刀具与切削参数选择Word文件下载.docx

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、κr’=10°

、λs=-5°

的外圆车刀。

2-6试画图表示：

γo=15°

、αo=8°

、κr’=2°

、λs=0°

的切断车刀。

2-7端面车削时，刀尖高（或低）于工件中心时工作角度（前、后角）有何变化？

2-8试画图说明切削过程的三个变形区及各产生何种变形？

切削过程的实际情况要比前述的情况复杂得多。

在切削过程中，切削层金属要产生一系列变形，通常将其划分为三个变形区。

图中Ⅰ（AOM）为第一变形区。

“剪切滑移区”，宽度为0.02mm～0.2mm。

图中Ⅱ为第二变形区。

“摩擦区”，变形方向基本上与前刀面平行。

图中Ⅲ为第三变形区。

此变形区位于后刀面与已加工表面之间，切削刃钝圆部分及后刀面对已加工表面进行挤压，使已加工表面产生变形，造成纤维化和加工硬化。

2-9切屑有哪些种类？

各种切屑在什么情况下形成？

由于工件材料性质和切削条件不同，切削层变形程度也不同，因而产生的切屑形态也多种多样。

主要有以下四种类型：

带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑。

（1）带状切屑它的内表面是光滑的，外表面呈毛茸状。

加工塑性金属时，在切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大的工况条件下常形成此类切屑。

（2）节状切屑又称挤裂切屑。

它的外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。

在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时常产生此类切屑。

（3）粒状切屑又称单元切屑。

在切屑形成过程中，如剪切面上的剪切应力超过了材料的断裂强度，切屑单元从被切材料上脱落，形成粒状切屑。

（4）崩碎切屑加工脆性材料，切削厚度越大越易得到这类切屑。

2-10切削变形表示方法有几种？

如何表示？

有何异同？

切削变形程度有三种不同的表示方法，分述如下。

1．变形系数

在切削过程中，刀具切下的切屑厚度hch通常都大于工件切削层厚度hD，而切屑长度lch却小于切削层长度lc。

切屑厚度hch与切削层厚度hD之比称为厚度变形系数

；

而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系数。

2．相对滑移

既然切削过程中金属变形的主要形式是剪切滑移，当然就可以用相对滑移（剪应变）。

来衡量切削过程的变形程度。

3．剪切角φ

在剪切面上，金属产生了滑移变形，最大剪应力就在剪切面上。

图2-15为直角自由切削状态下的作用力分析，在垂直于切削合力F方向的平面内剪应力为零，切削合力F的方向就是主应力的方向。

（1）前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。

这表明增大刀具前角可减少切削变形，对改善切削过程有利。

（2）摩擦角增大时，剪切角随之减小，变形增大。

提高刀具刃磨质量、采用润滑性

2-11分析积屑瘤产生的原因及其对生产的影响？

在切削塑性材料时，如果前刀面上的摩擦系数较大，切削速度不高又能形成带状切屑的情况下，常常会在切削刃上粘附一个硬度很高的鼻型或楔型硬块，称为积屑瘤。

积屑瘤包围着刃口，将前刀面与切屑隔开，其硬度是工件材料的2～3倍，可以代替刀刃进行切削，起到增大刀具前角和保护切削刃的作用。

当积屑瘤层积到足够大时，受摩擦力的作用会产生脱落，因此，积屑瘤的产生与大小是周期性变化的。

积屑瘤的周期性变化对工件的尺寸精度和表面质量影响较大，所以，在精加工时应避免积屑瘤的产生。

