“在获得数据前就建立理论，是根本性错误。”——夏洛克·福尔摩斯的警示，恰如切削参数与切削工况的永恒矛盾。当工程师用公式（v=ω×R)精准计算切削速度时，带表皮的工件或突变的余量却让理论瞬间崩塌。本文将从量化参数的“确定性”与工况的“混沌性”切入，解析重型加工与重载加工中的术语迷思，并解释工艺系统稳定性背后的黄金法则：在不确定中寻找可控，是机械加工的第一性原理。
一、切削参数基础
切削参数通常是指以量化数值确定切削加工过程的变量集合。切削参数包括：
• 切削速度
• 进给量
• 切削深度
• 切削宽度
• 加工余量
• 走刀次数
• 刀具悬伸量
以及其他与特定加工工艺特性相关的扩展参数。例如，这些参数包括：描述旋转工件或刀具在切削主运动中转速的主轴转速；以及步距和步深，它们定义了铣削中每走一刀后刀具径向和轴向位移量。尽管切削参数通常与切削工况相关联，但其实际值存在争议。切削工况通常包含难以量化的加工工艺因素。例如，不利的切削工况可能涉及以下一系列原因：
• 带表皮的工件（如含硅质或熔渣层）
• 加工余量显著波动导致切削深度变化
• 因加工表面不均匀而产生的剧烈冲击载荷
• 含高磨蚀性夹杂物的表面
另一种情况中，切削工况不稳定是指整个加工系统（机床、工件夹具、切削刀具、工件）稳定性不足，主要原因包括：
• 装夹刚性不足
• 刀具悬伸过大
• 机床刚性不足
• 薄壁工件
二、切削工况分类
从技术定义而言，"不利切削工况"与"不稳定切削工况"并非同义概念，但二者存在因果关系，且在特定语境下可互为替代使用。
在描述切削工况时，"heavy machining"（重型加工）和"heavy-duty machining"（重载加工）这两个术语经常被不当使用。此外，这两个术语有时会被错误地视为同义词。原则上，"heavy machining"（重型加工）是指在强力机床上加工大型和重型工件，主要与工件的尺寸和质量相关；而"heavy-duty"（重载加工）则特指刀具负荷的程度，主要表征一种加工模式。
制造业工程师、工艺规划师和机械加工人员的一条"黄金法则"指出："应避免在不利工况下进行重载加工，特别是在工艺系统不稳定的情况下！
三、切削速度与进给速度
综上所述，切削工况的通用描述取决于多个难以精确定义的方面。在许多情况下，特定加工操作的切削参数确定需依赖用户对"轻载"、"常规"和"重载"工况的评估。在主运动中，刀具切削刃上的各点以相应速度运动，其中最大速度即为切削速度vc。例如，在使用转速n的钻头钻孔时，切削速度即钻头外缘点（距轴线最远点）的圆周速度。实际上，切削速度是刀具与工件加工表面之间的相对线速度。对于直径为R的回转体，其圆周速度v由以下公式定义：
v=ω×R (1)
式中：ω - 角速度（单位：弧度/秒，s⁻¹）
（图1）
在机械加工中，通常采用每分钟转数（RPM/rpm）而非弧度/秒（rad/s）来表示旋转速度。切削速度的公制单位为米/分钟（m/min），美制与英制单位则为表面英尺/分钟（SFM/sfm）。 切削速度vc的计算公式如下：
vc=π×d×n/1000 m/min (2a)
vc=π×d×n/12≈ d×n/3.82 sfm (2b)
式中：d为旋转刀具（铣削、钻削等）或工件（车削）的直径，公式(2a)中单位为毫米（mm），公式(2b)中单位为英寸（inch）。由于旋转刀具和工件均安装在机床主轴上（用于传递扭矩的核心部件），转速n常被称为主轴转速。
另一种速度——进给速度vf决定了进给运动。实际上，这是刀具向工件进给时的移动速度。需区分进给速度vf与进给量f：进给量f是指切削刃上的某一点在进给运动轨迹上，相对于另一主运动的单位循环所移动的距离。例如铣削中刀具每转一周，或车削中工件每转一周，以及前述钻削中钻头每转一周，均属于这类循环基准。
在北美国家，"feed rate"（进给率）一词常被用来替代ISO标准定义的"feed speed"（进给速度）。而较少使用的术语"advance"（进给量）与"feed"同义："advance per tooth"（每齿进给量）和"advance per minute"（每分钟进给量）分别等同于"feed per tooth"（每齿进给量）和"feed speed"（进给速度）。制造商有时也将"feed speed"称为"table feed"（工作台进给），这一原始术语源于传统机床（特别是早期机型），其进给运动是通过工作台的移动实现的。
