切削力

各种加工方法切削力计算切削力是在切削过程中，刀具对工件产生的力。

准确计算切削力是非常重要的，能够帮助我们选择合适的切削工艺和切削参数，以确保工件的切削质量和刀具的使用寿命。

在刀具加工过程中，常见的加工方法包括车削、铣削和钻削。

下面分别介绍这几种加工方法的切削力计算方法。

1.车削加工中的切削力计算车削过程中切削力的计算是根据切削力公式来进行的。

常见的切削力公式有以下几种：（1）柯氏切削力公式F=K×ae×fz其中，F为切削力，单位为N；ae为等效切削宽度，单位为mm；fz为进给量，单位为mm/转；K为比例系数，不同材料和刀具有不同的系数。

（2）安培切削力公式F=ae×kc×kc1其中，F为切削力，单位为N；ae为等效切削宽度，单位为mm；kc为切削力系数，不同材料根据实际情况选择；kc1为一修正系数，通常取值为12.铣削加工中的切削力计算铣削过程中切削力的计算相对复杂，需要考虑多个因素。

常见的切削力计算方法有以下几种：（1）柯氏切削力公式F=K×ae×ap其中，F为切削力，单位为N；ae为等效切削宽度，单位为mm；ap 为铣削深度，单位为mm；K为比例系数，不同材料和刀具有不同的系数。

（2）Johnson-Cook切削力公式F=A×(1+ln(sin(α))×(1-Tn))其中，F为切削力，单位为N；A为切削力系数，不同材料根据实际情况选择；α为铣削刀具入射角，单位为度；T为切削温度，单位为℃；n为切削力指数。

3.钻削加工中的切削力计算钻削过程中切削力的计算相对简单，常见的切削力计算方法有以下几种：（1）库珀切削力公式F=π×D×f×kc其中，F为切削力，单位为N；D为钻头直径，单位为mm；f为进给率，单位为mm/转；kc为切削力系数，不同材料根据实际情况选择。

（2）李氏切削力公式F=0.551×π×D×f×kc其中，F为切削力，单位为N；D为钻头直径，单位为mm；f为进给率，单位为mm/转；kc为切削力系数，不同材料根据实际情况选择。

切削力计算的经验公式通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。

在实际中使用切削力的经验公式有两种：一是指数公式，二是单位切削力。

1 ．指数公式主切削力(2-4)背向力(2-5)进给力(2-6)式中F c————主切削力（N）；F p————背向力（N）；F f————进给力（N）；C fc、C fp、C ff————系数，可查表2-1；x fc、y fc、n fc、x fp、y fp、n fp、x ff、y ff、n ff ------ 指数，可查表2-1。

K Fc、 K Fp、 K Ff ---- 修正系数，可查表 2-5，表 2-6。

2 ．单位切削力单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用 kc表示，见表 2-2。

kc=Fc/A d=Fc/(a p·f)=F c/(b d·h d) (2-7)式中A D -------切削面积（ mm 2）；a p ------- 背吃刀量（ mm）；f - ------- 进给量（ mm/r）；h-------- 切削厚度（ mm ）；db-------- 切削宽度（ mm）。

d已知单位切削力 k c ,求主切削力 F cF c=k c·a p·f=k c·h d·b d (2-8)式 2-8中的 k c是指 f = 0.3mm/r 时的单位切削力，当实际进给量 f大于或小于 0.3mm /r时，需乘以修正系数 K fkc，见表 2-3。

表 2-3 进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数 K fkc， K fpsf /(mm/r)0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350.40.45 0.5 0.6K fkc， K fps1.18 1.11 1.061.031 0.97 0.96 0.94 0.9250.9切削力的来源、切削分力金属切削时，切削层及其加工表面上产生弹性和塑性变形；同时工件与刀具之间的相对运动存在着摩擦力。

