切削要素与尺寸控制
摘要：围绕线速度、切深、走刀速度及刀具等切削要素对加工产生的影响，论述了如何保证加工零件的尺寸精度、几何精度、粗糙度的方法。
关键词：走刀纹高度、每转走刀距离、弹性形变、弹性恢复、摩擦、挤压
1、引言
切削要素：转速、切深、走刀速度
加工要求：尺寸精度、几何精度、粗糙度
2、转速对加工的影响
正常情况下，我们知道，转速越高，切削效率越高，效率就是利润，所以，我们要在条件允许的情况之下，运行尽可能高的转速进行切削。
但转速、工件直径确定切削线速度，线速度受工件硬度、延展性、塑性、含碳量、含难切削合金量和刀具的硬度及几何性能等因素制约，所以要在线速度限制下选择尽可能高的转速。
另外转速高低选择要根据不同材质的刀具确定，例如高速钢加工钢件时，转速较低时粗糙度较好，而硬质合金刀具则转速较高时，粗糙度较好。
再者，在加工细长轴或薄壁件时，要注意将转速调整避开零件共振区，防止产生振纹影响表面粗糙度。
3、弹性形变的原因、影响和克服方法
我们大部分人都有这样的感触，就是在上一刀车削了数毫米切深以后，发现离目标尺寸还差几丝或者十几丝时，再进相应深度重新切削时，发现多切了很多，工件报废了。
那么这样的现象有多少人认真分析过其真正原因的呢？有人说，这是因为机床间隙比较大所致，而在同一进刀方向上是不会受间隙影响的，其真正原因就是弹性形变和弹性恢复。
弹性形变表现在刀具、机床丝杠副、刀架、加工零件本身等对象的形变，使刀具相对工件出现后退，阻力减小时形变恢复又会出现过切，使工件报废。
产生形变的最终原因是这些对象的强度不足和切削力太大。
弹性形变会直接影响零件加工尺寸精度，有时还会影响几何精度（如零件变形时容易产生锥度，因为远离卡盘的位置形变幅度越大），刀具的强度不足，我们可以设法提高，有时机床和零件本身的强度，我们是没法选择或改变的，所以我们只能从减小切削力方面着手，来设法克服弹性形变，切深越小、刀具越锋利、工件材料硬度较低、走刀速度减小等都会减小实际切削阻力，都会减轻弹性形变。
所以为了保证尺寸精度、几何精度，我们往往把精加工、半精加工和粗加工分开，也就是说把弹性形变大的和弹性形变小的不同工序分开进行（粗加工时追求效率基本不追求精度，刀具需要偏钝，侧重强度，精加工时切削量很小，追求精度，刀具侧重锋利，减小切削阻力），在对刀试切时，就按照不同工序实际加工时的切深进行试切，确保试切时和实际加工时阻力和弹性形变幅度大致相当，确保数控机床坐标系建立准确，确保普通机床进刀准确；然后在精加工时尽可能采用比较锋利的刀具，最大程度减小切削抗力、减小形变。
4、走刀速度对尺寸精度和表面粗糙度的影响
我们不少人可能有这样的经历，就是当走刀速度改变时，比如数控机床中途改变走刀倍率时，发现工件尺寸不一样了，当走刀速度加快时，外圆尺寸增大了，内孔尺寸减小了，反之，相反。
那么，现象之后的真正原因如何呢？我们通过下面图一和图二比较就能看出来，
图一
图二
当走刀速度减小时，外圆走刀纹路的螺距减小了，所以走刀纹路的高度就减小了，在形变幅度一致的情况下，我们刀尖所走的位置是不变的，也就是说走刀纹路的齿根是一致的，但由于走刀纹路的高度不一样，所以纹路的齿顶位置就不一样了，而我们量具所测量的位置只能是纹路齿顶（及
上图工件外圆），所以虽然刀具没有改变深度，工件测量尺寸却变了。
除了走刀速度改变走刀纹路的高度以外，刀具的副偏角大小也会产生直接影响（如下图所示）。
图三
所以加工过程中途不宜随便改变走刀速度，否则会影响加工尺寸，操作数控车床对刀试切时建立刀补建立坐标系，坐标系不准确，加工尺寸就不准确，所以要用MDI方式写程序试切，试切时保证走刀速度和实际加工时一致，另外也要保证上文提到的保持和实际加工同样的切深，为保持切深准确，可以分两刀试切。
这样才能保证同样的弹性形变和同样的走刀纹高度。
切深小于刀尖圆角半径的1/3时，阻力分解，在径向的力较大，不利于尺寸控制。
5、切削要素对表面粗糙度的影响
我们知道工件材质较硬时，加工后工件表面粗糙度较好，另外当工件材料的可塑性和延展性越高时（如铜材、铝材），就需要刀具越锋利才能加工出比较好的表面粗糙度，灰铸铁加工相对于钢件加工来说，因为成份复杂，含杂质程度高，就需要刀具硬度较高。
有些延展性较高强度又较高的合金材料，就需要锋利却又能保证强度的刀具，所以就比较难加工（如不锈钢、镍基耐热合金、钛合金等）。
除了材料对刀具提出要求以外，切削要素对表面粗糙度也会产生影响，当精加工切深太小，甚至比刀具刃厚还小时，刀刃已不能实现正常切削，所以产生挤压，也就会出现很差的表面粗糙度。
当切深太大，甚至使刀具产生弯曲时，这时工件材料是被撕裂下来的，所以在工件上会留下很多丝状铁屑残留和较明显的纹路。
走刀速度对工件表面粗糙度的影响也是相当明显的，通过上述图示我们可以看出来，当走刀速度加快或刀具副偏角不恰当时，会使走刀纹路高度加大，也就使表面粗糙度变差。
刀具不是很锋利的情况下，切深太小，甚至比刀刃厚度还小时，已经不是正常的切削了，只能属于“刮”或“研”，所加工工件表面粗糙度会下降，工件表面出现细微白丝，好像笼罩一层白雾，所以要注意控制。
6、总结
在机械加工中，熟练把握切削要素，才能得心应手，加工出合格产品。