在普通车床上，转速不能随意设定。你要按照主轴箱上的铭牌扳动手柄，机床只提供固定的转速级。计算需要 1273 1/min，铭牌上却只有 1000 和 1400。该选哪一级？本文告诉你这些转速级为什么这样分布，降一级会损失多少切削速度，以及什么时候选较高的一级反而更好。
为什么越往上间隔越大
看一块典型的转速铭牌，例如从 45 到 2000 1/min 共十二级。低端相邻两级只差 18 1/min，高端却差 600 1/min。这并非偶然。每一级都比前一级大同一个倍数。这个倍数称为公比。
- φ 公比
- nk 某一转速级，nk+1 其上一级，单位 1/min
- nmax、nmin 最高级和最低级，单位 1/min
- z 级数
对于 45 到 2000 1/min、共十二级的铭牌，级与级之间有十一个间隔。
φ11 = 200045 ≈ 44.4 φ ≈ 1.41
这些数值取自优先数系，因此经过圆整。63 与 45 之比为 1.40，125 与 90 之比约为 1.39，180 与 125 之比正好是 1.44。平均为 1.41。
这种数列的好处是，每一级损失的百分比都相同。无论计算需要 1390 1/min 而选 1000，还是需要 174 1/min 而选 125，都少了约 28 %。最不利的情况在各处都一样。
| 公比 φ | 选下一级较低转速时 vc 的最大损失 |
|---|---|
| 1,12 | 11 % |
| 1,25 | 20 % |
| 1,41 | 29 % |
| 1,58 | 37 % |
较旧或较小的机床往往级数少、公比大。在这类机床上，尤其值得把相邻两级都算一遍。
基本原则及其例外
基本原则是选下一级较低的转速。刀刃的刀具寿命很大程度上取决于切削速度，哪怕只高一点，也会大大缩短刀具寿命。切削速度稍低一些通常无关紧要。
不过，切削速度的参考值给出的是一个范围，而不是单个数值。如果较低的一级低于这个范围，硬质合金的切削效果就会变差。加工钢时表面会更粗糙，切削速度很低时还会产生积屑瘤。这时只要较高的一级仍在范围内，就应选它。具体步骤如下。
- 根据计划的切削速度求出计算转速。
- 分别算出相邻两级的实际切削速度。
- 较低的一级在参考值范围内就选它。否则，若较高的一级在范围内，就选较高的一级。
- vc 实际切削速度，单位 m/min
- d 刀刃当前切削处的直径，单位 mm
- n 所选转速级，单位 1/min
这里有一个有用的关系：相邻两级之间正好相差一个公比。如果参考值范围至少和公比一样宽，即上限至少是下限的 1.41 倍，并且转速在铭牌范围之内，那么两级中几乎总有一级合适。由于各级数值经过圆整，最好留一点余量。
例 1 – 较高的一级正确
用硬质合金可转位刀片纵车一根直径 Ø 40 mm、材料为 C45 的轴。参考值范围为 140 到 200 m/min，计划取 160 m/min。
n = 160 · 1000π · 40 ≈ 1273 1/min
1000 级 → vc = π · 40 · 10001000 ≈ 126 m/min
1400 级 → vc = π · 40 · 14001000 ≈ 176 m/min
用 1000 1/min 会少 20 % 以上，低于范围。用 1400 1/min 比计划值高出不到 10 %，但仍在范围内。这里 1400 1/min 是更好的选择。
例 2 – 较低的一级正确
用 HSS 车刀车削一根直径 Ø 50 mm、材料为 S235 的销轴。参考值范围为 25 到 35 m/min，计划取 30 m/min。
n = 30 · 1000π · 50 ≈ 191 1/min
180 级 → vc ≈ 28 m/min 250 级 → vc ≈ 39 m/min
180 级在范围内，略低于计划值。用 250 1/min 就超出了范围，对 HSS 来说太快。你选 180 1/min。
例中数值为参考值。以刀具制造商的数据为准。
当机床达到极限时
直径很大或很小时，铭牌上的转速级有时不够用。
- 计算值低于最低一级：用 HSS 以 20 m/min 粗车一个直径 Ø 300 mm 的圆盘。计算约为 21 1/min，但机床最低只有 45 1/min。这样切削速度就升到约 42 m/min，翻了一倍。此时可改用硬质合金可转位刀片。42 m/min 虽然低于它的范围，但不会使其过载。若仍用 HSS，就必须明显减小背吃刀量和进给量。
- 计算值高于最高一级：直径 Ø 10 mm 的铝制销子，用硬质合金以 300 m/min 加工约需 9549 1/min。用最高一级 2000 1/min 只能达到约 63 m/min。这不会损伤刀刃，但加工时间更长，表面质量也可能变差。
常见错误
- 主轴转动时换挡：这会损坏主轴箱内的齿轮。只在停机时换挡，除非使用说明书另有规定。
- 按成品尺寸计算：粗车时刀片在毛坯直径处切削。若例 1 中的轴从直径 Ø 50 mm 开始粗车，1400 级在那里约为 220 m/min，超出了范围。
- 总是选较高的一级：省下几秒钟，却损失大量刀具寿命。先计算，再换挡。
- 忽视夹具的最高转速：每个卡盘和每个花盘都有允许的最高转速。从主轴后端伸出的长棒料必须加以支撑。
- 看错手柄位置：许多机床有两个或三个手柄。只有全部手柄都与铭牌所示一致，转速才正确。
常见问题
为什么不干脆等间隔，比如每隔 180 1/min 一级？
那样前几级就是 180 和 360 1/min。对于需要 100 1/min 的大直径，就没有合适的一级，低端的跳跃太大。而高端的 1800 和 1980 1/min 几乎没有区别。采用相同倍数，每一步在比例上都一样大，而这正是对刀刃来说最重要的。
在 App 中哪里能找到？
在 Gesello 的“切削参数”模块中，车削下的“机床转速级”。你只需输入一次自己车床的各级转速。之后 App 会针对计算转速显示下一级较低的转速，以及用它实际能达到的切削速度。相关公式见计算指南转速与进给计算。