如何优化切削力和切削热？

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：图1-11 切削力的分解主切削力Fc是总切削力在主运动方向上的分力。这是由于ap增大时单位切削力基本不变，f增大时单位切削力减小。F增大时hD增大，切屑底层的剧烈变形层占整个切削层的比例减小，使平均变形程度下降，Fc随着进给量f的增大而减小。切削速度对切削力的影响因材料不同而异。切削功率为切削力Fc和进给力Ff所消耗功率之和。

1.切削力

切削加工时，在刀具的作用下，切削层金属、切屑和工件已加工表面都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形所产生的抗力分别作用在前面和后面上；同时，由于切屑沿前面流出，刀具与工件之间有相对运动，所以还有摩擦力作用在前面和后刀面上。这些作用在刀具上的合力就是总切削力F，简称切削力。

由于F受很多因素的影响，因此，其大小和方向都是不固定的。为了便于分析力的作用和测量切削力的大小，常常将总切削力F分解为图1-11所示的三个互相垂直的切削分力。

图1-11 切削力的分解

（1）主切削力F_c是总切削力在主运动方向上的分力。主切削力是切削力中最大的一个分力，其所消耗的功率占总功率的95%～99%。它是计算机床动力，校核刀具、夹具的强度与刚度的主要依据。

（2）背向力F_p是总切削力在切削深度方向上的分力。与进给运动方向垂直。此力作用在机床—夹具—工件—刀具刚度最弱的方向上，容易引起振动与加工误差，它是设计和校验系统刚度和精度的基本参数。

（3）进给力F_f是总切削力在进给运动方向上的分力。与进给运动方向一致。F_f作用在机床的进给机构上，是核算和校验机床进给系统的动力、强度及刚度的主要依据。

目前，生产中计算切削分力的经验公式可分两类，一类是指数公式，另一类是按单位切削力进行计算，详细情况可参阅有关工艺手册。

影响切削力的主要因素有以下几点。

1）工件材料。强度和硬度越高，变形抗力越大，切削力就越大。当材料强度相同时，塑性和韧性大的材料，加工时切削力就大。钢的强度与塑性变形大于铸铁，因此，同样情况下切削钢时产生的切削力要大于切削铸铁时的切削力。

2）切削用量。进给量f、背吃刀量a_p的增大，都会使切削面积A_D增大，变形与摩擦增大，切削力增大，但两者的影响程度不同。a_p增大1倍，F也增大1倍，而f增大1倍，F_c增大约70%。这是由于a_p增大时单位切削力基本不变，f增大时单位切削力减小。F增大时h_D增大，切屑底层的剧烈变形层占整个切削层的比例减小，使平均变形程度下降，F_c随着进给量f的增大而减小。

切削速度对切削力的影响因材料不同而异。加工塑性金属时，当v_c<40m/min时，由于积屑瘤的产生与消失，刀具实际前角增大或减小，从而引起切屑变形的变化，导致切削力的变化。当v_c>40m/min时，随着速度的增加，温度升高，摩擦因数减小，使切削力降低。加工脆性材料时，形成崩碎切屑，切屑与前面的摩擦很小，v_c对切削力的影响不大。

3）刀具几何参数。前角γ₀对切削力的影响较大。当γ₀增大时，切屑从前面流出较容易，切屑变形减小，切削力减小。主偏角κ_r和刃倾角λ_s对背向力F_p和进给力F_f的影响较大。当K_r或λ_s增大时，背向力F_p减小，进给力F_f增大。