18 道切削理论与刀具练习题及答案

1. 1. 在单刃金属切削中，切屑在刀刃前方究竟是如何形成的？

   • A.工件材料发生塑性变形，沿刀刃前方的剪切面被剪断。✓ 答案
   • B.刀刃像楔子沿木纹劈开木头一样，把前方的材料直接劈裂开来。
   • C.切削产生的热量把工件表面一薄层金属熔化，刀具再把熔化层抹掉。
   • D.刀具像砂轮那样对表面进行磨削，把材料磨成松散颗粒去除。

   切屑的形成属于塑性变形，而非劈裂或熔化：刀具挤压材料，直到材料沿刀刃前方的狭窄剪切区（变形区）被剪断。绝大部分切削能量消耗在该区的剪切以及切屑与前刀面的摩擦上，这正是切削产生热量的原因。

   编号 QB-JHDGFB依据： NIMS Machining Level I Standards (NIMS/ANSI 101-2001), KSAO 7.1 Cutting Theory — zone of distortion, cutting interface, chip formation报告此题的问题

2. 2. 车削灰铸铁时，机械师看到切屑以细小的碎块形式脱离刀具，而不是长条卷屑。这说明什么？

   • A.刀具已经变钝必须重新刃磨，因为刃磨正确的刀具总是产生长而连续的带状切屑。
   • B.这是正常的崩碎（不连续）切屑，因为灰铸铁这类脆性材料在剪切区直接断裂，而不是在刀具前方塑性流动。✓ 答案
   • C.主轴转速远高于安全范围，切屑是被离心力甩断成碎块的。
   • D.切削液没有到达切削区，切屑因此硬化，还来不及卷曲就断裂了。

   低碳钢、铝、铜等塑性材料在刀具前方发生塑性流动，形成连续切屑；灰铸铁、青铜等脆性材料在剪切区直接断裂，形成崩碎（不连续）切屑。这种带磨粒性的粉状切屑也正是灰铸铁通常干切或用压缩空气、而不用大量切削液的原因。

   编号 QB-ZZUYP9依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 Cutting Theory — chip formation and machinability (continuous vs discontinuous chips)报告此题的问题

3. 3. 一个软而塑性好的低碳钢零件正在低速车削。加工表面粗糙撕裂，并发现工件金属焊粘在刀具前刀面上。这是什么现象？正确的对策是什么？

   • A.前刀面正在产生月牙洼磨损；对策是换用硬度更高的硬质合金牌号并把进给量减到大约一半。
   • B.后角磨得过大，刃口失去支撑而塌陷，把金属重新涂抹到已加工表面上。
   • C.形成了积屑瘤；应提高切削速度、加大前角，或改用更好的切削液。✓ 答案
   • D.进给量过大导致工件加工硬化；应减小进给量，直到切屑变成细粉状为止。

   当软而粘的工件材料在低切削速度或润滑不足的条件下被压焊到前刀面上时，就会形成积屑瘤。焊粘的瘤块周期性脱落并划过已加工表面，因此对策是跳出产生积屑瘤的速度区间（提高速度）、减小焊粘倾向（加大前角）或改善润滑。

   编号 QB-HH26AA依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 Cutting Theory — friction and cutting interface (built-up edge)报告此题的问题

4. 4. 在切屑正常排出的常规金属切削中，切削区产生的热量大部分去了哪里？

   • A.进入工件，工件吸收大部分热量，因此必须在两次走刀之间让其冷却。
   • B.进入刀具，刀具通过刀杆把绝大部分热量传导到刀夹中去。
   • C.进入周围空气和机床结构，主要靠裸露切削区的辐射散热。
   • D.进入切屑，切屑在排出时把剪切区产生的绝大部分热量一并带离切削区。✓ 答案

   切削能量绝大部分在剪切区以及切屑与前刀面的接触界面上转化为热量，而切屑在排出时把其中的大部分带走。因此切屑发热变色是正常现象，而工件发烫或刀具过热则说明排屑、速度或冷却出了问题。

   编号 QB-YZGNH8依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 Cutting Theory — heat, friction, cutting interface报告此题的问题

5. 5. 在刀具前刀面上、距切削刃稍后处磨出的凹坑状磨损称为：

   • A.月牙洼磨损，由高温切屑沿前刀面滑过所造成。✓ 答案
   • B.后刀面磨损，由切削过程中刀具后刀面与新加工表面之间的摩擦所造成。
   • C.沟槽磨损，由切削深度外缘处坚硬的表皮或氧化皮啃咬刀具所造成。
   • D.热裂纹，由反复的加热与冷却循环在切削刃上产生梳状裂纹所造成。

