金属加工必学：切削速度——从公式到实战应用全解

什么是切削速度？定义与计算公式解析

切削条件需结合工件材质、刀具特性等设定，若未设定合适值，易出现加工精度下降、作业效率降低、刀具破损及刀具寿命缩短等问题。

其中，切削速度是确保正确进行工件加工的重要指标之一。首先，我们来认识切削速度的定义与计算公式。

切削速度的定义

切削速度是指 “每分钟刀具切削工件的速度”，也被称为 “线速度”。

其通过工件直径（或刀具直径）、主轴转速等变量计算得出，也可理解为 “每分钟刀具（或工件）行进的距离”。

切削速度的计算公式与单位

切削速度的单位用 “Vc” 表示（源自表示速度的 “velocity”），通过以下公式计算。

【计算公式】
切削速度：Vc（m/min）＝D×n×π/1000
D：工件直径（车削加工）或刀具直径（铣削加工）
n：每分钟转速（min⁻¹）
π：圆周率

变量D的取值规则为在车削加工中代入“工件直径”，铣削加工中代入“刀具直径”。例如，铣削加工时使用 “直径10mm的立铣刀，以500min⁻¹转速切削”，切削速度计算如下：

V＝10mm×500min^-1×π/1000＝15.7（m/min）

若更换为直径 5mm 的立铣刀，切削速度为

V＝5mm×500min^-1×π/1000＝7.85（m/min）

由此可见，即使转速相同，刀具外径不同也会导致切削速度变化。

此外，切削速度通常由“工件材质”、“刀具材质”、“表面粗糙度”决定。实际加工现场中，工件材质及所需表面粗糙度通常已确定，因此常以此为基本条件进行刀具选择及转速设定。

切削速度的确定方法及注意事项

接下来进一步深入理解切削速度。以下将说明确定切削速度时的要点及注意事项。

车床与铣床切削速度计算方法的差异

车床加工中，是主轴上安装的工件旋转，因此车削加工的切削速度需使用工件直径计算。而铣床加工是中刀具旋转，切削速度则使用刀具直径计算。即，使用工件直径还是刀具直径，取决于采用的加工方式。

切削速度快慢的影响

通过调整切削速度，可在一定程度上控制加工时间和加工精度。

原则上，切削速度快时，加工时间缩短且加工精度提高；反之，切削速度慢时，加工时间延长且加工精度下降。

然而，切削速度受工件和刀具材质等因素制约，过快或过慢均不可取。例如，速度过高会导致切削热过剩，增加刀具负荷。因此，需根据加工内容确定全局最优的切削条件。

切削速度与刀具寿命的关系

已证实切削速度与刀具寿命存在相关性。刀具损伤主要分为崩刃和磨损两类，其中崩刃的发生具有随机性，较难预测。而刀刃磨损程度取决于使用条件，遵循以下公式。

【泰勒寿命公式】
VTⁿ＝C
V：切削速度
T：刀具寿命（n和C为常数）

因右侧C为常数，故此可知：当Vc（切削速度Vc）增加，则T（刀具寿命）缩短。即理论上切削速度越快，刀具磨损越剧烈，寿命越短。

转速的确定方法

在计算切削速度的公式中，“转速”作为变量同样重要。下面围绕转速与切削速度的关系进行说明。

转速的定义

转速是指机床主轴每分钟的旋转次数。单位用“rpm”或“min^-1”表示。与切削速度一样，转速需根据加工内容设定。

转速越快，切削效率越高，且加工时间缩短。转速低会导致加工时间延长，同时影响加工表面质量。加工高硬度工件时，降低转速可使表面更光滑；加工软质工件时，提高转速能提升表面质量。

转速的计算公式

转速的计算公式如下，也可通过变形切削速度公式推导得出。

【计算公式】
转速：n（min^-1）＝(Vc×1000)/(D×π)
Vc：切削速度（m/min）
D：工件直径（车削加工）或刀具直径（铣削加工）
π：圆周率

切削速度与进给速度的区别

接下来介绍进给速度的定义及计算方法。由于进给速度易与切削速度混淆，需理解两者的区别。

进给速度的定义

进给速度是指切削刀具或工件的移动速度，表示 “每分钟刀具或工件移动的毫米数”。进给速度也被称为“工作台进给速度”，当进给速度提高，单位时间内刀具或工件移动距离增加；当进给速度降低时，刀具或工件移动变慢。

切削速度与进给速度的区别

切削速度通过公式“D×n×π/1000”计算。以车削加工为例，当D代入工件直径时，该公式表示“工件外周每分钟的移动距离”。

而进给速度是指“切削刀具每分钟的进给距离”。如图中蓝色箭头所示为进给运动，进给速度以“刀具每分钟沿进给方向移动多少毫米”来表述。

进给速度的计算公式（车削加工场景）

车削加工的进给速度可通过以下公式计算出来。

【计算公式】
每分钟进给速度：F（mm/min）＝f×n
f：每转进给量（mm/rev）
n：主轴转速（min^-1）

切削条件与加工时间的影响因素

接下来将解析“进给量”、“背吃刀量”、“切削阻力”。这些均为影响加工精度与加工时间的变量，推荐掌握其定义及计算方法。

进给量

进给量分为“每转进给量”和“每刃进给量”两类。二者差异在于计算基准是“主轴旋转”还是“刀具刃数”。

每转进给量：主轴每旋转一周时，刀具或工件的移动距离。
每刃进给量：每转进给量除以刃数。

【计算公式】
每转进给量：f（mm/rev）＝l/n
l：每分钟切削长度（mm/min）
n：主轴转速（min^-1）

每刃进给量：
fz（mm/tooth）＝F/(z×n)
z：刀具刃数
n：主轴转速（min^-1）
F：每分钟进给速度（mm/min）

背吃刀量

背吃刀量是指刀具单次切削工件的厚度。增加背吃刀量可提高单次切削体积，缩短切削时间，但会增大切削阻力从而增加刀具负荷。按背吃刀量从大到小，切削阶段分为“粗加工”、“半精加工”及“精加工”，各阶段切屑厚度不同。

切削阻力

切削阻力是指切削工件时，工件对刀具产生的阻力。由“主分力”、“进给分力”、“背分力”这三个分力合成。

切削阻力的大小会因工件硬度、切削速度、背吃刀量、刀具刃口角度等因素而变化。例如，加工硬质材料或采用大背吃刀量时，切削阻力会增大；而增大前角或提高切削速度则能降低切削阻力。

在维持精度的前提下提高切削速度可提升生产效率

设定切削速度时，需综合考虑工件材质、精度要求、加工时间等多方面条件，这一点至关重要。提高切削速度不仅能缩短切削时间，还能抑制加工表面粗糙度。但需注意，若速度过快会产生摩擦热，大幅增加刀具破损风险。

尽管经验很重要，但为确保加工一致性，建议参考刀具厂商公布的推荐值，设定切削速度。

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