现代机械加工行业的飞速发展离不开金属切削,而金属切削过程中会消耗大量能源,如何提高切削效率节省能耗成为当前研究热点。仿生学研究表明,许多动物的爪趾及牙齿的构形具有优良的力学性能及省力效果,这为刀具的优化设计提供了依据。河狸长着一对不断生长的凿型门齿,其中大门齿大而锋利,并且门齿前面的釉质极其硬实,方便捕食撕咬,其中齿冠面向口腔内的表面部分可类比于刀具的“前刀面”,面向外部环境的表面部分类比于刀具的“后刀面”,对捕食、啃咬树木等行为起着关键的作用。本文首先搭建了三维扫描系统对河狸牙齿表面扫描,采集牙齿表面的点云数据,再根据逆向工程的思想,对获取的数据进行精简处理,通过曲线生成、曲面重构等操作来获取河狸门牙的三维曲面模型。再利用MATLAB软件强大的图像处理功能和计算功能提取模型“前刀面”的轮廓曲线并拟合成合适的仿生对象曲线模型。该曲线模型将作为仿生构形刀具参数的仿生依据。以提取的仿生曲线模型为基础,设计出一种前刀面为曲线的仿生构形刀具,通过有限元软件建立其模型,并进行了有限元仿真。同时与传统平面形刀具仿真结果进行了对比,从应力、切削力、压力、切削温度等几个方面进行分析,可得到仿生构形刀具有着降低切削力的效果,验证了仿生构形刀具具有良好的切削性能。为了进一步验证该对比分析结果,进行了实际的车削对比实验,得出了仿生构型刀具比传统平面形刀具具有更好的省力效果。通过有限元仿真、车削对比实验可以得到仿生构形刀具对比于传统平面形刀具确实有一定的省力效果,又从剪切面形变量、刀具与切屑间挤压力、刀具与切屑之间的接触长度等几个方面分析可得到省力的主要原因是仿生构形刀具的前刀面促进了第一变形区中切屑的分离和断裂、减少了刀-屑摩擦力、刀尖处对被切削材料产生更大的拉应力,研究结果对于金属切削刀具结构优化设计具有重要的参考价值。