   磨损按其发生的刀面来分类：前刀面承受切屑，摩擦与扩散作用在此磨出月牙洼；而后刀面与已加工表面摩擦，磨出一条磨损带。月牙洼过深会从背面削薄刃口，导致刃口突然崩塌，因此它被用作判断刀具寿命终止的指标之一。

   编号 QB-GHPT49依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 Cutting Theory — tool wear modes (crater vs flank wear)报告此题的问题

6. 6. 在带键槽的轴上进行断续切削时，硬质合金刀片的切削刃不断崩刃。下列哪项改变是最恰当的对策？

   • A.改用陶瓷刀片并大幅提高切削速度，因为陶瓷是最硬的刀具材料，能抵抗各种形式的刃口破损。
   • B.选用韧性更好的牌号和负前角几何形状，使刃口背后有更多刀体材料并受压而非受弯。✓ 答案
   • C.刃磨或换用大得多的正前角，使更锋利的刃口更轻松地切过断续部位。
   • D.加大后角，使后刀面让开工件，刃口不再与断续表面接触。

   崩刃属于机械冲击造成的破损，因此对策是提高韧性和刃口支撑，而不是提高硬度或使刃口更锋利。负前角在刃口背后留下更多刀体材料，使刃口承受压应力，脆性的硬质合金对压应力的承受能力远高于大正前角锋利刃口所承受的弯曲载荷；陶瓷虽然更硬但更脆，是断续切削中最差的选择。

   编号 QB-XZ5BC7依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1/7.2 — shock, cutter geometry, and cutting tool material selection报告此题的问题

7. 7. 在切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）三者中，哪一个对刀具寿命影响最大？影响方向如何？

   • A.背吃刀量；增大背吃刀量对刀具寿命的缩短超过其他任何变量，因为它使最长的切削刃参与切削。
   • B.进给量；进给量增大使切屑变厚、切削力升高，其影响超过切削速度。
   • C.切削速度；提高切削速度使刀具寿命下降得最快，因为速度决定切削界面温度，而终结刀具寿命的磨损由温度驱动。✓ 答案
   • D.三者对刀具寿命的影响完全相同，因此增大其中任何一个的后果都一样。

   三个切削变量对刀具寿命的影响顺序为：速度 > 进给量 > 背吃刀量，因为速度决定切削界面温度，而终结刀具寿命的磨损机理是由温度驱动的。这正是刀具过早失效时首先降低转速的原因，也是提高金属去除率时通常优先加大进给量和背吃刀量而非速度的原因。

   编号 QB-FHBGX7依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 Cutting Theory — speeds, feeds, depth of cut and tool life报告此题的问题

8. 8. 为什么在加工硬材料和进行断续切削时，硬质合金刀具常选用负前角几何形状？

   • A.它降低切削力和功率消耗，使功率小、刚性弱的机床能够比用正前角时吃刀量大得多。
   • B.它增大后刀面的实际后角，使刀具让开工件，不再摩擦已加工表面。
   • C.它迫使切屑紧贴工件卷曲，这正是负前角刀具无需断屑槽就能断屑的原理。
   • D.它在刃口后方留下更多刀体材料并使刃口受压，从而增强脆性硬质合金抵抗硬材料和断续切削冲击的能力。✓ 答案

   正前角切削更轻快、切削力更小，但刃口是一个薄而缺乏支撑的楔形。负前角以更大的切削力和功率消耗为代价，换来强度高得多、承受压应力的刃口，这正是脆性硬质合金在加工硬材料、氧化皮和断续切削时所需要的；同时这也是负前角要求机床和装夹足够刚性的原因。

   编号 QB-62NNJF依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1/7.2 — cutter geometry (rake angle) and cutting tool materials报告此题的问题

9. 9. 车刀的后角（间隙角）磨得过小会造成什么后果？

   • A.后刀面摩擦工件，产生摩擦热、恶化表面质量并加速后刀面磨损。✓ 答案
   • B.刃口变得太薄且缺乏支撑，在正常切削载荷下几乎立刻就会崩坏。
   • C.切屑卷得过紧并堵塞在刀具上，操作者每走一刀都必须停机清屑。
   • D.刀具切削轻快但把零件车大了，因为工件从缺乏支撑的刃口处让刀退开。

   后角的唯一作用是使刃口后方的后刀面不接触工件。后角过小会使刀跟摩擦工件，产生摩擦热、恶化表面质量并加速后刀面磨损；后角过大则失去支撑而导致刃口崩坏——这正是两种错误症状相反、对策也相反的原因。

