机械加工（含磨削）在机械制造工业中占据主导地位，绝大部分机械零件的最后工序都需依靠机械加工完成。由此可见，切削加工是机械制造的根基，而金属切削理论则是指导切削加工的核心理论。据估算，当前切削加工在机械加工工作量中的占比仍高达 90% 以上。这意味着，只要从事切削加工工作，就必须深入掌握金属切削理论与刀具相关知识。

一、工件材料的切削加工性与切削条件选择

切削加工性的定义与影响因素

工件材料在切削加工时的难易程度被称为材料的切削加工性。材料切削加工难度大，其切削加工性就差，反之则易。

决定工件材料切削加工性的因素包括材料的化学成分与配比、物理与力学性能以及金相组织等。其中，化学成分与配比又决定了其他性能及热处理后的性能，这些因素影响着切削条件的选择和切削参数的确定，是编程时需重点考虑的问题。

切削加工性的分级与应对策略

工件材料按其性能，切削加工性可分为易、较易、较难和难等 12 级。在了解材料性能和切削特点后，抓住影响切削加工性的主要矛盾，就能合理选择刀具材料、刀具（刀片）的几何参数、切削用量、切削液及刀具（片）槽型。

为保证加工精度和已加工表面粗糙度值，还可根据工件材料的切削加工性与切削条件，确定刀具磨损限度或刀具寿命以及切屑形状与排出方式。

二、刀具材料的性能特点与应用

现代刀具材料种类

现代用于切削的刀具材料丰富多样，有高速钢（包括高性能高速钢和涂层高速钢）、硬质合金（包括新牌号、涂层、钢结及 TiC 基硬质合金）、陶瓷、PCBN 及金刚石（包括天然金刚石、PCD 和 CVD），总计牌号达 100 多个。

刀具材料的性能与选用原则

每个牌号的刀具材料都有各自的性能特点和使用范围，这是编程和使用数控机床人员必须掌握的知识。

要根据工件材料合理选择刀具材料，以获得理想的切削效果，使刀具在合理切削用量条件下有合理寿命，减少停机换刀的辅助时间。应尽量选用切削性能优良、使用寿命高的刀具材料，如涂层高速钢和硬质合金等。在切削有色金属时，选用 PCD、CVD 和金刚石涂层硬质合金，其刀具寿命可比一般刀具长几十倍到几百倍，加工质量也更易保证。

三、刀具几何参数的选择

数控机床刀具的特点

现代数控机床所使用的刀具多为采用可转位刀片的机夹类刀具，其几何参数由刀片几何参数和刀杆上刀片安装槽的有关参数结合而成。

几何参数选择的考虑因素

不同用途材质的刀片，其形状、断屑槽型、前角、后角、刀尖角、刀尖圆弧半径等各不相同。选择时要综合考虑工件材料、工件结构与形状、加工阶段（粗、精加工）和切屑的排断等因素。这些参数的选择需以切削理论和经验为基础，以确保切削达到预期效果。

四、切削过程中的物理、力学现象与切削用量、刀具几何参数选择

切削过程中的物理、力学现象

在切削过程中，由于刀具与工件、切屑与刀具的摩擦以及被切材料的弹、塑性变形，会产生切削力和切削热；受工件材料塑性和切削温度影响，可能产生积屑瘤；切削力和切削热还会导致刀具磨损；因工件材料和刀具材料不同，会产生不同的刀具磨损形式；工件材料不同，切削过程中切削表面和已加工表面的冷硬现象也不同。

对切削用量和刀具几何参数选择的影响

这些物理、力学现象对刀具几何参数的合理选择有要求，同时直接作用于切削用量的选择。使用数控机床切削加工时，要遵循普通切削机床的切削规范。选择切削速度 Vc 时，要了解工件材料的相对切削加工性，不同材料的相对切削加工性相差较大，导致在相同刀具寿命下切削速度相差几倍到几十倍。不同刀具材料的耐热性不同，在相同工件材料情况下，采用的切削速度也不同。切削加工性好的工件材料和耐热性高的刀具材料，切削速度 Vc 就高，反之则低。