在铣削加工中，"chip load"通常被视为"feed per tooth"（每齿进给量）的同义词，这一术语在北美市场尤为常见。然而，"chip load"更准确的技术同义词应为"chip thickness"（切屑厚度）。在实际车间术语中，"chip load"一般特指最大切屑厚度。
当进给量与刀具或工件每转对应时，称为每转进给量（feed per revolution），通常标记为f，偶尔也写作fr。每转进给量是车削、钻削、锪孔等加工工艺的典型特征参数。
在刨削、插削和拉削等加工过程中，进给运动以双行程为特征，包含前进（切削）行程和后退（返回）行程。这些工艺采用每双行程进给量（当"双"字省略时简称为每行程进给量）fs来表征。然而在许多情况下，每双行程进给量也记为f。
对于具有多个齿或刃的多齿（多刃）切削刀具，采用每齿进给量fz。该进给量对应于刀具齿（槽）转过一个齿距角时的进给位移。
显然存在以下关系：
f=fz×z (3)
其中z表示刀具齿数（槽数）。
进一步可得：
vf=f×n (4)
及
vf= fz×z×n (5)
实例：采用ISCAR BAYO-T-REAM高速铰刀（配备可换式8刃硬质合金头RM-BN9-32.000-H7LB）对硬度HRC 51-53的钢件进行通孔铰削（孔径Ø32H7毫米/Ø1.2500H7英寸）。制造商推荐的初始切削参数为：vc=40米/分钟（131英尺/分钟），fz=0.1毫米/齿（0.004英寸/齿）。试计算主轴转速与进给速度。
公制单位计算。根据公式(2a)和(5)：
n = 1000×vc/(π×d) = 1000×40/(π×32) = 398转/分钟
vf = fz×z×n = 0.1×8×398 = 318.4毫米/分钟
英制单位计算。根据公式(2b)和(5)：
n = 12×vc/(π×d) = 12×131/(π×1.25) = 400转/分钟
vf = fz×z×n = 0.004×8×400 = 12.8英寸/分钟
四、切削深度与加工余量
切削深度ap作为另一个切削参数，是指工件已加工表面与未加工表面之间的距离。该距离沿已加工表面的法线方向测量。实际上，这就是切削刃切入工件材料的深度。切削深度常用缩写DOC表示。（图2）
若D和D1分别表示已加工和未加工表面的直径，则外圆纵向车削的ap可按以下公式计算：
ap= (D1-D)/2 (6a)
在镗削（内圆车削）中，已加工孔的直径大于未加工孔的直径，因此上述公式变为：
ap= (D-D1)/2 (6b)
在锪孔和铰孔加工中（图3），切削深度按以下公式计算：
ap= (d-D1)/2 (6c)
其中d为刀具直径。
典型铣刀同时通过两个表面去除材料：圆周面和端面。因此，在铣削加工中，切削深度涉及两个在不同方向测量的工艺参数：
轴向切削深度ap：沿铣刀轴线方向测量
径向切削深度ae：铣削平面、台阶和槽时径向测量的深度。径向切削深度更常被称为切削宽度——即铣刀单次走刀去除的材料层宽度。（图4）
加工余量（又称机械加工留量或余量）指机械加工中应去除的材料层厚度。余量分为两种：总余量和工序余量。工序余量指定特定加工工艺（如车削、铣削等）的余量，而总余量指零件整个生产过程中去除的全部材料。总余量包含零件制造所需所有加工工序的余量。工序余量可进一步细分为特定工序操作的余量，例如：粗车、半精车和精车。这些工序可使用单一刀具或多个不同刀具完成。
加工余量是指特定工序中留给切削刀具去除的材料量。根据精度和表面粗糙度要求，以及可能的刀具限制（例如，若刀具最大切削深度小于余量值），材料去除可通过单次走刀或多次走刀完成。
五、加工原则与未来趋势
在为特定材料的工件在特定机床上定义切削参数时，应遵循以下原则：在粗加工中，切削深度应设定为尽可能大的值，最好等于工序余量或其大部分。同样的方法适用于进给量的设定：在现有技术限制（如机床功率、切削工况、刀具强度等）范围内，应尽可能采用高进给量。
在精加工中，确定切削深度和进给量的关键因素是精度与表面粗糙度的要求，以及前道工序提供的表面质量。切削速度取决于刀具和切削材料的特性、切削工况、加工类型和规定的刀具寿命。随着精密熔模铸造、精密锻造和3D打印等精密金属成形技术的发展，这些工艺已能制造出非常接近最终形状的零件，从而显著减少了传统切削加工的需求。因此，工程工艺中对机械加工的要求正在发生变化。在微小余量、高速高进给条件下实现高效精密切削的作用将大幅提升，金属加工行业将需要更多高精度、高耐用性的刀具。