2-12试述前角γo和后角αo的作用和选择方法。

增大前角可使刀刃锋利，使切削变形减小，切削力和切削温度减小，可提高刀具寿命，并且，较大的前角还有利于排除切屑，使表面粗糙度减小。

但是，增大前角会使刃口楔角减小，削弱刀刃的强度，同时，散热条件恶化，使切削区温度升高，导致刀具寿命降低，甚至造成崩刃。

所以前角不能太小，也不能太大。

后角增大，可减小后刀面的摩擦与磨损，刀具楔角减小，刀具变得锋利，可切下很薄的切削层；

在相同的磨损标准VB时，所磨去的金属体积减小，使刀具寿命提高；

但是后角太大，楔角减小，刃口强度减小，散热体积减小，αo将使刀具寿命减小，故后角不能太大。

2-13试述主偏角κr和刃倾角λs的作用和选择方法。

主偏角减小，使单位长度上切削刃的负荷减小，刀具寿命增加；

主偏角减小，刀尖角εr增大，使刀尖强度增加，散热体积增大，使刀具寿命提高；

主偏角减小，可减少因切入冲击而造成的刀尖损坏；

减小主偏角可使工件表面残留面积高度减小，使已加工表面粗糙度减小。

但是，另一方面减小主偏角，将使径向分力Fp增大，引起振动及增加工件挠度，这会使刀具寿命下降，已加工表面粗糙度增大及降低加工精度。

主偏角可根据不同加工条件和要求选择使用，一般原则是：

（1）粗加工，半精加工和工艺系统刚性较差时，为减小振动提高刀具寿命，选择较大的主偏角。

（2）加工很硬的材料时，为提高刀具寿命，选择较小的主偏角。

（3）据工件已加工表面形状选择主偏角。

如加工阶梯轴时，选κr＝900；

需450倒角时，选κr＝450等。

（4）有时考虑一刀多用，常选通用性较好的车刀，如κr＝450或κr＝900等。

刃倾角λs的作用是控制切屑流出的方向、影响刀头强度和切削刃的锋利程度。

当刃倾角λs＞00时，切屑流向待加工表面；

λs＝00时，切屑沿主剖面方向流出；

λs＜00时，切屑流向已加工表面。

刃倾角主要由切削刃强度与流屑方向而定。

一般加工钢材和铸铁时，粗车取λs＝00～－50，精车取λs＝00～50，有冲击负荷时取λs＝－50～－１50。

2-14粗加工时切削用量的选择原则是什么？

为什么？

切削用量的选择会影响切削变形、切削力、切削温度和刀具寿命，从而会对加工质量产生影响。

ap增大，切削力成比例增大，工艺系统变形大、振动大、工件加工精度下降，表面粗糙度增大。

粗加工ap为全部余量（一般8～10mm）；

如果余量太大或不均匀、工艺系统刚性不足、断续切削时，可分几次走刀。

f增大，切削力也增大（但不成正比例），使表面粗糙度的增大更为显著。

粗加工合理的f应是工艺系统所能承受的最大进给量。

生产中f常根据工件材料材质、形状尺寸、刀杆截面尺寸、已定的ap，从切削用量手册中查得。

v增大，切削变形、切削力、表面粗糙度等均有所减小。

式中Cv、xv、yv──根据工件、刀具不同材料及不同进给量时的系数。

可在切削手册中查得；

Kv──切削速度修正系数。

影响Kv的因素较多，如工件材料、毛坯表面形态、刀具材料、加工方法、主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径、刀杆尺寸等。

因此，精加工应采用小的ap、f，为避免积屑瘤、鳞刺的影响，可用硬质合金刀具高速切削（v＞80m/min），或用高速钢刀具低速切削（v＝3～8m/min）。

2-15粗加工时进给量的选择受哪些因素的限制？

粗加工f增大，切削力也增大（但不成正比例），使表面粗糙度的增大更为显著。

2-16切削力的产生原因是什么？

车削时切削力如何分解？

切削力是被加工材料抵抗刀具切入所产生的阻力。

刀具在切削工件时，由于切屑与工件内部产生弹、塑性变形抗力，切屑与工件对刀具产生摩擦阻力，形成了作用在刀具上的合力F，在切削时合力F作用在近切削刃空间某方向，由于大小与方向都不易确定，因此，为便于测量、计算和反映实际作用的需要，常将合力F分解为三个分力。

