切削力和切削功率的优化方案

1.切削力的构成与分解

（1）切削力的构成 切削加工时刀具使切削层形成切屑需克服的阻力称为切削力，它由克服弹塑性变形力和摩擦力构成。切削时刀具需克服来自工件和切屑两方面的力，即工件材料被切过程中所发生的弹性变形和塑性变形的抗力，以及切屑对刀具前刀面的摩擦力和加工表面对刀具后刀面的摩擦力，如图5-16所示。

（2）切削力的分解 总切削力F可分解为x、y、z三个分力，如图5-17所示。

图5-16 切削力的构成

图5-17 切削力的分解

1）切削力F_c：垂直于基面，与切削方向一致，又叫切向力（F_z）。

切削力F_c占总切削力F的80%～90%，消耗的功占到95%以上，是计算机床动力和主传动系统零件（如主轴箱内的齿轮和轴）强度和刚度的主要依据。

2）进给力F_f：作用于走刀机构，与进给方向平行，又叫轴向力（F_x）。

一般只消耗1%～5%的功，是设计或校核走刀机构强度的主要依据。

3）背向力F_p：与吃刀方向相反，又叫径向力（F_y）。

作用在工件上，易使工件弯曲变形，不做功。

总切削力F与三个分力的关系为：

（3）影响切削力的因素

1）工件材料的影响。强度和硬度高，则切削力大；塑性和韧性高，则切削力小；

2）切削用量的影响。背吃刀量a_p的影响最大，背吃刀量增加1倍，切削力也增加1倍；进给量f的影响次之，进给量增加1倍，切削力只增加0.85倍；切削速度的影响是通过积屑瘤使切削力发生变化，总的趋势是随着切削速度的增加，切削力有所减小。

3）刀具角度的影响。前角增大，切削力减小；主偏角增加，切削力降低。

此外，刀具磨损、刀具材料及冷却润滑条件也对切削力有影响。(www.xing528.com)

2.切削力的估算

生产中常用单位切削力k_c来估算切削力F_c大小，即单位切削面积（mm²）所需的切削力，即

式中k_c——切削层单位面积切削力，单位为MPa；

A_D——切削层公称面积，单位为mm²；

b_D——切削层公称宽度，单位为mm；

h_D——切削层公称厚度，单位为mm。

表5-1所示为几种材料的k_c值。

表5-1 几种材料的k_c值

3.切削功率

切削功率（P_c）应该是三个切削分力消耗率的总和，但F_p不做功，F_f消耗功率小，所以一般只考虑切削力F_c消耗的功率，即

式中F_c——切削力，单位为N；

v_c——切削速度，单位为m/s。

机床电动机的功率（P_E）可用下式计算：

式中_η——机床的传动效率，一般取0.75～0.85。