金属切削刀具设计手册 第2版 2019年版 袁哲俊主编

金属切削刀具设计手册（第2版） 
作　者：袁哲俊 著 
出版时间：2019 
内容简介 
　　本手册系统、全面地介绍了各种金属切削刀具的结构及其设计，包括普通刀具和复杂刀具的设计。本手册共分17章，介绍了刀具几何参数的定义、刀具材料和与刀具相关的高速切削技术；普通刀具部分介绍了车刀、孔加工刀具、铣刀和螺纹刀具；复杂刀具部分介绍了拉刀、数控机床用工具系统、齿轮刀具和加工非渐开线齿形工件的刀具。对常用的标准刀具，扼要地介绍了刀具的结构特点和设计方法。对非标准刀具和一些参考资料中叙述较少的先进高效刀具，则较详细地介绍它们的设计原理和方法。手册除附有大量的图表、数据、标准资料和技术要求外，还对不少刀具列有详细的设计计算步骤，并附有设计示例和工作图。手册*后附有刀具夹持部分的结构和尺寸以及国家、行业的刀具标准号，供设计时参考。 本手册可作为刀具设计人员的案头工具书，也可供刀具制造和使用的工程技术人员以及机械制造专业的师生参考。 
目录 
第2版前言 
第1版前言 
第1章刀具几何参数的定义1 
1.1切削运动和切削用量1 
1.1.1工件的加工表面1 
1.1.2切削运动1 
1.1.3切削用量1 
1.2刀具切削部分的构造要素2 
1.3确定刀具角度的参考系4 
1.3.1刀具静止参考系4 
1.3.2刀具工作参考系4 
1.4刀具角度的定义与各角度间的关系6 
1.4.1刀具角度（刀具的标注角度）7 
1.4.2刀具在静止参考系内各角度间的 
关系7 
1.4.3刀具的工作角度7 
1.4.4刀具工作角度与标注角度的关系10 
1.5刀具几何角度及刃部参数的选择原则12 
第2章刀具材料14 
2.1概述14 
2.1.1刀具材料应具备的性能14 
2.1.2常用刀具材料的种类14 
2.1.3不同刀具材料的基本性能分析15 
2.2刀具材料的改性和涂层17 
2.2.1刀具的表面化学热处理17 
2.2.2刀具表面涂层17 
2.3工具钢27 
2.3.1非合金工具钢（原碳素工具钢）27 
2.3.2合金工具钢27 
2.3.3高速工具钢29 
2.4硬质合金37 
2.4.1硬质合金的性能特点37 
2.4.2硬质合金的种类40 
2.4.3硬质合金的选用48 
2.5陶瓷及超硬刀具材料54 
2.5.1陶瓷刀具材料54 
2.5.2金刚石和立方氮化硼刀具材料65 
第3章高速切削刀具材料和工具 
系统74 
3.1高速切削刀具材料74 
3.2高速切削的工具系统74 
3.2.1HSK刀柄74 
3.2.2KM刀柄75 
3.2.3BT、HSK和KM刀柄的对比75 
第4章车刀77 
4.1整体、焊接和机夹车刀77 
4.1.1车刀的种类和用途77 
4.1.2车刀的结构设计78 
4.1.3焊接式硬质合金车刀85 
4.1.4机夹式硬质合金车刀105 
4.1.5切断刀105 
4.1.6几种典型车刀的制图109 
4.2可转位车刀109 
4.2.1可转位车刀的设计特点109 
4.2.2硬质合金可转位刀片与刀垫110 
4.2.3可转位刀片的选择138 
4.2.4可转位车刀几何角度的选择与 
计算146 
4.2.5可转位车刀的型号表示规则148 
4.2.6可转位车刀的型式与尺寸151 
4.2.7主要夹紧元件的尺寸与计算159 
4.2.8硬质合金可转位车刀技术条件162 
4.2.9硬质合金可转位车刀设计示例164 
4.3重型车刀166 
4.3.1重型车削的定义与刀具结构 
特点166 
4.3.2刀片的夹紧方式选择与设计 
要点166 
4.3.3重型车刀刀片168 
4.3.4模块式重型车刀系统169 
4.4超硬材料车刀170 
