1.3.2切削力

    切削加工时 , 工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。它与刀具作用在工件上的力大小相等，方向相反。

    ( 齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1) 切削力的来源

    切削时作用在刀具上的力来自两个方面 ， 如图 1.19 所示。

    ① 克服被加工材料对前、后刀面弹性、塑性变形抗力 Fn r .F nα 。

    ② 克服切屑、工件与前、后刀面间的摩擦力 F f n .F f α .

图 1.19 切削力分析

    a)作用在刀具上的力 b)、C)切削时的合力及分力

    （2） 切削合力及分力

    作用在刀具上所有的力可合成为合力 F r 。为便于分析切削力的作用 , 测量和计算其大小 , 将合力 F r 分解为相互垂直的 Fx、Fy 、 Fz 三个分力 ( 图 2.19b .c) 。

    Fz 为主切削力或切向分力 。 它切于加工表面并垂直基面。它是计算刀具强度 , 设计机床零、部件和确定机床功率的依据 . 是最大的分力 , 消耗功率也最大 , 约占 95% 左右。

    Fx 为进给抗力、轴向分力。它处于基面内并平行于工件轴线与走刀方向相反。它是设计 走刀机构强度、计算进给功率的依据。

    Fy 为切深抗力、径向分力。它处于基面内并与工 件轴线垂直。当工艺系统刚性不足时 , 它是引起振动的主要因素。

    由图 1.19b 可得 :

    (2.24)

    (3) 切削力的 计算

    在实际生产中，常用指数公式或单位切削力公式计算切削力，具体计算公式及参数参考有关手册资料。

    （ 4） 影响切削力的因素

    ① 工件材料 工件材料的强度和硬度越高 , 则抗剪强度越高 , 切削力就越大 。 工件材料塑性和韧性越高 , 切屑越不易卷曲 , 从而使刀具、切屑接触面间摩擦增大 , 故 切削力增大 , 如 1Cr18Ni9Ti 不锈钢比 45 钢切削时产生的切削力大得多。切削铸铁和其它脆性材料时 , 塑性变形小 , 刀具、切屑接触面间摩擦小 , 故产生的切削 力比钢小。

    ② 切削用量

    A.背吃刀量： 背吃刀量增大，切削层公称宽度按比例增大，从而使剪切面面积和切屑与前刀面的接触面积都按比例增大，第 Ⅰ 变形区和第 Ⅱ 变形区的变形都按比例增大。因而，当背吃刀量增大 1倍，切削力也增大1倍。

    B.进给量： 进给量增大，切削层公称厚度按比例增大，而切削层公称宽度不变。这时，虽剪切面面积按比例增大，但切屑与前刀面的接触未按比例增大，第 Ⅱ 变形区的变形未按比例增加。因而，当进给量增大 1倍，切削力约增加70%～80%。

    C．切削速度： 切削时，若不形成积屑瘤，当切削速度增大，则切削力减小。若形成积屑瘤，开始时，随着切削速度的增大，逐渐产生与形成积屑瘤，使实际前角逐渐增大，切削力下降。当积屑瘤高度最高时，切削力最小；随着切削速度的增加，切削温度不断升高，积屑瘤逐渐脱落，使前角减小，切削力又逐渐增加。当积屑瘤完全消失，切削力达到最大值。随后切削力又随切削速度的增大而减小。

    ③刀具几何角度

    前角增大 ， 刀具、 切屑接触面间摩擦减少 , 切削变形小 , 故切削力减小。主偏角对 Fx、 Fy 影响较大 ,对 F z 影响较小 。 刃倾角对主切削力影响很小 , 但对切深抗力 Fy 和进给抗力 Fx较大。

    此外 , 刀具棱面、刀尖圆孤半径 、 刀具磨损等对切削力也有影响 。

    (5) 切削功率

    切削加工时，切削功率是各分力消耗功率的总和。车削时 , 因 Fy 方向没有位移不作功， 而 Fx 所消耗的功率仅为主运动消耗功率的 1% 左右 , 可略去不计 , 故通常计算主运动消耗的功率为总的切削功率。

    (1.25)

    式中 —切削功率 （ kw ）；

    F Z — 主切削力 （ N ）；

    V C —切削速度 （ m/min ） 。

    求得切削功率后 , 在验证机床电动机功率是否足够时 , 还需考虑机床的传动效率 , 故机床电动机功率 (KW) 为 :

(1.26)

=0.75～0.85