切削刃，Pr平行于主運(yùn)動方向C.Po包含進(jìn)給運(yùn)動方向，Pr與Ps相交于主切削刃D.Pr與Ps垂直，Po與Pr成45°夾角3.刀具前角γo增大時，通常會導(dǎo)致（）。A.切削力增大，切削溫度升高B.切削刃鋒利性提高，但刀具強(qiáng)度降低C.切屑變形增大，斷屑難度增加D.加工表面粗糙度值減小，但刀具磨損加快4.積屑瘤對切削加工的影響中，屬于有利方面的是（）。A.增大實際前角，減小切削力B.導(dǎo)致切削厚度波動，影響尺寸精度C.加劇刀具前刀面磨損D.使加工表面產(chǎn)生鱗刺5.硬質(zhì)合金刀具按ISO標(biāo)準(zhǔn)分類時，K類（舊牌號YG類）主要用于加工（）。A.鋼料B.鑄鐵及有色金屬C.不銹鋼及高溫合金D.淬硬鋼6.切削溫度最高的區(qū)域通常出現(xiàn)在（）。A.前刀面與切屑接觸區(qū)B.后刀面與已加工表面接觸區(qū)C.副后刀面與過渡表面接觸區(qū)D.切削刃與工件待加工表面接觸區(qū)7.下列關(guān)于刀具磨損的描述中，錯誤的是（）。A.初期磨損階段主要由刀具表面微觀不平引起B(yǎng).正常磨損階段磨損速率較穩(wěn)定，是刀具的有效工作期C.劇烈磨損階段應(yīng)立即換刀，否則會導(dǎo)致加工質(zhì)量下降D.后刀面磨損量VB是衡量刀具磨損的唯一指標(biāo)8.車削加工時，若工件材料為45鋼（σb=600MPa），選用YT15硬質(zhì)合金刀具，合理的切削速度范圍應(yīng)為（）。A.30~50m/minB.60~100m/minC.120~180m/minD.200~250m/min9.切屑類型中，帶狀切屑形成的主要條件是（）。A.工件材料塑性低，切削厚度大，切削速度低B.工件材料塑性高，切削厚度小，切削速度高C.工件材料脆性大，切削速度中等，進(jìn)給量較大D.工件材料強(qiáng)度高，切削溫度低，刀具前角小10.刀具刃傾角λs為負(fù)值時，會使（）。A.切屑流向已加工表面，可能劃傷工件B.刀尖強(qiáng)度提高，適合斷續(xù)切削C.切削力的徑向分力減小，有利于減小振動D.刀具鋒利性增強(qiáng)，適合精加工11.下列關(guān)于切削液的作用，描述不正確的是（）。A.冷卻作用主要通過熱傳導(dǎo)降低切削區(qū)溫度B.潤滑作用通過滲透到刀具與切屑界面形成吸附膜C.乳化液的冷卻性能優(yōu)于切削油，潤滑性能更差D.加工鑄鐵時，使用切削液可顯著提高刀具壽命12.高速鋼刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，其主要優(yōu)勢是（）。A.硬度高，耐磨性好B.紅硬性高，可承受更高切削溫度C.工藝性好，容易磨出復(fù)雜刃形D.抗粘結(jié)磨損能力強(qiáng)13.加工硬化現(xiàn)象對切削加工的影響是（）。A.提高已加工表面硬度，改善零件耐磨性，無需控制B.導(dǎo)致后續(xù)切削時刀具磨損加劇，需合理選擇切削參數(shù)C.使切屑變形減小，切削力降低D.僅發(fā)生在脆性材料加工中，塑性材料無此現(xiàn)象14.確定刀具耐用度時，通常不考慮的因素是（）。A.刀具材料成本B.工件加工精度要求C.機(jī)床功率限制D.操作工人的熟練程度15.下列切削用量三要素中，對切削溫度影響最大的是（）。A.背吃刀量apB.進(jìn)給量fC.切削速度vcD.三者影響程度相同二、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）1.切削層公稱橫截面積等于背吃刀量與進(jìn)給量的乘積。（）2.刀具后角αo增大，可減小后刀面與已加工表面的摩擦，但會降低刀具強(qiáng)度。（）3.切削速度vc提高時，切削力Fz會先減小后增大，因為積屑瘤的影響。（）4.硬質(zhì)合金刀具一般采用焊接或機(jī)夾方式固定，很少整體使用。（）5.切屑的變形程度可以用變形系數(shù)Λh表示，Λh越大，切屑越薄，切削力越小。（）6.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是指刀具磨損到不能繼續(xù)使用時的磨損量，通常以VBmax表示。（）7.加工不銹鋼時，由于材料導(dǎo)熱性差、加工硬化嚴(yán)重，應(yīng)選用較小的前角和較大的后角。（）8.