4.4.1结构型式、特点及适用范围171 
4.4.2复合刀片174 
4.4.3金刚石车刀与立方氮化硼车刀的 
几何角度与切削用量176 
4.4.4单晶金刚石车刀设计示例180 
4.5插刀180 
4.5.1插刀的种类、用途和结构特点180 
4.5.2插刀的切削角度与插削用量181 
4.6成形车刀182 
4.6.1成形车刀的种类和用途182 
4.6.2成形车刀的前角与后角182 
4.6.3成形车刀廓形设计和检验样板184 
4.6.4成形车刀的结构尺寸与夹固 
结构186 
4.6.5成形车刀的刃磨与技术要求192 
4.6.6成形车刀设计示例194 
第5章孔加工刀具202 
5.1麻花钻202 
5.1.1麻花钻的典型结构202 
5.1.2标准麻花钻的刃磨方法207 
5.1.3标准麻花钻切削部分的刃磨 
改进212 
5.1.4标准麻花钻的沟形及其改进221 
5.1.5其他类型的麻花钻228 
5.2深孔钻233 
5.2.1单刃外排屑深孔钻234 
5.2.2内排屑深孔钻236 
5.2.3喷吸钻237 
5.2.4深孔环孔钻（套料钻）242 
5.3浅孔钻与中心钻244 
5.3.1浅孔钻244 
5.3.2中心钻245 
5.4扩孔钻246 
5.4.1扩孔钻的种类246 
5.4.2标准扩孔钻247 
5.4.3焊硬质合金刀片扩孔钻249 
5.5锪钻253 
5.5.1锪钻的种类253 
5.5.2标准锪钻253 
5.5.3镶硬质合金刀片的专用锪钻254 
5.5.4复合专用锪钻254 
5.5.5四方孔及六方孔锪钻254 
5.6铰刀258 
5.6.1铰刀的种类258 
5.6.2铰刀设计与选用258 
5.6.3加工圆柱孔用的整体手用铰刀262 
5.6.4加工圆柱孔用的整体机用铰刀263 
5.6.5加工圆锥孔用的铰刀270 
5.6.6复合铰刀273 
5.6.7可调铰刀273 
5.6.8电镀金刚石铰刀278 
5.6.9使用铰刀时出现的问题原因以及 
解决措施280 
5.7镗刀281 
5.7.1镗刀分类281 
5.7.2整体结构的镗刀281 
5.7.3组合式镗刀283 
5.7.4带可微调机构的镗刀283 
5.7.5镗刀的刀柄287 
第6章铣刀289 
6.1铣刀的种类和用途289 
6.1.1尖齿铣刀289 
6.1.2铲齿铣刀289 
6.2铣削参数和铣刀几何角度的选择289 
6.2.1铣刀几何角度的选择289 
6.2.2铣刀的减振设计289 
6.2.3铣削用量要素及切削层参数293 
6.2.4顺铣、逆铣及铣削的特点295 
6.3铣刀的连接结构和常用标准296 
6.4成形铣刀297 
6.4.1成形铣刀的种类和用途297 
6.4.2铲齿成形铣刀297 
6.4.3铲齿成形铣刀结构参数的确定299 
6.4.4加工直槽的成形铣刀廓形设计304 
6.4.5加工螺旋槽的成形铣刀廓形 
设计305 
6.5高速工具钢铣刀308 
6.5.1高速工具钢尖齿铣刀结构参数的 
设计308 
6.5.2圆柱铣刀309 
6.5.3立铣刀311 
6.5.4盘铣刀318 
6.5.5锯片铣刀321 
6.5.6角度铣刀322 
6.5.7半圆键槽铣刀323 
6.5.8T形槽铣刀324 
6.5.9凸凹半圆铣刀327 
6.5.10圆角铣刀328 
6.5.11模具铣刀329 
6.6硬质合金铣刀332 
6.6.1可转位铣刀刀片332 
6.6.2硬质合金立铣刀340 
6.6.3微型硬质合金立铣刀356 
6.6.4硬质合金T形槽铣刀356 
6.6.5硬质合金锯片铣刀358 
6.6.6硬质合金槽铣刀362 
6.6.7硬质合金旋转锉368 
6.6.8面铣刀374 
