切削力的三个分力
金属切削刀具切削力
图 ap、f (a) ap ; (b)f
2、 切削速度vc
切削塑性金属时，vc对切削力的影响如同对切削变形影响的 规律，是由积屑瘤与摩擦的作用所造成的。当vc<35 m/min 时，由于积屑瘤的产生和消失，使γoe增大或减小，导致切削 力的变化；当vc>35 m/min时，vc大，切削温度高，μ减小， 增大，则ξ减小，致使切削力减小。
Zw 1000 vc fa p
整理后得
Ps p 10 6
通过实验求得p后，反过来可以求得Pm，然后再计算Fz。
四、 机床电机功率
在设计机床选择电机功率PE时，应按下式计算
PE
Pm
m
式中 ηm —— 机床传动效率，通常η= 0.75～0.85
4.4 影响切削力的因素
切削力来源于工件材料的弹塑性变形及刀具与切屑、 工件表面的摩擦，因此凡是影响切削过程中材料的变形 及摩擦的因素都影响切削力。
影响因素主要为：工件材料；切削用量；刀具几何参 数；其他因素。
由
Fr
Ac sincos(
-o)
acaw sincos(
-o)
可知， 被加
工材料的抗剪变形、 切削面积愈大， 剪切角、 前角愈
小， 则切削力愈大。 具体分析如下：
一、工件材料
工件材料是通过材料的剪切屈服强度τs、塑性变形、
切屑与前刀面间摩擦系数μ等条件影响切削力的。
当ap、 f、κr不变时， rε增大，将使曲线部分各点的ac、 κr减小。 rε增大对Fx、Fy要比对Fz的影响大。 所以当工艺系统的刚性较差时， 宜用小rε。
刀尖圆弧半径对切削力的影响与 rε/ ap有关。
图 rε
(a) rε小;
(b) rε大
切 削 力
➢ （4）刀尖圆弧半径——刀尖圆弧半径增大，刀刃上参加切削的曲线
部分越长，平均切削厚度减小，切削变形增大，使切削力增大。
前角与刃倾角对切削力的影响
主偏角对切削力的影响
➢ 通常工件材料的强度和硬度越高，剪切屈服强度越高，
产生的切削力也越大。
➢ 在强度和硬度相近的材料中，其塑性和韧性越高，切削
变形系数越大，切屑与刀具间摩擦增加，故切削力越大；
加工硬化严重的材料，切削力也越大。
➢ 切削铸铁等脆性材料时，切削层的塑性变形很小、摩擦
小，加工硬化小，故产生的切削力也小。
3.刀具几何参数的影响
切向力是设计机床主轴、齿轮和计算主运 动功率的主要依据；它决定刀杆、刀片的尺寸； 它是设计夹具和选择切削用量的重要依据。
背向力是作用在吃刀方向上的切削分力，不 消耗切削功率。
纵车外圆时，如果加工工艺系统刚性不足， 背向力是影响加工工件精度、引起切削振动的主 要原因。
轴向力是作用在进给方向上的切削分力，消 耗总功率的 1％～5％。
各 参 数 对 切 削 力 影 响 的 修 正 系 数 值
1.6 切削力计算举例
切 削 力 计 算 例
2 解 题 步 骤
金属切削加工
2．切力的分解
切向力（主切削 力）——在主运动 方向上的分力； 背向力（径向力或 切深抗力）——在 垂直于工作表面上 的分力； 进给力（轴向力 力）——在进给运 动方向上的分力。
1.2 分力 的作用
1．切向力（主切削力）
2．背向力（径向力）
3．轴向力（进给抗力）
机械制造工程学PPT课件3.4切削力
Fc=Cap(2 ap)=2Cap ap
进给量 f 增大，切削厚度也成正比地增大(hD=f·sinKr，)。但hD增大 时变形系数减小，摩擦系数也降低，这又会使切削力减小。上述分析可知， 加大进给量比加大切削深度消耗的能量更少。
用Kc(N／mm2)表示:
bD——切削宽度 hD——切削厚度
二、切削力的测量及切削力经验公式
用测力仪测出切削力，再通过对实验数据的处理，可求得计 算切削力的经验公式。在生产实际中，一般都用经验公式来计
算切削力。
1.切削力的测量 目前常用的测力仪有电阻式测力仪和压电式测力仪。图示