切削力Fc（主切削力Fz）──在主运动方向上分力；

背向力Fp（切深抗力Fy）──在垂直于工作平面上分力；

进给力Ff（进给抗力Fx）──在进给运动方向上。

背向力Fp与进给力Ff也是推力FD的合力，推力FD是作用在切削层平面上且垂直于主切削刃。

合力F、推力FD与各分力之间关系：

2-17切削用量如何影响切削力的？

背吃刀量ap和进给量f影响较明显。

若f不变，当ap增加一倍时，切削力增加约一倍；

若ap不变，当f增加一倍时，切削力只增加68%～86%。

2-18背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否一样？

如何影响？

切削力：

切削温度：

切削用量增大切削用量时，切削功率增大，产生的切削热也多，切削温度就会升高。

由于切削速度、进给量和背吃刀量的变化对切削热的产生与传导的影响不同，所以对切削温度的影响也不同。

其中切削速度

对切削温度影响最大，进给量f次之,背吃刀量ap最小。

2-19刀具的磨损过程分几个阶段？

各阶段的特点是什么？

刀具的磨损过程一般分成三个阶段。

（1）初期磨损阶段将新刃磨刀具表面存在的凸凹不平及残留砂轮痕迹很快磨去。

（2）正常磨损阶段经初期磨损后，刀面上的粗糙表面已被磨平，压强减小，磨损比较均匀缓慢。

后刀面上的磨损量将随切削时间的延长而近似的成正比例增加。

此阶段是刀具的有效工作阶段。

（3）急剧磨损阶段当刀具磨损达到一定限度后，已加工表面粗糙度变差，摩擦加剧，切削力、切削温度猛增，磨损速度增加很快，往往产生振动、噪声等，致使刀具失去却削能力。

2-20什么是刀具寿命？

刀具寿命与哪些因素有关？

刀具寿命：

是指一把新刀从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止总的切削时间，或者说是刀具两次刃磨之间总的切削时间，用T表示，单位为min。

刀具总寿命应等于刀具耐用度乘以重磨次数。

在工件材料、刀具材料和刀具几何参数选定后，刀具耐用度由切削用量三要素来决定。

刀具寿命T与切削用量三要素之间的关系可由下面经验公式来确定：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1.15）

式中CT──与刀具、工件材料，切削条件有关的系数；

m、n、p──寿命指数。

分别表示切削用量三要素当vC、，f，ap对寿命T的影响程度

2-21刀具切削部分材料应具备哪些性能？

１.高的硬度和耐磨性（60HRC以上）

２.足够的强度和韧性　

３.高的耐热性　

４.良好的工艺性与经济性　

５.好的导热性和小的膨胀系数　

2-22普通高速钢有哪几种牌号？

它们主要的物理力学性能如何？

适合于做什么刀具？

高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。

高速钢是综合性能较好、应用范围最广的一种刀具材料。

热处理后硬度达62～66HRC，抗弯强度约3.3GPa，耐热性为600℃左右，此外还具有热处理变形小、能锻造、易磨出较锋利的刃口等优点。

高速钢的使用约占刀具材料总量的60％～70％，特别是用于制造结构复杂的成形刀具、孔加工刀具，例如各类铣刀、拉刀、螺纹刀具、切齿刀具等。

常用牌号：

W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、9W18Cr4V、W6Mo5Cr4V3、W6Mo5Cr4V2Co8、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V2Al。