6.6.9插铣刀388 
6.6.10高速切削时铣刀的动平衡390 
第7章拉刀394 
7.1概述394 
7.1.1拉刀的种类394 
7.1.2拉刀的结构要素395 
7.1.3拉削的特点及拉削方式395 
7.2拉刀参数确定399 
7.2.1拉削余量及齿升量399 
7.2.2容屑槽及分屑槽401 
7.2.3拉刀几何参数405 
7.2.4拉刀校准齿、过渡齿和精切齿405 
7.2.5拉刀无刀齿的光滑部分407 
7.2.6拉刀总长度和成套拉刀的设计414 
7.2.7拉削力及其验算415 
7.3圆拉刀和圆推刀417 
7.3.1普通圆拉刀417 
7.3.2圆推刀421 
7.3.3挤光圆拉刀和圆推刀423 
7.3.4螺旋齿圆拉刀424 
7.3.5深孔圆拉刀426 
7.4键槽拉刀429 
7.4.1键槽的种类与加工429 
7.4.2键槽拉刀的结构型式和特点429 
7.4.3键槽拉刀的设计438 
7.5矩形花键拉刀446 
7.5.1普通矩形花键拉刀446 
7.5.2螺旋花键拉刀455 
7.5.3矩形花键推刀457 
7.6渐开线花键拉刀458 
7.6.1渐开线花键拉刀设计要点458 
7.6.2渐开线花键拉刀齿形的量棒 
测量法462 
7.6.3梯形齿粗拉刀的设计464 
7.6.4直线齿形（45°压力角）渐开线 
花键拉刀设计465 
7.6.5渐开线花键拉刀设计示例467 
7.7成形孔拉刀484 
7.7.1四方孔拉刀和六方孔拉刀484 
7.7.2矩形孔拉刀492 
7.7.3复合孔拉刀493 
7.8装配式内拉刀495 
7.8.1装配式矩形花键拉刀495 
7.8.2几种装配式拉刀实例497 
7.9外拉刀503 
7.9.1概述503 
7.9.2刀齿设计503 
7.9.3刀块的截面尺寸及长度506 
7.9.4刀块的固定方法、支承及调整507 
7.9.5组合式外拉刀的典型刀块509 
7.9.6几种外拉刀的拉削工作量分配514 
7.10拉刀刀齿的廓形（齿形）修正516 
7.11拉刀的技术要求521 
7.12拉刀的合理使用525 
7.12.1拉刀使用前的准备工作525 
7.12.2拉刀的正确使用530 
7.12.3拉刀的刃磨531 
7.12.4拉削缺陷及消除方法535 
第8章螺纹刀具539 
8.1螺纹刀具的分类、特点和用途539 
8.2螺纹车刀539 
8.2.1机夹刀片螺纹车刀539 
8.2.2螺纹梳刀542 
8.2.3圆体螺纹车刀543 
8.2.4特型螺纹车刀举例544 
8.3丝锥545 
8.3.1丝锥结构设计中的共性问题545 
8.3.2丝锥的螺纹公差550 
8.3.3机用和手用丝锥550 
8.3.4长柄机用丝锥和长柄螺母丝锥557 
8.3.5短柄和弯柄螺母丝锥561 
8.3.6螺旋槽丝锥567 
8.3.7螺尖丝锥570 
8.3.8内容屑丝锥577 
8.3.9挤压丝锥581 
8.3.10梯形螺纹丝锥583 
8.3.11拉削丝锥587 
8.3.1255°圆柱管螺纹丝锥591 
8.3.1355°和60°圆锥管螺纹丝锥595 
8.3.14统一螺纹丝锥和螺母丝锥598 
8.3.15丝锥切削图形的改进及丝锥的 
正确使用604 
8.4板牙609 
8.4.1圆板牙609 
8.4.2G系列圆柱管螺纹圆板牙621 
8.4.3R系列和60°圆锥管螺纹圆板牙623 
8.4.4圆板牙架型式和互换尺寸625 
8.4.5六方板牙625 
8.5螺纹铣刀627 
8.5.1圆盘形螺纹铣刀627 
8.5.2梳形螺纹铣刀628 
8.6滚丝轮和搓丝板636 
8.6.1滚丝轮636 
8.6.2搓丝板639 
8.7螺纹切头642 