为切削力测量系统。测力仪输出的模拟信号经A／D转换 成数字信号后输入计算 机，计算机对测试数据进行处理 后即可求得切削力经验公式。在 自动化生产中，还可以用测力系 统测得的切削力信号实时监控和
（3）材料的化学成份及其含量影响材料的物理机械性能，从而影响 切削力的大小。如碳钢中的含碳量愈高，其强度和硬度愈高；铜、铝 等金属强度低，塑性较大，但变形时的加工硬化小，因而切削力也较 低。
（4）加工铸铁及其它脆性材料时，切削层的塑性变形小，加工硬化 小。切削脆性材料时形成崩碎切屑，且集中在刀尖，切屑与前刀面的 接触面积小，摩擦力也小，因此切削力比切钢时小。
优化切削过程。
2．切削力经验公式
生产实际中应用比较广泛的切削力经验公式为：
三、影响切削力的因素
1.工件材料的影响
（1）被加工材料的强度愈高，硬度愈大，切削时产生的变形阻力愈 大，切削力就大。
（2）材料在加工过程中硬化系数大，加工硬化能力大时，即使较小 的变形也会引起硬度的大大提高，从而使切削力增大。
3-2切削力
生产中，为了分析切削力对工件、 生产中，为了分析切削力对工件、刀具和机床的 影响，通常把总切削力 分解为三个分力。如图3-15 总切削力F分解为三个分力 影响，通常把总切削力 分解为三个分力。如图 所示。其中： 所示。其中： 也称主切削力， 切削力 ——也称主切削力，车外圆时，又称切向力。 也称主切削力 车外圆时，又称切向力。 它是总切削力在主运动方向的分力， 切削速度的方向 它是总切削力在主运动方向的分力，与切削速度的方向 主运动方向的分力 一致。消耗90﹪以上的切削功率，是计算刀具强度、 一致。消耗 ﹪以上的切削功率，是计算刀具强度、机 床功率的主要依据。 床功率的主要依据。
2．切削用量
（1）背吃刀量和进给量 ）
ap
f
背吃刀量和进给量f加大， 背吃刀量和进给量 加大，均使切削力增大，但两 加大
者的影响程度不同。见表3-1。 者的影响程度不同。见表 。
f
ap
进给量不变背吃刀量增加一倍，切削力也增大一倍。 进给量不变背吃刀量增加一倍，切削力也增大一倍。
不变，进给量增大一倍时，切削力不成正比例增加， 不变，进给量增大一倍时，切削力不成正比例增加，增 大0.7~0.8倍。上述影响反映在切削力实验公式中指数， 倍
vc
vc
率，又使切削力减小。 又使切削力减小。
3．刀具几何参数 （1）前角 γ o ） γ 切削塑性材料时， 增大，变形减小， 切削塑性材料时， o 增大，变形减小，切削力
Fc、Fp、Ff降低。如图 、 、 降低 如图3-18所示。 降低。 所示。 所示 切削脆性材料时，由于变形小，摩擦小， 切削脆性材料时，由于变形小，摩擦小，前角对 切削力的影响不明显。 切削力的影响不明显。 负倒棱使切削刃变钝，切削力增加。 （2）负倒棱 负倒棱使切削刃变钝，切削力增加。 ） （3）主偏角 ） r 由图3-20可知，主偏角的变化，改变背向力和进给力的比 可知， 由图 可知 主偏角的变化， 主偏角增大，背向力减少， 例，主偏角增大，背向力减少，进给力增大。生产 车细长轴时 系统刚性差， 中，车细长轴时，系统刚性差，止工件在背向力 ° ° 甚至大于90°），以防止工件在背向力 腰鼓形工件 作用下变形而加工出腰鼓形工件。 作用下变形而加工出腰鼓形工件。
切削力及其影响因素
yF f nF f
f
Ff p
c
Ff
（2）切削层单位面积切削力经验公式
切削层单位面积切削力p是指切除单位切削 层面积所产生的主切削力，其计算公式为：
p Fc Fc Fc AD ap f hDbD
由上式可得，主切削力Fc的计算公式：
Fc pap f phDbD
上页式中，p是指f＝0.3mm/r时的单位切削力， 硬质合金外圆车刀车削常用金属的单位切削力如 下表所示。
2．切削用量
（1）背吃刀量ap和进给量f
背吃刀量ap和进给量f通过对切削宽度bD和切 削厚度hD的影响而影响切削力Fr，如下图所示。