   编号 QB-PHTT5G依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1/7.2 — cutter geometry (relief and clearance angles)报告此题的问题

10. 10. 一根细长轴正在精车，表面出现振纹且刀具压力明显偏大。下列哪项刀具几何形状的改变最直接地减小切削径向压力？

    • A.大幅加大刀尖圆弧半径，因为无论装夹刚性如何，半径越大表面质量总是越好。
    • B.精车刀改用较小的刀尖圆弧半径，因为大半径加长了刀具与工件的接触长度并增大顶开工件的径向力。✓ 答案
    • C.加大背吃刀量，使刀具始终充分参与切削，不会被弹性变形的工件顶开。
    • D.把侧后角磨得大得多，使刀具从振动上方掠过而不是扎入表面。

    较大的刀尖圆弧半径通过使进给刀痕相互重叠而改善表面质量，但同时也加长了刀具与工件的接触长度，增大径向（顶开）力。对刚性差的零件而言，这一附加力会使工件让刀并引发振纹，因此精加工的答案是减小刀尖圆弧半径、采用较小的背吃刀量，并增加跟刀架之类的支撑。

    编号 QB-XA7AW2依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 — cutter geometry (nose radius), tool pressure and surface finish报告此题的问题

11. 11. 下列关于硬质合金刀具与高速钢刀具比较的说法中，哪一项是错误的？

    • A.硬质合金在比高速钢更高的切削温度下仍能保持硬度。
    • B.硬质合金比高速钢更脆，因此需要刚性的装夹和刃口背后的良好支撑。
    • C.加工同一材料时，硬质合金必须采用比高速钢更低的切削速度。✓ 答案
    • D.按每个切削刃计算，硬质合金刀具的成本通常高于同等的高速钢刀具。

    硬质合金的核心优势正是红硬性：由于它在使高速钢软化的温度下仍能保持硬度，因此可以采用高得多的切削速度，这与更长的刀具寿命一起构成其主要生产率优势。它真正的局限是脆性和成本，而不是必须降低速度。

    编号 QB-ETZ4B2依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.2 Tooling — cutting tool materials (carbide vs high-speed steel)报告此题的问题

12. 12. 为什么金刚石刀具不能用于加工钢和其他黑色金属？

    • A.金刚石的硬度不足以切削淬硬的黑色金属合金，还没走完一刀刃口就变钝了。
    • B.金刚石刀具无法制造出足够锋利、足够精确的切削刃来加工黑色金属。
    • C.黑色金属有磁性，磁力会把金刚石磨粒从结合剂中拉扯出来。
    • D.在切削温度下，金刚石中的碳会向铁中扩散，使刃口迅速磨损。✓ 答案

    金刚石是最硬的刀具材料，但它是纯碳，而铁在切削温度下对碳有很强的化学亲和力，刀具实际上会溶解到切屑中去。因此金刚石只用于有色金属和非金属（铝、黄铜、塑料、复合材料），而用于淬硬黑色金属的超硬磨料是立方氮化硼（CBN／Borazon）。

    编号 QB-YAJM34依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.2 Tooling — cutting tool materials (diamond and CBN applications)报告此题的问题

13. 13. 正在车削一根直径 2.500 in 的钢棒。针对该刀具和材料选定的切削速度为 90 SFM。按 RPM =（3.82 × CS）/ D 计算，应设定多少主轴转速？

    • A.138 RPM✓ 答案
    • B.344 RPM
    • C.55 RPM
    • D.275 RPM

    （3.82 × 90）/ 2.500 = 343.8 / 2.500 = 137.5，取整为 138 RPM。在车床上，公式中的 D 是被切削工件的直径而不是刀具直径，因为经过切削刃的是工件表面；344 RPM 则是漏除以直径这一典型错误的结果。

    编号 QB-FTCFG3依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 — speed selection; RPM = (3.82 x CS) / D (equivalently (CS x 4) / D)报告此题的问题

14. 14. 一把四刃立铣刀以 900 RPM 运转，每齿进给量为 .003 in。工作台进给量应设定为多少？

    • A.2.7 IPM
    • B.10.8 IPM✓ 答案
    • C.43.2 IPM
    • D.3.6 IPM

    铣削进给量 IPM = 每齿进给量 × 齿数 × 转速 = .003 × 4 × 900 = 10.8 IPM。齿数必须计入，因为每转每个刀刃都各切下一次；漏掉齿数就得到 2.7 IPM 的陷阱答案，重复乘一次则得到 43.2 IPM。

    编号 QB-VAGMJY依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 — feed selection; IPM = feed per tooth x number of teeth x RPM报告此题的问题

