什么是切削速度？定義與計算公式解析

切削條件需結合工件材質、刀具特性等設定，若未設定合適值，易出現加工精度下降、作業效率降低、刀具破損及刀具壽命縮短等問題。

其中，切削速度是確保正確進行工件加工的重要指標之一。首先，我們來認識切削速度的定義與計算公式。

切削速度的定義

切削速度是指 “每分鐘刀具切削工件的速度”，也被稱為 “線速度”。

其通過工件直徑（或刀具直徑）、主軸轉速等變量計算得出，也可理解為 “每分鐘刀具（或工件）行進的距離”。

切削速度的計算公式與單位

切削速度的單位用 “Vc” 表示（源自表示速度的 “velocity”），通過以下公式計算。

【計算公式】
切削速度：Vc（m/min）＝D×n×π/1000
D：工件直徑（車削加工）或刀具直徑（銑削加工）
n：每分鐘轉速（min?1）
π：圓周率

變量D的取值規則為在車削加工中代入“工件直徑”，銑削加工中代入“刀具直徑”。例如，銑削加工時使用 “直徑10mm的立銑刀，以500min?1轉速切削”，切削速度計算如下：

V＝10mm×500min^-1×π/1000＝15.7（m/min）

若更換為直徑 5mm 的立銑刀，切削速度為

V＝5mm×500min^-1×π/1000＝7.85（m/min）

由此可見，即使轉速相同，刀具外徑不同也會導致切削速度變化。

此外，切削速度通常由“工件材質”、“刀具材質”、“表面粗糙度”決定。實際加工現場中，工件材質及所需表面粗糙度通常已確定，因此常以此為基本條件進行刀具選擇及轉速設定。

切削速度的確定方法及注意事項

接下來進一步深入理解切削速度。以下將說明確定切削速度時的要點及注意事項。

車床與銑床切削速度計算方法的差異

車床加工中，是主軸上安裝的工件旋轉，因此車削加工的切削速度需使用工件直徑計算。而銑床加工是中刀具旋轉，切削速度則使用刀具直徑計算。即，使用工件直徑還是刀具直徑，取決于采用的加工方式。

切削速度快慢的影響

通過調整切削速度，可在一定程度上控制加工時間和加工精度。

原則上，切削速度快時，加工時間縮短且加工精度提高；反之，切削速度慢時，加工時間延長且加工精度下降。

然而，切削速度受工件和刀具材質等因素制約，過快或過慢均不可取。例如，速度過高會導致切削熱過剩，增加刀具負荷。因此，需根據加工內容確定全局最優的切削條件。

切削速度與刀具壽命的關系

已證實切削速度與刀具壽命存在相關性。刀具損傷主要分為崩刃和磨損兩類，其中崩刃的發生具有隨機性，較難預測。而刀刃磨損程度取決于使用條件，遵循以下公式。

【泰勒壽命公式】
VTⁿ＝C
V：切削速度
T：刀具壽命（n和C為常數）

因右側C為常數，故此可知：當Vc（切削速度Vc）增加，則T（刀具壽命）縮短。即理論上切削速度越快，刀具磨損越劇烈，壽命越短。

轉速的確定方法

在計算切削速度的公式中，“轉速”作為變量同樣重要。下面圍繞轉速與切削速度的關系進行說明。

轉速的定義

轉速是指機床主軸每分鐘的旋轉次數。單位用“rpm”或“min^-1”表示。與切削速度一樣，轉速需根據加工內容設定。

轉速越快，切削效率越高，且加工時間縮短。轉速低會導致加工時間延長，同時影響加工表面質量。加工高硬度工件時，降低轉速可使表面更光滑；加工軟質工件時，提高轉速能提升表面質量。

轉速的計算公式

轉速的計算公式如下，也可通過變形切削速度公式推導得出。

【計算公式】
轉速：n（min^-1）＝(Vc×1000)/(D×π)
Vc：切削速度（m/min）
D：工件直徑（車削加工）或刀具直徑（銑削加工）
π：圓周率

切削速度與進給速度的區別

接下來介紹進給速度的定義及計算方法。由于進給速度易與切削速度混淆，需理解兩者的區別。

進給速度的定義

進給速度是指切削刀具或工件的移動速度，表示 “每分鐘刀具或工件移動的毫米數”。進給速度也被稱為“工作臺進給速度”，當進給速度提高，單位時間內刀具或工件移動距離增加；當進給速度降低時，刀具或工件移動變慢。

切削速度與進給速度的區別

切削速度通過公式“D×n×π/1000”計算。以車削加工為例，當D代入工件直徑時，該公式表示“工件外周每分鐘的移動距離”。

而進給速度是指“切削刀具每分鐘的進給距離”。如圖中藍色箭頭所示為進給運動，進給速度以“刀具每分鐘沿進給方向移動多少毫米”來表述。

進給速度的計算公式（車削加工場景）

車削加工的進給速度可通過以下公式計算出來。

【計算公式】
每分鐘進給速度：F（mm/min）＝f×n
f：每轉進給量（mm/rev）
n：主軸轉速（min^-1）

切削條件與加工時間的影響因素

接下來將解析“進給量”、“背吃刀量”、“切削阻力”。這些均為影響加工精度與加工時間的變量，推薦掌握其定義及計算方法。

進給量

進給量分為“每轉進給量”和“每刃進給量”兩類。二者差異在于計算基準是“主軸旋轉”還是“刀具刃數”。

每轉進給量：主軸每旋轉一周時，刀具或工件的移動距離。
每刃進給量：每轉進給量除以刃數。

【計算公式】
每轉進給量：f（mm/rev）＝l/n
l：每分鐘切削長度（mm/min）
n：主軸轉速（min^-1）

每刃進給量：
fz（mm/tooth）＝F/(z×n)
z：刀具刃數
n：主軸轉速（min^-1）
F：每分鐘進給速度（mm/min）

背吃刀量

背吃刀量是指刀具單次切削工件的厚度。增加背吃刀量可提高單次切削體積，縮短切削時間，但會增大切削阻力從而增加刀具負荷。按背吃刀量從大到小，切削階段分為“粗加工”、“半精加工”及“精加工”，各階段切屑厚度不同。

切削阻力

切削阻力是指切削工件時，工件對刀具產生的阻力。由“主分力”、“進給分力”、“背分力”這三個分力合成。

切削阻力的大小會因工件硬度、切削速度、背吃刀量、刀具刃口角度等因素而變化。例如，加工硬質材料或采用大背吃刀量時，切削阻力會增大；而增大前角或提高切削速度則能降低切削阻力。

在維持精度的前提下提高切削速度可提升生產效率

設定切削速度時，需綜合考慮工件材質、精度要求、加工時間等多方面條件，這一點至關重要。提高切削速度不僅能縮短切削時間，還能抑制加工表面粗糙度。但需注意，若速度過快會產生摩擦熱，大幅增加刀具破損風險。

盡管經驗很重要，但為確保加工一致性，建議參考刀具廠商公布的推薦值，設定切削速度。

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