切削力及其影响因素

切削加工时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形而得到切屑和已加工表面所需要的力称为切削力。切削力来源于变形抗力和摩擦阻力。

1.切削力的分析

为了便于分析切削力的作用和测量切削力的大小，常将总切削力F分解为如图2-13所示的三个互相垂直的切削分力Fc、Ff和Fp。

①主切削力Fc是总切削力在主运动方向的分力，是切削力中最大的一个切削分力，单位为牛（N）。主切削力是选择主电动机功率，计算机床动力，校核刀具、夹具的强度与刚度的主要依据之一。

图2-13　切削合力与分力

②轴向力Ff是总切削力在进给运动方向上的分力，单位为牛（N）。轴向力通过刀架作用在机床的进给机构上，它是计算和校验机床进给系统的动力、强度和刚度的主要依据之一。

③径向力Fp是总切削力在基面内垂直于工件轴线方向的分力，单位为牛（N）。径向力可能顶弯工件，对加工质量影响大，通常用来计算与加工精度有关的工件挠度、刀具和机床零件的强度等。

总切削力F与三个切削分力之间的关系如下：

2.切削力的计算

在生产实际中常采用指数形式的切削力经验公式进行计算。其形式如下：

式中，CFc、CFp、CFf——由工件材料决定的各分力的系数；

ap、f——背吃刀量和进给量（mm）；

xc、xp、xf、yc、yp、yf、ap和f——对各分力的影响程度指数；

KFc、KFp、KFf——切削条件变更时各修正系数的连乘积。

这些系数、指数和修正系数，可从有关资料（如切削用量手册）查得。

3.切削功率的计算(www.xing528.com)

切削功率Pc指在切削加工过程中消耗的功率。其大小为切削力与切削速度的乘积。在计算机床的电机功率Pm时，还应考虑机床的传动效率ηm（一般取0.75～0.85），则：

4.影响切削力主要因素

（1）工件材料

工件材料的硬度越大、强度越高，切削力越大。加工硬化程度大，切削力也会增大。工件材料的塑性、韧性越大，切屑越不易折断，使刀屑间的摩擦增大，切削力增大。加工脆性材料时，因塑性变形小，切屑与刀具前面摩擦小，切削力较小。

（2）切削用量

切削用量中背吃刀量和进给量对切削力的影响较大。背吃刀量和进给量增大时，切削层面积增大，变形抗力和摩擦阻力增大，因而切削力随之增大。当背吃刀量增大1倍时，切削力约增大1倍；而进给量增大1倍时，切削力增大约70%。

加工塑性金属材料时，切削速度对切削力的影响是通过积屑瘤和摩擦的作用实现的。如图2-14所示，在低速范围内，随着切削速度的增加，积屑瘤逐渐长大，刀具实际前角逐渐增大，使切削力逐渐减小；在中速范围内，积屑瘤逐渐减小并消失，使切削力逐渐增至最大；在高速阶段，由于切削温度升高，材料硬度下降，使切削力得到稳定的降低。切削脆性材料时，切削变形、刀屑间摩擦都小，切削速度变化对切削力的影响较小。

（3）刀具几何参数

加工塑性材料时，前角越大，切削层的变形及刀屑的摩擦力越小，切削力也越小。加工脆性材料时，前角对切削力的影响很小。

主偏角κr对主切削力Fc的影响较小，对轴向力Ff和径向力Fp的影响较大。主偏角κr变化时，影响Fp与Ff的比值。如图2-15所示，当主偏角κr增大时，Ff增大，Fp减小。

图2-14　切削速度对切削力的影响图

图2-15　主偏角对Ff和Fp的影响

刃倾角λs对Fc影响较小，但λs增大时，Fp减小，Ff增大。

此外，刀尖圆弧半径大小、刀具磨损量、切削液、刀具材料、加工方式和负倒棱等对切削力也有一定的影响。