2-23高性能高速钢有几种类型？

与普通高速钢比较有什么特点？

高性能高速钢　在通用型高速钢中增加碳、钒，添加钴或铝等合金元素的新钢种。

其常温硬度可达67～70HRC，耐磨性与耐热性有显著的提高，能用于不锈钢、耐热钢和高强度钢的加工。

常用高性能高速钢主要有：

高钒高速钢、钴高速钢和铝高速钢。

2-24常用的钨钴类、钨钛钴类、碳化钛基类硬质合金有哪些牌号？

它们的用途如何？

按钨、钼含量不同，分为钨系、钨钼系。

主要牌号有：

W18Cr4V（钨系高速钢），具有较好的综合性能。

因含钒量少，刃磨工艺性好。

淬火时过热倾向小，热处理控制较容易。

缺点是碳化物分布不均匀，不宜作大截面的刀具。

热塑性较差。

又因钨价高，国内使用逐渐减少，国外已很少采用；

W6Mo5Cr4V（钨钼系高速钢），是国内外普遍应用的牌号。

因一份Ｍo可代替两份Ｗ，这就能减少钢中的合金元素，降低钢中碳华物的数量及分布的不均匀性，有利于提高热塑性、抗弯强度与韧度。

其高温塑性及韧性优于W18Cr4V，故可用于制造热轧刀具。

如：

好扭糟麻花钻等。

主要缺点是淬火温度范围窄，脱碳过热敏感性大；

W9Mo3Cr4V（钨钼系高速钢），是根据我国资源研制的牌号。

其抗弯强度与韧性均比W6Mo5Cr4V好。

高温热塑性好，而且淬火过热、脱碳敏感性小，有良好的切削性能。

2-25车刀按用途与结构来分有哪些类型？

它们的使用场合如何？

车刀按结构可分为：

整体车刀、焊接车刀、焊接装配车刀、机夹车刀和可转位车刀等。

⑴整体车刀用整块高速钢做成长条形状，俗称“白钢刀”。

刃口可磨得较锋利，主要用于小型车床或加工有色金属。

⑵焊接车刀它是将一定形状的刀片和刀柄用紫铜或其它焊料通过镶焊连接成一体的车刀，一般刀片选用硬质合金，刀柄用45钢。

焊接车刀结构简单，制造方便，可根据需要刃磨，硬质合金利用充分，但其切削性能取决于工人的刃磨水平，并且焊接时会降低硬质合金硬度，易产生热应力，严重时会导致硬质合金裂纹，影响刀具寿命。

