機(jī)械加工（含磨削）在機(jī)械制造工業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位，絕大部分機(jī)械零件的最后工序都需依靠機(jī)械加工完成。由此可見(jiàn)，切削加工是機(jī)械制造的根基，而金屬切削理論則是指導(dǎo)切削加工的核心理論。據(jù)估算，當(dāng)前切削加工在機(jī)械加工工作量中的占比仍高達(dá) 90% 以上。這意味著，只要從事切削加工工作，就必須深入掌握金屬切削理論與刀具相關(guān)知識(shí)。

一、工件材料的切削加工性與切削條件選擇

切削加工性的定義與影響因素

工件材料在切削加工時(shí)的難易程度被稱為材料的切削加工性。材料切削加工難度大，其切削加工性就差，反之則易。

決定工件材料切削加工性的因素包括材料的化學(xué)成分與配比、物理與力學(xué)性能以及金相組織等。其中，化學(xué)成分與配比又決定了其他性能及熱處理后的性能，這些因素影響著切削條件的選擇和切削參數(shù)的確定，是編程時(shí)需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

切削加工性的分級(jí)與應(yīng)對(duì)策略

工件材料按其性能，切削加工性可分為易、較易、較難和難等 12 級(jí)。在了解材料性能和切削特點(diǎn)后，抓住影響切削加工性的主要矛盾，就能合理選擇刀具材料、刀具（刀片）的幾何參數(shù)、切削用量、切削液及刀具（片）槽型。

為保證加工精度和已加工表面粗糙度值，還可根據(jù)工件材料的切削加工性與切削條件，確定刀具磨損限度或刀具壽命以及切屑形狀與排出方式。

二、刀具材料的性能特點(diǎn)與應(yīng)用

現(xiàn)代刀具材料種類

現(xiàn)代用于切削的刀具材料豐富多樣，有高速鋼（包括高性能高速鋼和涂層高速鋼）、硬質(zhì)合金（包括新牌號(hào)、涂層、鋼結(jié)及 TiC 基硬質(zhì)合金）、陶瓷、PCBN 及金剛石（包括天然金剛石、PCD 和 CVD），總計(jì)牌號(hào)達(dá) 100 多個(gè)。

刀具材料的性能與選用原則

每個(gè)牌號(hào)的刀具材料都有各自的性能特點(diǎn)和使用范圍，這是編程和使用數(shù)控機(jī)床人員必須掌握的知識(shí)。

要根據(jù)工件材料合理選擇刀具材料，以獲得理想的切削效果，使刀具在合理切削用量條件下有合理壽命，減少停機(jī)換刀的輔助時(shí)間。應(yīng)盡量選用切削性能優(yōu)良、使用壽命高的刀具材料，如涂層高速鋼和硬質(zhì)合金等。在切削有色金屬時(shí)，選用 PCD、CVD 和金剛石涂層硬質(zhì)合金，其刀具壽命可比一般刀具長(zhǎng)幾十倍到幾百倍，加工質(zhì)量也更易保證。

三、刀具幾何參數(shù)的選擇

數(shù)控機(jī)床刀具的特點(diǎn)

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床所使用的刀具多為采用可轉(zhuǎn)位刀片的機(jī)夾類刀具，其幾何參數(shù)由刀片幾何參數(shù)和刀桿上刀片安裝槽的有關(guān)參數(shù)結(jié)合而成。

幾何參數(shù)選擇的考慮因素

不同用途材質(zhì)的刀片，其形狀、斷屑槽型、前角、后角、刀尖角、刀尖圓弧半徑等各不相同。選擇時(shí)要綜合考慮工件材料、工件結(jié)構(gòu)與形狀、加工階段（粗、精加工）和切屑的排斷等因素。這些參數(shù)的選擇需以切削理論和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以確保切削達(dá)到預(yù)期效果。

四、切削過(guò)程中的物理、力學(xué)現(xiàn)象與切削用量、刀具幾何參數(shù)選擇

切削過(guò)程中的物理、力學(xué)現(xiàn)象

在切削過(guò)程中，由于刀具與工件、切屑與刀具的摩擦以及被切材料的彈、塑性變形，會(huì)產(chǎn)生切削力和切削熱；受工件材料塑性和切削溫度影響，可能產(chǎn)生積屑瘤；切削力和切削熱還會(huì)導(dǎo)致刀具磨損；因工件材料和刀具材料不同，會(huì)產(chǎn)生不同的刀具磨損形式；工件材料不同，切削過(guò)程中切削表面和已加工表面的冷硬現(xiàn)象也不同。

對(duì)切削用量和刀具幾何參數(shù)選擇的影響

這些物理、力學(xué)現(xiàn)象對(duì)刀具幾何參數(shù)的合理選擇有要求，同時(shí)直接作用于切削用量的選擇。使用數(shù)控機(jī)床切削加工時(shí)，要遵循普通切削機(jī)床的切削規(guī)范。選擇切削速度 Vc 時(shí)，要了解工件材料的相對(duì)切削加工性，不同材料的相對(duì)切削加工性相差較大，導(dǎo)致在相同刀具壽命下切削速度相差幾倍到幾十倍。不同刀具材料的耐熱性不同，在相同工件材料情況下，采用的切削速度也不同。切削加工性好的工件材料和耐熱性高的刀具材料，切削速度 Vc 就高，反之則低。