切削热受工件材料、刀具材料导热系数及切削液影响，也受切削速度影响，它影响刀具磨损和寿命以及积屑瘤的产生与消失。精加工时为保证已加工表面粗糙度值，要选用合适切削速度控制切削温度抑制积屑瘤产生。切削深度受机床功率、工件材料单位切削力、刀杆强度和刚性、毛坯余量等因素影响，进给量大小取决于机床刚性、已加工表面质量、刀尖圆弧半径 rε 以及工件材料加工硬化深度等。刀尖圆弧半径和表面粗糙度有关系式：h = f²/8rε，当进给量 f 和表面粗糙度值 Ra 确定后，可计算选择刀尖圆弧半径 rε≥f²/8h。

五、切削液的特点与选用

切削液的作用

切削液在切削过程中有冷却、润滑、清洗和防锈四大作用。不同的切削液偏重的特点不同。

切削液的选用原则

选用切削液要综合考虑工件材料、加工工序和加工阶段等因素。粗加工时，采用以冷却性能为主兼顾润滑的水溶液、乳化液或极压乳化液；精加工时，应采用润滑性良好的极压乳化液、极压切削油，以减小刀具与工件的摩擦，抑制积屑瘤产生，提高刀具寿命和保证已加工表面质量；在切削难切削材料和难加工工序时，切削液的选用更为重要，它是改善工件材料切削加工性的重要措施之一。现代数控机床配备了强大且良好的冷却润滑系统和性能优良的切削液（极压切削液），凸显了切削液在切削中的重要地位与作用。

六、刀具寿命的合理制定

刀具寿命对生产效率和加工成本的影响

使用数控机床需合理制定刀具寿命。刀具寿命定高，会降低切削速度，使生产效率降低，加工工时变长，虽刀具成本下降，但综合加工成本升高；刀具寿命定低，生产效率提高，但刀具磨损快，加工质量难保证，且增加数控机床换刀、对刀辅助时间，使数控刀具费用增加，综合成本也提高。

不同刀具的寿命制定策略

对不同成本的数控刀具，应制定不同的合理寿命。单刃（简单）和成本低的刀具，刀具寿命一般 T 为 30～60min；多刃复杂、价格高的刀具，刀具寿命一般 T 为 240～480min；超硬刀具切削加工有色金属时，刀具寿命 T 为几十小时到几百小时，此时切削速度可达 1000m/min 以上。

七、切屑控制措施

切屑控制的重要性

在卧式机床上切削高强度、高韧性、高塑性的工件材料时，切屑控制对保证正常切削和人身安全至关重要，尤其对于数控车床更为关键。若切屑缠绕在工件、刀具和夹具上，会影响工作正常进行。

车刀片断屑槽型的选择与注意事项

选择数控车床所使用的车刀片断屑槽型时要特别注意。粗车时，选用 R 型；精车时，选用 F 型；M 型用于普通车削加工。但一定的断屑槽适用于一定的切削用量范围，超出规定范围可能出现带状屑或缠乱的切屑。在选好刀具（片）和切削用量后试切时，若出现此类切屑，应适当调整切削用量或更换不同断屑槽的刀片。

八、磨削基础知识与数控磨床效能发挥

磨削的本质与相关知识要点

磨削是一种切削方式，其 “刀具” 是砂轮。要掌握磨削过程的规律，了解现代各种磨料的性能特点与用途，以及各种磨料砂轮的特性（粒度、硬度、组织和结合剂）、平衡、安装及修整等知识。

现代磨削方式及注意事项

还要了解现代的高速磨削、强力磨削、缓进给磨削、成形磨削、砂带磨削的特点与磨削过程中常出现的问题和防止（解决）措施等知识。这些知识与经验是运用好数控磨床必不可少的条件。数控机床是依靠数字和符号构成的数值信息控制的自动化机床，其背后需要金属切削基础知识和丰富经验的支撑。缺乏这些基础和经验，就无法根据工件材料、结构、精度和表面质量，充分发挥数控机床的效能。只有全面掌握上述数控机床金属切削的各个方面知识，才能在机械加工中实现高效、高质量的生产。