此外，焊接车刀刀杆不能重复使用，刀片用完后，刀杆也随之报废。

一般车刀，特别是小车刀多为焊接车刀。

⑶焊接装配车刀它是将硬质合金刀片钎焊在小刀块上，再将小刀块装配到刀杆上。

焊接装配车刀多用于重型车刀，采用装配式结构以后，可使刃磨省力，刀杆也克重复使用。

⑷机夹车刀机夹车刀是指用机械方法定位，夹紧刀片，通过刀片体外刃磨与安装倾斜后，综合形成刀具角度的的车刀。

机夹车刀可用于加工外圆、端面、内孔车槽、车螺纹等。

机夹车刀的优点在于避免焊接引起的缺陷，刀柄能多次使用，刀具几何参数设计选用灵活。

如采用集中刃磨对提高刀具质量、方便管理，降低刀具费用等方面都有利。

机夹车刀设计时必须从结构上保证刀片夹固可靠，刀片重磨后应可调整尺寸，有时还应考虑断屑的要求。

常用的刀片夹紧方式有上压式和侧压式两种。

⑸可转位车刀可转位车刀是将可转位刀片用机械夹固的方法装夹在特制刀杆上的一种车刀。

它由刀片、刀垫、刀柄及刀杆、螺钉等元件组成。

刀片上压制出断屑槽，周边经过精磨，刃口磨钝后可方便的转位换刀，不需重磨就可使新的切削刃投入使用，只有当全部切削刃都用钝后才需更换新刀片。

它的主要优点是：

不用焊接，避免了焊接、刃磨引起的热应力，提高刀具寿命及抗破坏能力；

可使用涂层刀片，有合理槽形与几何参数，断屑效果好，能选用较高切削用量，提高生产率；

刀片转位、更换方便，缩短了辅助时间；

刀具已标准化，能实现一刀多用，减少刀具储备量，简化刀具管理等工作。

可转位车刀刀片形状很多，常用的有三角形、偏80三角形、凸三角形、五角形和圆形等。

⑹成型车刀成型车刀又称样板刀，是在普通车床、自动车床上加工内外成形表面的专用刀具。

用它能一次切出成形表面，故操作简便、生产率高。

用成形车刀加工零件可达到公差等级IT10～IT8，粗糙度Ra10～5μm。

成型车刀制造较为复杂，当切削刃的工作长度过长时，易产生振动，故主要用于批量加工小尺寸的零件。

2-26焊接车刀的主要优缺点是什么？

焊接车刀结构简单，制造方便，可根据需要刃磨，硬质合金利用充分，但其切削性质恩那个取决于工人的刃磨水平，并且焊接时会降低硬质合金硬度，易产生热应力。

严重时会导致硬质合金产生裂纹，影响刀具寿命。

焊接车刀刀杆不能重复使用。

2-27硬质合金可转位刀片有哪些类型？

三角形，偏8º

三角形，凸三角形，五角星和圆形。

2-28常用的孔加工刀具有哪些？

各适用于什么情况？

1．扁钻

扁钻是使用最早的钻孔刀具。

特点是结构简单、刚性好、成本低、刃磨方便。

扁钻有整体式和装配式两种。

前者适于数控机床，常用于较小直径（＜φ12mm）孔加工，后者适于较大直径（＞φ63.5mm）孔加工。

2．麻花钻

麻花钻是使用最广泛的一种孔加工刀具，不仅可以在一般材料上钻孔，经过修磨还可在一些难加工材料上钻孔。

麻花钻属于粗加工刀具，可达到的尺寸公差等级为IT13～IT11，表面粗糙度Ra值为25～12.5μm。

3．中心钻

中心钻是用来加工轴类零件中心孔的刀具，其结构主要有三种形式：

带护锥中心钻，无护锥中心钻和弧型中心钻。

4．深孔钻

通常把孔深与孔径之比大于5～10倍的孔称为深孔，加工所用的钻头称为深孔钻。

由于孔深与孔径之比大，钻头细长，强度和刚度均较差，工作不稳定，易引起孔中心线的偏斜和振动。

为了保证孔中心线的直线性，必须很好地解决导向问题；

由于孔深度大，容屑及排屑空间小，切屑流经的路程长，切屑不易排除，必须设法解决断屑和排屑问题；

深孔钻头是在封闭状态下工作，切削热不易散出，必须设法采取措施确保切削液的顺利进入，充分发挥冷却和润滑作用。

深孔钻有很多种，常用的有：

外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻及套料钻等。

3.扩孔钻

扩孔钻专门用来扩大已有孔，它比麻花钻的齿数多（Z＞3），容屑槽较浅，无横刃，强度和刚度均较高，导向性和切削性较好，加工质量和生产效率比麻花钻高。

扩孔的公差等级为IT10～IT9，表面粗糙度Ra值为6.3～3.2μm，属于半精加工。

常用的扩孔钻有高速钢整体扩孔钻、高速钢镶套式扩孔钻及硬质合金镶齿套式扩孔钻。

6．锪钻

锪钻用于加工各种埋头螺钉沉孔、锥孔和凸台面等。

常见的锪钻有三种：

圆柱形沉头锪钻、锥形沉头锪钻及端面凸台锪钻。

7．铰刀

铰刀常用来对已有孔进行最后精加工，也可对要求精确的孔进行预加工。

其加工公差等级可达IT8~IT6级，表面粗糙度Ra值达1.6~0.2μm。

铰刀可分为手动铰刀和机机铰刀。

手动铰刀用于手工铰孔，柄部为直柄；

机动铰刀，多为锥柄，装在钻床或车床上进行铰孔。

8．镗刀

镗刀是对已有的孔进行再加工刀具。

