Metal cutting is one of the most fundamental and critical manufacturing methods in mechanical engineering. Whether it is turning on a lathe, milling on a milling machine, boring on a boring machine, or precision material removal on modern CNC systems such as 管材激光切割机, the core principle remains the same: removing excess material from a workpiece to achieve the required shape, dimensions, and surface quality.
要深入了解金属切削过程，必须从三个关键方面对其进行分析： 切割元素、切割参数和切割层几何形状.
1.0金属切削中的切削元素有哪些？
金属切削是指在机床上，切削刀具对工件进行切削运动，从而去除多余材料并产生切屑的加工过程。典型的机床包括车床、铣床、钻床和镗床。
金属切削的基本要素主要包括：
- 切割动作： 包括主要运动和进给运动（例如，车床上的主要运动是工件旋转，而铣床或钻床上的主要运动是刀具旋转）
- 切削参数
- 切割层及其几何参数
这些因素共同决定了切削效率、加工精度和刀具寿命。
概括： 切削要素构成了分析切削过程、选择切削参数以及优化不同类型机床加工策略的理论基础。
2.0切削加工中工件表面的分类
在切削过程中，工件表面并非静止不变，而是随着材料的去除而不断变化。这种现象在所有金属切削加工中都很常见，表面通常可分为三类：
- 加工表面： 刀具已切削过的表面，形成工件的最终尺寸或中间尺寸。
- 待加工表面： 尚未被切割、将被下一层切割层去除的表面。
- 过渡表面： 切削刃当前正在形成的表面，将在下一次切削或旋转中进一步去除。
概括： 切削层位于待加工表面和已加工表面之间，而过渡表面则起到连接两者的动态界面作用。
3.0什么是饲料和饲料速率
3.1喂养
进给量是指刀具相对于工件在进给方向上的位移，反映了切削过程中材料去除的“密度”。其定义会根据机床类型的不同而略有差异：
- 每转进给量：
$$
f \text{ (mm/r)}
$$
主要用于车床和镗床。
- 每颗牙齿的喂食量：
$$
f_z \text{ (mm/齿)}
$$
Commonly used for multi-tooth tools on milling machines, 钻机, and reamers.
例如，在车床上进行外车削时，进给
$$
f
$$
表示刀具在工件旋转一周过程中轴向前进的距离。
3.2进料速率
进给速度是指切削刃上选定点相对于工件在进给方向上的瞬时速度，单位为毫米/分钟。
$$
v_f = f \cdot n = z \cdot n \cdot f_z
$$
在哪里：
– \(v_f\) 是进给速率
– \(f\) 是每转进给量
– \(f_z\) 是每齿进给量
– \(n\) 是主轴转速（转/分钟）
– \(z\) 是切削齿的数量
工程解读： 在其他条件不变的情况下，增加进给量会增加切削层厚度，从而导致更高的切削力和更大的刀具负载。
4.0什么是切削深度
切削深度是指通过切削刃上选定点测量的、垂直于工作平面的切削深度。单位为毫米，其定义取决于加工方法。
4.1常用计算方法
- 车床外车削：
$$
a_p = \frac{d_w – d_m}{2}
$$
- 钻孔作业：
同样的公式也适用，只是将（d_w）和（d_m）互换。 - 碾磨：
切削深度通常定义为刀具相对于工件的垂直啮合深度。 - 板材剪切：
切割深度是指一次切割过程中板材的厚度。
在哪里：
– \(a_p\) 是切削深度
– \(d_w\) 是待加工表面的直径
– \(d_m\) 是加工表面的直径
工程解读： 在粗加工中，增加
$$
a_p
$$ is usually prioritized to improve metal removal rate. In finishing operations, a smaller depth of cut is preferred to achieve better surface quality.
5.0结论：为什么了解切割层至关重要
切削参数决定切削层几何形状，切削层参数直接影响金属加工设备的整体加工性能。
主要影响因素包括切削力大小、切削温度、刀具磨损和刀具寿命以及加工表面质量。
合理选择切削参数必须基于对切削层基本特性的清晰理解。
6.0常见问题解答：关于金属切割的常见问题
问题1：哪个切削参数对刀具寿命影响最大？
答：切削速度对刀具寿命的影响最为显著，因为它直接影响切削温度和磨损机制。
$$
v_c = \frac{\pi dn}{1000}
$$
Q2：增加进给量是否总能提高加工效率？
答：不。虽然较高的进给量可以提高材料去除率，但也会增加切削力和刀具负载，这可能会降低刀具寿命或表面质量。
Q3：切削层参数如何影响表面光洁度？
答：较大的切削层厚度通常会增加切削力和振动，从而降低表面光洁度。优化
$$
f 和 a_p
$$
有助于平衡效率和表面质量。