机械加工行业是一个高能耗能的行业,而刀具作为重要的机电产品,在生产使用中其切削能耗偏高,造成大量的能源浪费,从而使得切削效率低下、切削状况恶化。然而,国内刀具行业却对刀具节能技术不够重视,刀具的设计制造主要停留在仿制和依靠经验计算阶段,并没有将先进的刀具结构设计以及切削理论考虑在内。复杂刀具的切削过程中,当发生自然分屑时,切削力以及切削能耗将显著降低,因此如果将自然分屑机理应用于实际的刀具设计当中将有助于减小切削力、降低能耗、提高切削效率、改善切削状况,从而提高国产刀具的市场竞争力。然而关于自然分屑的研究却并未引起人们的足够重视,为此,本文通过建立双刃刀具的排屑向量数学模型,探究影响自然分屑的因素,并通过多水平、多因素实验寻找不同材料的自然分屑的临界条件,并根据螺纹车削实验将前述所得结论进行了一般性推广。主要研究内容如下:首先,介绍了非自由切削理论以及单元刀具排屑向量数学建模的建立方法,并根据该模型推导出了双刃刀具排屑向量与刀具几何角度以及流屑角之间的数学关系式,从而为后续实验的相关因素的确定以及非自由度系数的计算奠定了基础。其次,根据双刃车刀切削时自然分临界屑条件为切削用量和刀具几何角度的复杂曲面,而切削实验条件下切削用量和刀具几何角度难以连续变化的特点,提出了采用逐步缩小实验时切削用量和刀具几何角度取值范围,通过多轮实验,来获得相对准确的自然分屑临界曲面的具体方法。然后,设计了双刃车刀横切45钢和304不锈钢圆盘工件的多轮切削实验,拟合出了相应的自然分屑临界经验公式以及曲面,分析了不同因素对自然分屑条件的影响规律,并利用单元车削实验证明了发生分屑的双刃车刀的切削属于自由切削。最后,设计了一组具有不同刀具几何角度、切削深度,相同切削速度以及螺距的三角螺纹车削实验,从而将前述所得结论进行了推广。