切削熱受工件材料、刀具材料導(dǎo)熱系數(shù)及切削液影響，也受切削速度影響，它影響刀具磨損和壽命以及積屑瘤的產(chǎn)生與消失。精加工時(shí)為保證已加工表面粗糙度值，要選用合適切削速度控制切削溫度抑制積屑瘤產(chǎn)生。切削深度受機(jī)床功率、工件材料單位切削力、刀桿強(qiáng)度和剛性、毛坯余量等因素影響，進(jìn)給量大小取決于機(jī)床剛性、已加工表面質(zhì)量、刀尖圓弧半徑 rε 以及工件材料加工硬化深度等。刀尖圓弧半徑和表面粗糙度有關(guān)系式：h = f2/8rε，當(dāng)進(jìn)給量 f 和表面粗糙度值 Ra 確定后，可計(jì)算選擇刀尖圓弧半徑 rε≥f2/8h。

五、切削液的特點(diǎn)與選用

切削液的作用

切削液在切削過(guò)程中有冷卻、潤(rùn)滑、清洗和防銹四大作用。不同的切削液偏重的特點(diǎn)不同。

切削液的選用原則

選用切削液要綜合考慮工件材料、加工工序和加工階段等因素。粗加工時(shí)，采用以冷卻性能為主兼顧潤(rùn)滑的水溶液、乳化液或極壓乳化液；精加工時(shí)，應(yīng)采用潤(rùn)滑性良好的極壓乳化液、極壓切削油，以減小刀具與工件的摩擦，抑制積屑瘤產(chǎn)生，提高刀具壽命和保證已加工表面質(zhì)量；在切削難切削材料和難加工工序時(shí)，切削液的選用更為重要，它是改善工件材料切削加工性的重要措施之一。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床配備了強(qiáng)大且良好的冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)和性能優(yōu)良的切削液（極壓切削液），凸顯了切削液在切削中的重要地位與作用。

六、刀具壽命的合理制定

刀具壽命對(duì)生產(chǎn)效率和加工成本的影響

使用數(shù)控機(jī)床需合理制定刀具壽命。刀具壽命定高，會(huì)降低切削速度，使生產(chǎn)效率降低，加工工時(shí)變長(zhǎng)，雖刀具成本下降，但綜合加工成本升高；刀具壽命定低，生產(chǎn)效率提高，但刀具磨損快，加工質(zhì)量難保證，且增加數(shù)控機(jī)床換刀、對(duì)刀輔助時(shí)間，使數(shù)控刀具費(fèi)用增加，綜合成本也提高。

不同刀具的壽命制定策略

對(duì)不同成本的數(shù)控刀具，應(yīng)制定不同的合理壽命。單刃（簡(jiǎn)單）和成本低的刀具，刀具壽命一般 T 為 30～60min；多刃復(fù)雜、價(jià)格高的刀具，刀具壽命一般 T 為 240～480min；超硬刀具切削加工有色金屬時(shí)，刀具壽命 T 為幾十小時(shí)到幾百小時(shí)，此時(shí)切削速度可達(dá) 1000m/min 以上。

七、切屑控制措施

切屑控制的重要性

在臥式機(jī)床上切削高強(qiáng)度、高韌性、高塑性的工件材料時(shí)，切屑控制對(duì)保證正常切削和人身安全至關(guān)重要，尤其對(duì)于數(shù)控車床更為關(guān)鍵。若切屑纏繞在工件、刀具和夾具上，會(huì)影響工作正常進(jìn)行。

車刀片斷屑槽型的選擇與注意事項(xiàng)

選擇數(shù)控車床所使用的車刀片斷屑槽型時(shí)要特別注意。粗車時(shí)，選用 R 型；精車時(shí)，選用 F 型；M 型用于普通車削加工。但一定的斷屑槽適用于一定的切削用量范圍，超出規(guī)定范圍可能出現(xiàn)帶狀屑或纏亂的切屑。在選好刀具（片）和切削用量后試切時(shí)，若出現(xiàn)此類切屑，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整切削用量或更換不同斷屑槽的刀片。

八、磨削基礎(chǔ)知識(shí)與數(shù)控磨床效能發(fā)揮

磨削的本質(zhì)與相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)

磨削是一種切削方式，其 “刀具” 是砂輪。要掌握磨削過(guò)程的規(guī)律，了解現(xiàn)代各種磨料的性能特點(diǎn)與用途，以及各種磨料砂輪的特性（粒度、硬度、組織和結(jié)合劑）、平衡、安裝及修整等知識(shí)。

現(xiàn)代磨削方式及注意事項(xiàng)

還要了解現(xiàn)代的高速磨削、強(qiáng)力磨削、緩進(jìn)給磨削、成形磨削、砂帶磨削的特點(diǎn)與磨削過(guò)程中常出現(xiàn)的問(wèn)題和防止（解決）措施等知識(shí)。這些知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)是運(yùn)用好數(shù)控磨床必不可少的條件。數(shù)控機(jī)床是依靠數(shù)字和符號(hào)構(gòu)成的數(shù)值信息控制的自動(dòng)化機(jī)床，其背后需要金屬切削基礎(chǔ)知識(shí)和豐富經(jīng)驗(yàn)的支撐。缺乏這些基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，就無(wú)法根據(jù)工件材料、結(jié)構(gòu)、精度和表面質(zhì)量，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能。只有全面掌握上述數(shù)控機(jī)床金屬切削的各個(gè)方面知識(shí)，才能在機(jī)械加工中實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量的生產(chǎn)。