第4章 切削力

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1、第四章切削力切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成：①变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力②切屑、工件与刀具间的摩擦力。直角自由切削切削力的合力及其分力作用在前刀面的弹、塑性变形抗力Fny作用在前刀面的摩擦力Ffy合力Fr作用在后刀面的弹、塑性变形抗力Fna作用在后刀面的摩擦力Ffa第一节切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率一、切削力的来源非自由切削合力及其分力为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小,通常将合力Fr在按主运动速度方向、切深方向、进给方向作的空间直角坐标轴z、y、x上分解成三个分力，它们是：主切削力Fz——切向力主运动切削速度方向的分力切深抗

2、力Fy——径向力切深方向的分力进给抗力Fx——轴向力进给方向的分力二、切削合力及其分解κrFcFFpFf·pFfFf·pFf·pfv切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff进给抗力切削力的分解（c）非自由切削由图可知，合力与各分力间关系为：其中，Fy＝Fx.ycoskr；Fx=Fx.ysinkr式中Fxy－合力Fr在基面上的分力。切削力的分解切削功率Pm是指车削时在切削区域内消耗的功率，通常计算的是主运动所消耗的功率。式中Fz－主切削力（N）;vc－主运动切削速度。机床电动机所需功率PE应为：PE≧Pm/ηkW式中η——机床传动效率三、切削功率测定机床功率及计算切削力

3、Pm=PEηm用测力仪（机械、液压和电气测力仪）测量切削力多采用电阻应变片式测力仪，压电式测力仪采用单片机微机进行切削力数据采集和处理第二节切削力的测量及切削力的计算机辅助测试电阻应变片测力仪测量切削力压电晶体测力仪测量切削力一、切削力指数公式式中:Fz、Fy、Fx:分别为主切削力、切深抗力、进给抗力；CFz,CFy,CFx:决定于被加工材料和切削条件的有关系数；xFz、yFz、nFz、xFy、yFy、nFy、xFx、yFx、nFx:分别为三个分力公式中，背吃刀量ap、进给量f和切削速度vc的指数；KFz,KFy,KFx:考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数

4、。第三节切削力的指数公式和切削力的预报及估算二、单位切削力切除单位切削层面积的主切削力通过实验求得p后，则可通过上式求得主切削力Fz。式中:Zw——单位时间内的金属切除量（mm3·s-1）。整理后得三、单位切削功率单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率称为单位切削功率Ps。通过实验求得p后，反过来可以求得Pm，然后再计算Fz。四、机床电机功率在设计机床选择电机功率PE时，应按下式计算式中ηm——机床传动效率，通常η=0.75～0.85第四节影响切削力的因素切削力来源于工件材料的弹塑性变形及刀具与切屑、工件表面的摩擦，因此凡是影响切削过程中材料的变形及摩擦的因素都影响切削力。影

5、响因素主要为：工件材料；切削用量；刀具几何参数；其他因素。由可知，被加工材料的抗剪变形、切削面积愈大，剪切角、前角愈小，则切削力愈大。具体分析如下：一、工件材料工件材料是通过材料的剪切屈服强度τs、塑性变形、切屑与前刀面间摩擦系数μ等条件影响切削力的。工件材料强度、硬度愈高，材料的剪切屈服强度τs越高大,切削力越大。材料的制造和热处理状态不同，得到的硬度也不同，切削力随着硬度提高而增大。还受加工硬化程度的影响。强度高加工硬化倾向大切削力大化学成分影响材料的物理力学性能，从而影响切削力。金相组织也影响切削力。工件材料的塑性或韧性越高，切屑越不易折断，使切屑与前刀面间摩擦增加，故切

6、削力增大。例如，不锈钢1Cr18Ni9Ti的硬度接近45钢，但延伸率是45钢的4倍，所以同样条件下产生的切削力较45钢增大25％。在切削铸铁等脆性材料，由于塑性变形很小，崩碎切屑与前刀面的摩擦小，故切削力小。◆背吃刀量与切削力近似成正比；◆进给量增加，切削力增加，但不成正比；◆切削速度对切削力影响复杂二、切削用量1、背吃刀量ap、进给量fap、f增大，切削宽度aw、切削厚度ac增大，切削面积Ac增大，抗力和摩擦力增加，则切削力增大，但影响程度不一。仅增大ap，切削厚度ac不变，切削宽度aw则随ap增大而正比增大，切削宽度变化基本与摩擦系数μ、变形系数ξ无关。进给量f增大，切削

7、厚度ac正比增大，但ac增大，变形系数ξ减小，摩擦系数μ也减小，使切削力减小。一般切削力实验公式中ap的指数接近于1；f的指数接近于0.75也可说明这一点。可见，在同样切削面积下，采用大的f较采用大的ap省力。2、切削速度vc切削塑性金属时，vc对切削力的影响如同对切削变形影响的规律，是由积屑瘤与摩擦的作用所造成的。当vc<50m/min时，由于积屑瘤的产生和消失，使γoe增大或减小，导致切削力的变化；当vc>50m/min时，vc大，切削温度高，μ减小，φ增大，则ξ减小，致使切削力减小。加