机械制造技术切削力在金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。

切削力直接影响切削热的产生，并进一步影响刀具磨损、寿命、加工精度和已加工表面质量。

1.切削力的产生和分解切削力来源于三个变形区内切削层金属、切屑和工件表面的变形抗力和刀具与切屑、刀具与工件表面的摩擦阻力。

在实际应用中常将总切削分解成3个相互垂直的切削分力，如图1所示。

图1 外圆车削时力的分解主切削力F C：垂直于基面，与切削速度方向平行的切削分力。

吃刀抗力(背向分力)F P：在基面内与进给运动相垂直，即吃刀方向上的分力。

进给抗力F f：在基面内，与进给运动方向相平行，即沿进给方向的切削分力。

u(1)主切削力FC主切削力是最大的分力，是校验机床动力、设计机床主传动系统零件、夹具强度和刚度的主要依据，也是计算刀具强度和选择切削用量的依据。

u(2)吃刀抗力(背向分力)FP吃刀抗力对工件的加工精度影响最大。

切削工件时，易使其产生弹性弯曲，引起振动。

车削刚性差的细长轴类工件时，Fp对其加工精度的影响尤其显著。

u(3)进给抗力Ff进给抗力Ff是设计和验算进给运动机构零件强度和刚度的依据。

22222c f p c DF F F F F F =++=+式中，F D 为推力，是总切削力F 在切削层尺寸平面上的投影，单位为N。

它与背向力F p 和进给力F f 的关系为：F p =F D cos k r , F f =F D sin k r2. 切削力与切削功率的计算u(1)计算切削力的指数公式u(2)切削功率的计算切削功率Pc用于核算加工成本和计算能量消耗，并在设计机床时根据它来选择机床主电动机功率。

主运动消耗的切削功率:式中 F c—主切削力，N；υc—切削速度，m/min。

根据切削功率P c可计算或校核机床主电动机的功率P E (单位为kW)：cE mP P η=ηm 为机床传动效率，ηm ＝0.75~0.85。

u(3)按单位切削力计算切削力和切削功率单位切削力kc是指单位切削面积上的切削力：3. 影响切削力的因素在切削过程中，切削力可能使工艺系统产生变形，影响加工精度。

切削力在切削加工中，切削力是一个特别重要的参数，切削热、刀具磨损等物理现象都与切削力有关，切削力还是设计和使用机床、刀具、夹具的重要依据。

一、切削力与切削功率1．切削力切削时，使被加工材料发生变形成为切屑所需的力称为切削力。

使被加工材料发生变形所需克服的力主要是：1）切削层材料和工件表面层材料对弹性变形、塑性变形的抗力。

2）刀具前刀面与切屑、刀具后刀面与工件表面间的摩擦阻力。

2．切削合力与分力上述各力的总和形成作用在车刀上的合力。

可将分解为、和三个相互垂直的分力。

垂直于基面，与切削速度的方向全都，称为切削力（也称切向力、主切削力）。

是计算切削功率和设计机床的主要参数。

平行于基面，并与进给方向相垂直，称为背向力。

平行于基面，并与进给方向平行，称为进给力。

在上述三个分力中，值最大，约为，约为。

3．切削功率消耗在切削过程中的功率称为切削功率，用表示。

由于在方向的位移微小，可以近似认为不作功，不消耗功率。

依据切削功率选择机床电动机功率时，还要考虑机床的传动效率。

4．单位切削力的概念单位切削面积上的切削力称为单位切削力。

二、切削力阅历计算公式1．切削力的测量2．切削力阅历计算公式三、影响切削力的因素1．工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。

切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。

2．切削用量的影响（1）背吃刀量和进给量和增大，都会使切削力增大，但两者的影响程度不同。

增大时，变形系数不变，切削力成正比增大；增大时，有所下降，故切削力不成正比增大。

在车削力的阅历计算公式中，的指数近似等于1，的指数小于1。

在切削层面积相同的条件下，采纳大的进给量比采纳大的背吃刀量的切削力小。

（2）切削速度切削塑性材料时，在无积屑瘤产生的切削速度范围内，随着的增大，切削力减小；这是由于增大时，切削温度上升，摩擦系数减小，从而使减小，切削力下降。

在产生积屑瘤的状况下，刀具的实际前角是随积屑瘤的成长与脱落变化的。