高速切削（HSM）中，隨著切削速度提高，切削溫度會持續(xù)上升，因此需采用更耐高溫的刀具材料。（）9.陶瓷刀具的硬度和耐磨性優(yōu)于硬質(zhì)合金，但脆性大，適合精加工和半精加工。（）10.切削用量選擇的基本原則是：在保證加工質(zhì)量的前提下，優(yōu)先增大背吃刀量，其次增大進(jìn)給量，最后提高切削速度。（）三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述刀具標(biāo)注角度的定義及其參考系的作用。2.分析切削力的來源，并說明影響切削力的主要因素。3.積屑瘤是如何形成的？生產(chǎn)中如何控制積屑瘤以改善加工質(zhì)量？4.比較高速鋼與硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)，說明各自適用的加工場景。5.刀具磨損的主要形式有哪些？各發(fā)生在什么條件下？四、計算題（每題10分，共20分）1.車削一根直徑φ80mm的45鋼軸，選用刀具為YT15硬質(zhì)合金，主偏角κr=90°，進(jìn)給量f=0.3mm/r，背吃刀量ap=2mm，切削速度vc=120m/min。求：（1）主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）；（2）切削層公稱寬度bD（mm）；（3）切削層公稱厚度hD（mm）。（π取3.14）2.已知切削力經(jīng)驗公式為Fz=900ap0.9f0.75vc-0.2（單位：N），當(dāng)ap=3mm，f=0.25mm/r，vc=100m/min時，計算切削力Fz。若將vc提高到150m/min，其他參數(shù)不變，F(xiàn)z變?yōu)槎嗌?？分析切削速度對切削力的影響?guī)律。五、綜合分析題（10分）某工廠采用YT15硬質(zhì)合金刀具車削40Cr調(diào)質(zhì)鋼（硬度280HBS），出現(xiàn)以下問題：（1）刀具后刀面磨損嚴(yán)重，壽命僅30分鐘；（2）加工表面粗糙度Ra值達(dá)6.3μm，不滿足Ra≤3.2μm的要求。請結(jié)合金屬切削原理，分析可能原因并提出改進(jìn)措施。答案及解析一、單項選擇題1.B（主運(yùn)動是切削加工中最基本、最主要的運(yùn)動，速度最高，通常由機(jī)床的主運(yùn)動部件完成，如車床的工件旋轉(zhuǎn)、銑床的刀具旋轉(zhuǎn)）2.A（正交平面參考系中，基面Pr垂直于主運(yùn)動方向，切削平面Ps包含主切削刃并垂直于Pr，正交平面Po垂直于Pr和Ps的交線即主切削刃）3.B（前角增大，刃口鋒利，切屑變形減小，切削力降低，但刀具楔角減小，強(qiáng)度下降）4.A（積屑瘤增大實際前角，可減小切削力；其他選項均為不利影響）5.B（K類硬質(zhì)合金含Co量高，韌性好，適合加工鑄鐵、有色金屬等脆性材料）6.A（前刀面與切屑的劇烈摩擦和塑性變形是切削熱的主要來源，故前刀面接觸區(qū)溫度最高）7.D（后刀面磨損量VB是常用指標(biāo)，但前刀面月牙洼磨損深度KT也是重要衡量參數(shù)）8.C（YT15適合加工鋼料，切削速度一般為100~200m/min，45鋼屬于中碳鋼，取中間值）9.B（帶狀切屑形成于塑性好的材料（如低碳鋼）、小切削厚度、高切削速度條件下）10.B（負(fù)刃傾角使刀尖處于切削刃最低點(diǎn)，增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，適合斷續(xù)切削或粗加工）11.D（鑄鐵加工時切屑為崩碎切屑，切削液難以進(jìn)入切削區(qū)，且易污染，通常不使用）12.C（高速鋼可磨性好，適合制造鉆頭、絲錐等復(fù)雜刀具；硬質(zhì)合金硬度和紅硬性更高）13.B（加工硬化會提高已加工表面硬度，但使后續(xù)切削時刀具承受更大應(yīng)力，加劇磨損）14.D（刀具耐用度由刀具材料、工件材料、加工要求和機(jī)床性能決定，與操作工人熟練程度無關(guān)）15.C（切削速度對切削溫度影響最大，其次是進(jìn)給量，背吃刀量影響最?。┒?、判斷題1.√（切削層公稱橫截面積AD=ap×f）2.√（后角增大，摩擦減小，但刀具楔角βo=90°-αo-γo，βo減小導(dǎo)致強(qiáng)度下降）3.×（切削速度提高，積屑瘤先增大后減小，切削力Fz先減小后增大，但主要影響因素是切削速度本身的熱軟化作用）4.