如上页左图所示，背吃刀量ap增大，切削宽 度bD增大，切削面积AD和切屑与前刀面的接触面 积按比例增大。由于进给量f不变，所以单位切削
力p不变。因此，当背吃刀量ap增大一倍时，主切 削力Fc成比例增大，背向力Fp和进给力Ff也近似 成比例增大。
机械制造技术
切削力及其影响因素
一、切削力
切削力是指金属切削时，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。
1．切削力的来源
切削力的来源主要有以下两方面： ① 克服被加工材料对弹性变形和塑性变形的抗 力。 ② 克服刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力所 需的力。 这些力的合力形成了作用在刀具上的切削力Fr。
Pc Fcvc 10 3
三、影响切削力的因素
1．工件材料
工件材料的硬度、强度越高，剪切屈服强度越 大，切削力Fr越大。
硬度、强度相近的材料，塑性或韧性越好，切 屑越不易折断，切屑与前刀面的摩擦越加，切削力 Fr越大。
切削铸铁等脆性材料时，由于塑性变形小，崩 碎切屑与前刀面摩擦小，切削力Fr较小。
切削力计算经验公式
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、y fc、n fc、x fp、y fp、n fp、x ff、y ff、n ff ------ 指数，可查表 2-1。
fcK 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 fps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。
如图 2-15所示，作用在刀具上的力有两部分组成：1. 作用在前、后刀面上的变形抗力 F nγ和 F nα ;2. 作用在前、后刀面上的摩擦力F fγ和 F fα。
车铣床功率和切削力计算
车铣床功率和切削力计算车铣床的功率和切削力计算是车铣加工过程中的两个重要参数，能够直接影响到工件加工质量和加工效率。
本文将详细介绍车铣床功率和切削力的计算方法。
一、车铣床功率计算：1.切削力计算方法：车铣加工过程中的主要切削力包括切削力Fc、进给力Ff和主轴载荷Fz。
根据切削力的定义，切削力可以用公式Fc = M/(r*cosα)计算，其中M为切削扭矩，r为刀具半径，α为刀具主轴倾角。
进给力可以用公式Ff = Fr*tgβ计算，其中Fr为沿机床进给方向上的切削力，β为锋角。
主轴载荷可以用公式Fz = Mtgβ/R计算，其中M为切削扭矩，β为锋角，R为刀具倾角与水平面之间的距离。
2.切削功率计算方法：车铣加工过程中的切削功率可以用公式P=Fc*V/1000计算，其中P为切削功率，Fc为切削力，V为切削速度。
其中切削速度V可以用公式V=π*D*N/1000计算，其中D为刀具直径，N为主轴转速。
3.车铣床功率计算方法：二、车铣床切削力计算：车铣床切削力是指车铣加工过程中刀具对工件施加的力。
切削力的大小影响着工件表面质量和刀具的耐用性。
下面将介绍车铣床切削力的计算方法。
1.切削力系数计算方法：车铣加工过程中切削力的大小与切削条件、刀具几何形状、工件材料力学性能等因素有关。
切削力系数和以上因素有关，可以通过实验或者理论计算得到。
通过实验测得的切削力系数可以用于计算不同工况下的切削力。
通过理论计算可以使用切削力模型和材料力学性能来确定切削力系数。
2.切削力计算方法：在已知切削力系数的情况下，可以通过切削力系数和切削力的定义来计算切削力。
切削力可以用公式F=Kc*Fc计算，其中F为切削力，Kc为切削力系数，Fc为主切削力。
3.切削力分力计算方法：切削力包括主切削力Fc和切削力的分力Fx和Fy。
主切削力Fc可以通过切削力的计算方法得到。
切削力的分力Fx和Fy可以用公式Fx =F*cosγ和Fy = F*sinγ计算，其中F为切削力，γ为切削角。