8.7.1圆梳刀螺纹切头的典型结构及 
设计642 
8.7.2径向平梳刀螺纹切头的结构及 
设计653 
8.7.3切向平梳刀螺纹切头659 
第9章数控机床用工具系统663 
9.1概述663 
9.1.1工具系统的组成及分类663 
9.1.2工具系统的设计要求663 
9.2机床与工具系统的接口及其标准663 
9.2.17∶24及其他锥度接口663 
9.2.2Capto刀柄666 
9.2.3带有法兰接触面的空心圆锥 
接口670 
9.2.4其他锥度接口679 
9.2.5车削类数控机床与工具系统的 
接口及其标准680 
9.3模块式工具系统接口及公称尺寸 
系列696 
9.3.1概述696 
9.3.2模块式工具系统接口型号和结构 
简介697 
9.3.3TMG21和TMG10模块式接口的 
特点698 
9.3.4镗铣类模块式工具系统700 
9.3.5模块式工具系统实用举例702 
9.4TSG工具系统703 
9.4.1TSG工具系统中各种工具的型号和 
系统图703 
9.4.2接长杆刀柄及其接长杆704 
9.4.3弹簧夹头刀柄及其接杆708 
9.4.4锥柄快换夹头刀柄及其接杆710 
9.4.5钻夹头刀柄713 
9.4.6无扁尾和有扁尾莫氏锥孔刀柄 
及其接杆715 
9.4.7攻螺纹夹头刀柄717 
9.4.8铣刀类刀柄718 
9.4.9刀具锥柄转换过渡套721 
9.4.10套式扩孔钻和铰刀刀柄722 
9.4.11减振刀杆723 
9.5工具系统的动平衡723 
9.5.1刀具的动平衡723 
9.5.2工具系统的不平衡量和离心力724 
9.5.3工具系统的动平衡方法725 
9.5.4工具系统的合理平衡质量等级726 
9.6整体工具系统的制造与验收技术 
条件727 
9.6.1工具系统的柄部和接柄727 
9.6.2工作部分727 
第10章成形齿轮刀具731 
10.1成形齿轮刀具的种类和应用731 
10.1.1基本工作原理731 
10.1.2成形齿轮刀具的主要种类731 
10.2盘形齿轮铣刀732 
10.2.1盘形齿轮铣刀的主要类型732 
10.2.2标准齿轮铣刀的齿形确定和铣刀 
刀号734 
10.2.3加工斜齿轮时盘形铣刀（磨轮） 
齿形的确定739 
10.2.4标准盘形齿轮铣刀的结构尺寸和 
技术条件741 
10.2.5镶齿盘形齿轮铣刀744 
10.2.6硬质合金盘形齿轮铣刀745 
10.3指形齿轮铣刀747 
10.3.1指形齿轮铣刀的主要类型747 
10.3.2指形齿轮铣刀齿形的确定748 
10.3.3指形齿轮铣刀的刀齿结构750 
10.3.4指形齿轮铣刀的夹固部分和 
其他尺寸752 
10.3.5粗加工用指形齿轮铣刀755 
10.3.6精加工螺旋齿指形铣刀756 
10.3.7指形齿轮铣刀的技术要求757 
第11章齿轮滚刀759 
11.1整体齿轮滚刀759 
11.1.1齿形设计759 
11.1.2滚刀的结构参数761 
11.1.3标准齿轮滚刀的公称尺寸763 
11.1.4齿轮滚刀的技术要求763 
11.1.5齿轮滚刀的设计步骤及计算 
示例767 
11.2其他结构齿轮滚刀770 
11.2.1大模数镶齿齿轮滚刀770 
11.2.2圆磨法齿轮滚刀770 
11.2.3小模数齿轮滚刀771 
11.2.4渐开线花键滚刀773 
11.3剃前滚刀和磨前滚刀774 
11.3.1剃前齿轮滚刀774 
11.3.2磨前齿轮滚刀778 
11.4硬质合金滚刀781 
11.4.1硬质合金滚刀的结构782 
11.4.2硬质合金滚刀的齿形和切削 
角度782 
11.4.3硬质合金滚刀的公称尺寸和计算 
尺寸782 
