CNC 切削机理要点

• 1
  切削刃尖端发生了什么
• 2
  刀具几何先于机床设定极限
• 3
  转速、进给与切削深度
• 4
  机理失效的边界
• 5
  常见工艺的切削机理对比

切削通过集中剪切去除材料。刀尖压入工件，直到局部应力超过材料的剪切强度，薄层沿剪切面滑出。该剪切面位于刀尖前方，而非刀尖处。若把刃口当成刮刀，就会误读机床上大部分信号。

有三个区域比规格书上的主轴转速更重要。第一变形区是切屑形成处。第二变形区是切屑与前刀面的摩擦接触。第三变形区是后刀面与已加工表面的摩擦。热量、刀具磨损和表面质量主要来自后两者。

切屑厚度从不等于每齿进给。材料在刃口前方被压缩，切屑离开时比未切层更厚。这就是低碳钢中每齿进给 0.1 mm 可产生 0.13 mm 切屑的原因。忽略这一差值会导致排屑和负载估算出错。

• 1
  剪切角硬材料更陡，软材料更缓。
• 2
  积屑瘤常见于低速下的铝和低碳钢。
• 3
  切屑减薄对径向切宽有实际影响，不是舍入误差。

前角控制多少力用于切削、多少用于推压。正前角切削轻快，适合铝、黄铜和多数塑料。负前角更强，能承受 4140 或 Inconel 的断续切削，代价是主轴负载更高。

后角只有一个作用：防止后刀面摩擦。太小会烧伤表面。太大会使刃口失去支撑而崩刃。在 6061 的 Ø10 mm 立铣刀上，10° 至 12° 后角是常规起点。

刀尖圆弧半径在表面质量与振动之间取舍。较大半径分散负载、改善 Ra，但增大径向力。在细长零件上，该力使工件偏让，表现为锥度。较小半径在刚性不足的装夹中切得更干净。

• 1
  锋利刃口更适合 304 不锈钢等软而粘的材料。
• 2
  钝化刃口更适合淬硬钢和断续切削。
• 3
  涂层刃口干切或高速加工用 TiAlN 或 AlTiN。

线速度才是真正的控制变量。主轴转速只是按直径换算。6061 铝用硬质合金常见 300 至 600 m/min。304 不锈钢 120 至 180 m/min。Ti-6Al-4V 40 至 70 m/min。超过范围上限，刃口寿命急剧下降。

每齿进给由切屑负载决定，而非工作台能走多快。切屑太薄会摩擦而非切削。切屑太厚会使刃口过载。铝用 3 刃硬质合金立铣刀，每齿 0.05 至 0.15 mm 是可用的窗口。

切削深度应服从刀具的径向切宽，而非反过来。自适应刀路把径向切宽保持在直径的 5% 至 10%，轴向切深可达 2 倍直径。这样磨损沿刃长分布，切削温度更低。

切削液选择遵循同样逻辑。浇注式切削液适合排屑困难的深腔。内冷适合深径比大于 5 倍的孔。微量润滑配高压空气在铝上效果好，在钛上效果差。

每种切削方法都有尺寸下限。低于某一直径，刃口刚度不足以避免颤振。五轴机床上 Ø1 mm 立铣刀可行；低于 Ø0.5 mm，偏让占主导，表面质量变差。

硬度是另一道墙。硬质合金可轻松切削约 45 HRC 以下的淬硬钢。超过 55 HRC，刃口几分钟内崩刃或磨平。此时即使加工节拍更慢，电火花或磨削也更经济。

薄壁是第三个限制。铝的 0.5 mm 壁在切削力下会偏让。轻切削、锋利刀具和减小径向切宽可保持壁形。壁厚低于 0.3 mm 时，需用支撑工装或改用非接触工艺。