镗刀可在车床、镗床或铣床上使用，可加工精度不同的孔，加工精度可达IT7～IT6级，表面粗糙度Ra值达6.3～0.8μm。

镗刀有单刃镗刀和多刃镗刀之分，单刃镗刀与车刀类似，只在镗杆轴线的一側有切削刃，其结构简单，制造方便，即可粗加工，也可半精加工或精加工。

一把镗刀可加工直径不同的孔。

单刃镗刀的刚度比较低，为减少镗孔时镗刀的变形和振动，不得不采用较小的切削用量，加之仅有一个主切削刃参加工作，所以生产率比扩孔或铰孔低。

因此，单刃镗刀比较适用于单件小批生产。

双刃镗刀是镗杆轴线两側对称装有两个切削刃，可消除径向力对镗孔质量的影响，多采用装配式浮动结构。

2-29试说明麻花钻的结构组成和各部分的作用？

呈细长状，麻花钻的工作部分包括切削部分和导向部分。

两个对称的、较深的螺旋槽用来形成切削刃和前角，并起着排屑和输送切削液的作用。

沿螺旋槽边缘的两条棱边用于减小钻头与孔壁的摩擦面积。

切削部分有两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃。

横刃处有很大的负前角，主切削刃上各点前角、后角是变化的，钻心处前角接近0°

，甚至负值，对切削加工十分不利。

2-30深孔钻有哪些特点？

深孔由于孔深与孔径之比大，钻头细长，强度和刚度均差，工作不稳定，易引起孔中心线的偏斜和振动。

容屑及排屑空间小，切屑流经的路程长，切屑不易排除，工作状态封闭，切削热不易散出。

2-31铰刀有哪些种类？

铰刀适于孔的什么加工？

绞刀分为手动绞刀和机动绞刀。

绞刀常用于已有孔的最后精加工。

2-32试述扩孔钻、锪钻的结构特点及其应用范围？

扩孔钻：

专门用来扩大已有孔，它齿数大于3，容屑槽较浅，无横刃，强度和刚度均较高，导向性和切削性较好。

锪孔：

用于各种埋头螺钉沉孔、锥孔和凸台面等。

常见的结构有：

沉头锪钻、锥形沉头锪钻及端面凸台锪钻。

2-33外圆磨削有哪些运动？

磨削用量如何选择？

磨削的主运动是砂轮的旋转运动，砂轮的切线速度即为磨削速度υc（单位为m/s）。

磨削的进给运动一般有三种。

（1）工件旋转进给运动进给速度为工件切线速度υw（单位m/min）；

（2）工件相对砂轮的轴向进给运动进给量用工件每转相对砂轮的轴向移动量fa（单位为mm/r）表示，进给速度υa为nfa（单位为mm/min，其中n为工件的转数，单位为r/mm）；

（3）砂轮径向进给运动即砂轮切入工件的运动，进给量用工作台每单行程或双行程砂轮切入工件的深度（磨削深度）fr（单位为mm/单行程或mm/双行程）表示。

外圆磨削的常用磨削用量为：

υc：

25～35m/s。

υw：

粗磨（20～30m/min）；

精磨（20～60m/min）。

fa：

粗磨（0.3～0.7）Bmm/r；

精磨（0.3～0.4）Bmm/r（B为砂轮宽度,单位为mm）；

fr：

粗磨（0.015～0.05mm/单行程或0.015～0.05mm/双行程；

精磨（0.005～0.01mm/单行程或0.005～0.01mm/双行程。

2-34与车削相比，磨削有何特点？

磨削是机械制造中最常用的加工方法之一。

磨削所用刀具称为磨轮（砂轮）。

目前，磨削主要用于精加工和超精加工。

磨削后尺寸公差等可达IT6～IT4级，表面粗糙度Ra值可达0.8～0.025μm。

2-35铣刀有哪些主要类型？

它们的用途是什么？

铣刀的种类很多，按安装方法可分为带孔铣刀和带柄铣刀两大类。

带孔铣刀一般用于卧式铣床，带柄铣刀多用于立式铣床。

2-36何谓顺铣与逆铣？

它们各有什么优缺点？

铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣。

逆铣时，切削厚度从零逐渐增大。

铣刀刃口有一钝圆半径R，造成开始切削时前角为负值，刀齿在过渡表面上挤压，滑行，使工件表面产生严重冷硬层，并加剧了刀齿磨损。

此外，当瞬时接触角大于一定数值后，F向上，有抬起工件趋势；

顺铣时，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压，滑行现象，并且F始终压向工作台，有利于工件夹紧，可提高铣刀寿命和加工表面质量。

若在丝杠与螺母副中存在间隙情况下采用顺铣，当进给力F逐渐增大，超过工作台摩擦力时，使工作台带动丝杆向左窜动，造成进给不均，严重时会使铣刀崩刃。

逆铣时，由于进给力F作用，使丝杠与螺母传动面始终贴紧，故铣削过程较平稳。

2-37与其它加工方法相比，铣削有何特点？

1每个刀齿不均匀,不连续切削,切入与切离时均会硬气冲突与振动;

2铣削时切削层参数及切削力是变化的,也易引起振动,影响加工质量;

3同时参加切削的刀齿较