3.2 切削力解析

（3-11） （3-12）
切屑
刀具
工件
图3-18 切削热的来源与传出
3.3.2 切削温度的分布
切削温度：切屑、工件和刀具接触区域的平均温度。
温度最高区域： ★ 切削塑性材料—前刀面近刀尖处 ★ 切削脆性材料—后刀面近刀尖处
750℃ 刀具 图3-19 二维切削中的温度分布 工件材料：低碳易切钢； 刀具：o=30，o=7； 切削用量：ap=0.6mm，vc =0.38m/s； 切削条件：干切削，预热611C
式中
CFc , CFp , CFf —— 与工件、刀具材料有关系数；
xFc , xFp , xFf —— 切削深度ap 对切削力影响指数； yFc , yFp , yFf —— 进给量 f 对切削力影响指数；
KFc , KFp , KFf —— 考虑切削速度、刀具几何参数、 刀具磨损等因素影响的修正系数。
3.3.3 影响切削温度的主要因素
切削用量：Vc对θ影响最大，f次之，ap最小。 经验公式
C vc f a
Z
y x p
（3-19）
刀具几何参数 前角o↑→切削变形小↓→切削温度↓ 主偏角r↓→切削刃工作长度↑→散热条件好→切削温度↓ 工件材料 工件材料机械性能↑→功耗↑→产热↑→切削温度↑ 工件材料导热性↑→切削温度↓ 脆性材料，切屑呈崩碎状，切削变形小，摩擦和磨损小， 产热少，故切削温度一般较切削钢料时低。 刀具磨损，前后角都↓，与工件摩擦加剧，产热量↑ 冷却条件：切屑带走大部分热，切削液传热降温
3.3.1 切削热的产生与传出
切削热的产生
★ 切削过程中变形和摩擦消耗能量，绝大部分转
变为热 Q Pc Fc vc ★ 主要来源 QA = QD+QFF+QFR QD 、 QFF 、 QFR 分别为切削层变形 热、前刀面摩擦热、后刀面摩 擦热。
切削热的传出 切削热由切屑、工件、刀具 和周围介质 ( 切削液、空气 ) 等传散出去。
3.2 切削力
3.2.1 切削力的来源与分解 3.2.2 切削力与切削功率的计算
3.2.3 影响切削力的主要因素
3.2.1 切削力的来源与分解
切削力的来源 ★ 3个变形区产生的弹性、塑性变形抗力 ★ 切屑、工件与刀具间摩擦力 切削力：切削过 切削力的分解
Fc
Ff · p f
程中作用在刀具 与工件上的力。
( KW )
（3-8）
式中
Fc —— 主切削力（N）； Vc —— 主运动速度（m/s）。
3.2.2 切削力与切削功率的计算
机床电机功率
PE Pc

( KW )
（3-9）
式中 η —— 机床传动效率，通常η= 0.75～0.85
单位切削功率
单位时间切除单位体积 V0 材料所消耗的功率
P pc c p 106 V0 ( KW s / mm3 )
（3-10）
3.2.3 影响切削力的主要因素
工件材料 p157 强度、硬度高 切削变形程度大 切削用量
◆ 切削深度与切削
切削力大
力近似成正比； ◆ 进给量增加，切 削力增加，但不成 正比； ◆ 切削速度对切削 力影响复杂。
切削速度对切削力的影响
3.2.3 影响切削力的主要因素
刀具几何角度
◆ 前角γ0 增大，切削力减小（图3-17）
其他因素影响
◆ 刀具材料：与工件材料之间的亲和性影响其间的
摩擦系数，而影响切削力；
◆ 切削液：有润滑作用，使切削力降低 ； ◆ 后刀面磨损：使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影 响最为显著。
3.3
切削热与切削温度
3.3.1 切削热的产生与传出 3.3.2 切削温度的分布 3.3.3 影响切削温度的主要因素
κr
Ff Fp F f· p
F
Fx 进给抗力
吃刀抗力 Fy
Ff · p
Fz 主切削力 F 切削合力
切削力的分解
为便于分析切削力的作用，测量、计算切削力的大 小，常将合力F分解为三个分力：主运动速度方向 z、切深方向y和进给方向x。
切深抗力Fy 切深方向的分力
进给抗力Fx 进给方向的分力 主切削力Fz 主运动切削速度 方向的分力 在铣削平面时，上述分力亦称为： Fz－切向力、Fy－径向力、Fx－轴向力
3.3.2 切削温度的分布
温ຫໍສະໝຸດ Baidu△θ与材料的密度ρ、比热容c有关。
FZ vc p C. .vc .hD .bD c.
℃
p——单位主切削力(N/㎡)； c——比热容(J／kg· K) ρ——密度(kg／m3)
切削温度高的后果：刀具磨损加剧，加工精度降低。 控制措施： 调整切削用量和刀具角度以减少变形、降低切削力， 从而减少发热量； 改善冷却条件，提高散热量。
3.4 刀具的磨损、破损及使用寿命
3.2.2 切削力与切削功率的计算
单位切削力
单位切削层面积的主切削力(令修正系数KFc =1)
Fc CFc a f kc Ac ap f
xFc p yFc
K Fc

CFc a ap f
xFc p 1 yFc
（3-7）
切削功率
3 P F V 10 c c c
图3-17 前角对γ0切削力的影响
图3-18 主偏角κr对切削力的影响
3.2.3 影响切削力的主要因素
刀具几何角度影响 ◆ 与主偏角相似，刃倾角λs对主切削力影响不大，对 吃刀抗力和进给抗力影响显著(λs↑—Fp↓，Ff↑)
◆ 刀尖圆弧半径rε对主切削力影响不大，对吃刀抗力 和进给抗力影响显著( rε↑— Fp↑，Ff↓)
◆ 主偏角κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和
进给抗力影响显著(κr↑— Fp↓，Ff↑)
切削力/ N 切削力F
2200
1800 1400
γ0 - Fc
κr - Fc κr – Ff κr – Fp
30 45 60 75 90
γ0 – Fp γ0 – Ff 前角γ0
1000
600 200
主偏角κr / °
3.2.2 切削力与切削功率的计算
切削力经验公式
xFc yFc Fc CF a p f K Fc c xF p yFp K Fp Fp CFp a p f xF f yF f F f CF f a p f K Ff
（3-6）