15. 15. 车床以 300 RPM、进给量 .010 IPR 车削一刀，切削长度为 9.0 in。按 T = L /（f × N）计算，这一刀需要多长时间？

    • A.0.33 分钟
    • B.30 分钟
    • C.3.0 分钟✓ 答案
    • D.1.5 分钟

    f × N = .010 IPR × 300 RPM = 刀具每分钟移动 3.0 in，因此 T = 9.0 / 3.0 = 3.0 分钟。该公式成立的原因是：每转进给量乘以每分钟转数，即把车床的 IPR 进给量换算成每分钟移动的英寸数，再用切削长度去除即可。

    编号 QB-CTAFYX依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 — cutting time T = L / (f x N)报告此题的问题

16. 16. 普通车床和钻床的进给量通常用什么单位表示？铣床又用什么单位？

    • A.车床和钻床用每分钟英寸数（IPM），而铣床是唯一用每转英寸数（IPR）表示进给量的机床。
    • B.三种机床都用每分钟英寸数（IPM），因为进给量始终是工作台或主轴随时间移动的速率。
    • C.三种机床都用每转英寸数（IPR），再由控制系统在内部把该值换算成移动速率。
    • D.车床和钻床用每转英寸数（IPR）；铣床用每分钟英寸数（IPM），因为铣刀有多个刀齿。✓ 答案

    在车床和钻床上，刀具或工件每转一转产生一次进给，因此进给量自然按每转表示（IPR）。而铣刀有多个刀齿，每齿各切下一片切屑，所以进给量按工作台每分钟移动量表示（IPM），并由每齿进给量 × 齿数 × 转速计算得出。

    编号 QB-WAUXQZ依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1 — feed designation (IPR on lathe/drill press, IPM on milling machine)报告此题的问题

17. 17. 在采用普通丝杠的手动铣床上进行顺铣（下铣）的主要缺点是什么？

    • A.铣刀会把工件往自己方向拉，丝杠间隙使工作台猛然窜动。✓ 答案
    • B.它使表面质量变差、刀具寿命缩短，因为每个刀齿切入时切屑厚度最大、切出时为零。
    • C.它要求工作台沿与铣刀旋转方向相反的方向进给，使机床所需功率几乎翻倍。
    • D.它在切削刃处产生多得多的热量，因此每次顺铣都必须使用大流量切削液。

    顺铣时铣刀旋转方向与进给方向一致，因此铣刀有把工作台拖着走的趋势。手动丝杠中的任何间隙都会让工作台突然窜向铣刀，可能打刀或损坏工件；正因为这一安全原因，顺铣只在装有消隙装置或滚珠丝杠的机床上使用，尽管顺铣在其他方面能获得更好的表面质量和更长的刀具寿命。

    编号 QB-DTNS5Z依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1/7.2 — cutter presentation, climb (down) vs conventional (up) milling报告此题的问题

18. 18. 为什么向硬质合金刀具供给切削液时必须采用充足且不间断的浇注？

    • A.硬质合金没有润滑就根本无法切削，一旦断流刀片会立即焊粘到工件表面上。
    • B.断续供液会对高温硬质合金造成热冲击，可能使切削刃开裂。✓ 答案
    • C.切削液的唯一作用是把切屑冲出切削区，水流太弱只会让切屑堆积在刀具周围。
    • D.硬质合金在切削温度下锈蚀极快，只有连续不断的液膜才能隔绝刃口处的氧气。

    硬质合金硬度高、耐热性好，但脆且导热性差，因此切削液忽有忽无地泼到炽热刃口上会造成剧烈的温度循环，在刃口上产生梳状热裂纹。要么连续大量浇注，要么干切——这种破损源于温度骤变，而非高温本身。

    编号 QB-3BMMK7依据： NIMS Machining Level I Standards, KSAO 7.1/7.5 — cutting fluid application to carbide tooling (thermal shock and thermal cracking)报告此题的问题

练习题依据 NIMS/ANSI 101-2001《机械加工技能一级职责与标准》及 NIMS 机械加工一级理论考试公布的考核内容，并结合通行的精密加工实践编写。NIMS 是美国国家金属加工技能学会的商标；本网站与 NIMS 无关联，也未获其认可。机械加工一级由多个独立证书组成，其中大多数还要求通过实操考核，本题库不涵盖实操部分。NIMS 理论考试允许携带参考资料，但本题库的答案从不依赖背诵手册表格数值、条文编号或机床额定参数——实际作业时，请以手中的图纸、所在单位的书面作业程序以及机床自带的技术文件为准。考试前请确认当前要求。 关于 NIMS 机械加工认证 →