√（硬質(zhì)合金脆性大，整體使用易斷裂，故多采用焊接或機(jī)夾結(jié)構(gòu)）5.×（變形系數(shù)Λh=切削層公稱厚度hD/切屑厚度hch，Λh越大，切屑越厚，變形越大，切削力越大）6.×（磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是指刀具磨損到必須重磨或更換時的磨損量，VBmax是最大允許值）7.×（不銹鋼加工需減小摩擦，應(yīng)采用較大前角（15°~20°）和較小后角（6°~8°）以增強(qiáng)刀具強(qiáng)度）8.×（高速切削中，當(dāng)超過“死谷”速度后，切削溫度會隨速度提高而下降）9.√（陶瓷刀具硬度高（HRA91~95），但脆性大，適合精加工和半精加工）10.√（背吃刀量對刀具壽命影響最小，故優(yōu)先增大ap以減少走刀次數(shù)）三、簡答題1.刀具標(biāo)注角度是在刀具設(shè)計圖上標(biāo)注的角度，用于定義刀具切削部分的幾何形狀，參考系為正交平面參考系（由基面Pr、切削平面Ps、正交平面Po構(gòu)成）。其作用是統(tǒng)一刀具角度的測量基準(zhǔn)，便于設(shè)計、制造和刃磨。2.切削力來源：（1）切屑形成時的彈塑性變形抗力；（2）刀具與切屑、工件表面的摩擦阻力。影響因素：（1）工件材料（強(qiáng)度、硬度越高，切削力越大）；（2）切削用量（ap、f增大，切削力增大；vc提高，切削力先減小后增大）；（3）刀具角度（前角γo增大，切削力減小；主偏角κr增大，徑向分力Fy減小）。3.積屑瘤形成條件：切削塑性材料、中等切削速度（此時溫度300~400℃，切屑與前刀面摩擦系數(shù)最大）、刀具前角較小。控制措施：（1）提高切削速度或降低切削速度（避開中速區(qū)）；（2）增大刀具前角，減小摩擦；（3）使用切削液，降低界面溫度和摩擦；（4）提高工件材料硬度（如正火處理），降低塑性。4.高速鋼：硬度HRC62~68，紅硬性600℃，抗彎強(qiáng)度2.5~4GPa，工藝性好（可磨性、熱處理性），適合制造復(fù)雜刀具（鉆頭、拉刀）、低速精加工。硬質(zhì)合金：硬度HRA89~94，紅硬性800~1000℃，抗彎強(qiáng)度0.9~2.5GPa，脆性大，適合制造簡單刀具（車刀、銑刀）、高速粗加工或半精加工。5.主要磨損形式：（1）前刀面磨損（月牙洼磨損）：發(fā)生在高速切削塑性材料時，切屑與前刀面高溫高壓下的擴(kuò)散磨損；（2）后刀面磨損（VB）：發(fā)生在所有切削條件下，刀具后刀面與已加工表面的摩擦；（3）邊界磨損：發(fā)生在切削刃靠近工件外圓或端面處，由加工硬化層或切削厚度變化引起。四、計算題1.（1）主軸轉(zhuǎn)速n=1000vc/(πd)=1000×120/(3.14×80)≈477.7r/min（取478r/min）（2）切削層公稱寬度bD=ap/sinκr=2/sin90°=2mm（κr=90°時，sinκr=1）（3）切削層公稱厚度hD=f×sinκr=0.3×sin90°=0.3mm2.原切削力Fz=900×30.9×0.250.75×100-0.2計算指數(shù)：30.9≈2.659，0.250.75=(1/4)3/4=1/(43/4)=1/(21.5)=≈0.3536，100-0.2=10-0.4≈0.398則Fz≈900×2.659×0.3536×0.398≈900×0.374≈336.6Nvc=150m/min時，150-0.2=(100×1.5)-0.2=100-0.2×1.5-0.2≈0.398×0.88≈0.350Fz≈900×2.659×0.3536×0.350≈900×0.330≈297N結(jié)論：切削速度提高，切削力減小，因為vc增加使切屑變形減小，且高溫軟化作用降低了材料強(qiáng)度。五、綜合分析題可能原因：（1）刀具后刀面磨損嚴(yán)重：①40Cr調(diào)質(zhì)鋼硬度較高（280HBS），YT15（含TiC15%）適合加工中碳鋼，但可能后角αo過小（摩擦大）；②切削速度過高（超過YT15的合理范圍100~180m/min），導(dǎo)致熱磨損加?。虎畚词褂们邢饕?，冷卻潤滑不足。（2）表面粗糙度大：①進(jìn)給量f過大，殘留面積高度H=f/(2tanκr)增大；②刀具刃口不鋒利（后刀面磨損VB大