11.5滚齿切削过程分析和几种特殊齿轮 
滚刀784 
11.5.1滚齿切削过程分析和滚刀技术 
发展784 
11.5.2长度加大、正前角、齿高修正、 
小压力角齿轮滚刀785 
11.6滚刀的重磨与检验788 
11.6.1滚刀重磨时的技术要求788 
11.6.2滚刀重磨后的检验789 
第12章加工蜗轮蜗杆的刀具792 
12.1普通蜗轮滚刀792 
12.1.1ZA、ZN、ZI、ZK型圆柱蜗杆的 
几何特性792 
12.1.2蜗轮滚刀的工作原理和加工 
方法792 
12.1.3蜗轮滚刀的结构设计794 
12.1.4ZA、ZN、ZI、ZK型蜗轮滚刀的 
齿形设计798 
12.1.5蜗轮滚刀的技术条件802 
12.1.6普通蜗轮滚刀的设计步骤及 
示例807 
12.1.7点接触非对偶型蜗轮滚刀设计 
方法的发展809 
12.2普通蜗轮剃齿刀810 
12.3普通蜗轮飞刀811 
12.3.1蜗轮飞刀的工作原理与应用 
范围811 
12.3.2蜗轮飞刀的齿形计算811 
12.3.3蜗轮飞刀及刀杆的结构812 
12.4加工圆弧齿圆柱蜗轮副的刀具813 
12.4.1ZC3型轴向圆弧齿圆柱蜗轮 
滚刀814 
12.4.2ZC1型圆弧齿圆柱蜗轮滚刀与 
飞刀816 
12.4.3ZC2型圆弧齿圆柱蜗轮滚刀与 
飞刀820 
12.5加工多头圆柱蜗轮的单头蜗轮滚刀和 
双导程蜗轮滚刀823 
12.5.1加工多头圆柱蜗轮的单头蜗轮 
滚刀823 
12.5.2双导程蜗轮滚刀825 
12.6加工环面蜗轮副的刀具828 
12.6.1直廓环面蜗轮蜗杆传动简介828 
12.6.2加工直廓环面蜗杆的切刀盘与 
切刀831 
12.6.3加工直廓环面蜗轮的滚刀与 
飞刀834 
12.6.4环面蜗轮剃齿刀838 
第13章插齿刀和梳齿刀839 
13.1插齿刀的工作原理和种类用途839 
13.1.1插齿刀的工作原理839 
13.1.2插齿刀的种类和应用839 
13.1.3插齿工艺和插齿刀的技术进展841 
13.2外啮合直齿插齿刀843 
13.2.1插齿刀的后角、前角和齿形 
修正843 
13.2.2插齿刀变位系数的确定845 
13.2.3插齿刀齿顶圆角半径的确定850 
13.2.4直齿外插齿刀结构和主要参数的 
确定852 
13.2.5标准直齿外插齿刀的精度等级、 
结构尺寸、齿形尺寸和通用 
技术条件860 
13.3内啮合直齿插齿刀874 
13.3.1内啮合插齿刀的特点874 
13.3.2内啮合插齿刀最大变位系数 
(x0)max的确定875 
13.3.3内啮合插齿刀最小变位系数 
（x0）min的确定878 
13.3.4少齿数插齿刀本身根切的避免879 
13.3.5内啮合直齿插齿刀结构参数的 
确定和设计步骤880 
13.4几种专门用途的直齿插齿刀889 
13.4.1渐开线花键孔插齿刀889 
13.4.2谐波齿轮插齿刀894 
13.4.3修缘插齿刀896 
13.4.4剃前插齿刀898 
13.5斜齿插齿刀904 
13.5.1斜齿插齿刀概述904 
13.5.2人字齿轮插齿刀904 
13.5.3斜齿轮插齿刀906 
13.5.4加工斜齿插齿刀的专用滚刀齿形 
计算910 
13.6插齿刀制造和使用中的若干问题911 
13.6.1插齿刀侧刃齿形表面的磨制911 
13.6.2插齿刀公称直径的选择912 
13.6.3插齿切削用量的优选913 
13.6.4插齿刀的刃磨913 
13.7梳齿刀914 
13.7.1梳齿刀概述914 
13.7.2直齿梳齿刀914 
13.7.3斜齿梳齿刀916 
13.7.4梳齿刀的技术要求918 
13.7.5加工非标准齿轮920