切削力的三个分力
1.切削力的三个分力：a：主切削力（又叫切向力）它切于过渡表面且与基面垂直，与切削速度的方向一样b：切深抗力（又叫背向力，径向力，吃刀力）处于基面与进给方向垂直，是加工表面法线上个的分力c：进给力（又叫轴向力，走刀力）处于基面内与轴向的方向平行，是进给方向相反的力2.积屑瘤：在切削速度不高而又不能形成带状切屑的情况下，加工一般钢材或铝合金等塑性材料时，常在前刀面出黏着一块剖面呈三角状的硬块，它的硬度很高，通常是工件材料硬度的2~3倍，这种黏附在前刀面上的金属成为积屑瘤。
（连续流动的切屑从黏在前刀面上的底层金属上流过时，若果温度与压力适当，切屑底部材料也会被阻滞在已经冷焊在前刀面上的金属层上，黏成一体，使黏结层逐步长大形成积屑瘤）3.积屑瘤产生的条件:塑料材料的加工硬化倾向越强，越容易产生积屑瘤。
切削区的温度和压力很低时，不会产生积屑瘤；温度太高时，由于材料变软也不容易产生积屑瘤。
对于碳钢来说，切削区温度处于300~350℃时积屑瘤的高度最大，切削区温度超过500℃积屑瘤便自行消失。
4.防止积屑瘤产生的措施：⑴正确选择切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域⑵使用润滑性能好的切削液，目的在于减小底层材料与刀具前刀面间的摩擦⑶增大刀具前角γ。
减小刀具前刀面与切屑之间的压力⑷适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向5.切屑的类型：⑴带状切屑，⑵挤裂切屑，⑶单元切屑，⑷崩碎切屑6.带状切屑形成条件：加工塑型金属材料，当切削厚度较小，切削速度高，刀具前角较大时一般性成这种切屑。
他的切削过程平稳，切削力波动小，已加工表面粗糙度较小7.切屑的控制：⑴采用断屑槽，通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切削应变增大，切屑卷曲半径减小⑵改变刀具角度，增大刀具主偏角К，切削厚度变大，有利于断屑。
减小刀具前角γ可使切屑变形加大，切屑易于折断⑶调整切削用量，提高进给量ƒ使切削厚度增大，对断屑有利。
8.切削热的产生：切削是由切削功转化的，切削时所消耗的能量的98%~99%转换为切削热。
切削力的三个分力
1.：a：主切削力（又叫切向力）它切于过渡表面且与基面垂直，与切削速度的方向一样b：切深抗力（又叫背向力，径向力，吃刀力）处于基面与进给方向垂直，是加工表面法线上个的分力c：进给力（又叫轴向力，走刀力）处于基面内与轴向的方向平行，是进给方向相反的力2.积屑瘤：在切削速度不高而又不能形成带状切屑的情况下，加工一般钢材或铝合金等塑性材料时，常在前刀面出黏着一块剖面呈三角状的硬块，它的硬度很高，通常是工件材料硬度的2~3倍，这种黏附在前刀面上的金属成为积屑瘤。
（连续流动的切屑从黏在前刀面上的底层金属上流过时，若果温度与压力适当，切屑底部材料也会被阻滞在已经冷焊在前刀面上的金属层上，黏成一体，使黏结层逐步长大形成积屑瘤）3.积屑瘤产生的条件:塑料材料的加工硬化倾向越强，越容易产生积屑瘤。
切削区的温度和压力很低时，不会产生积屑瘤；温度太高时，由于材料变软也不容易产生积屑瘤。
对于碳钢来说，切削区温度处于300~350℃时积屑瘤的高度最大，切削区温度超过500℃积屑瘤便自行消失。
4.防止积屑瘤产生的措施：⑴正确选择切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域⑵使用润滑性能好的切削液，目的在于减小底层材料与刀具前刀面间的摩擦⑶增大刀具前角γ。
减小刀具前刀面与切屑之间的压力⑷适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向5.切屑的类型：⑴带状切屑，⑵挤裂切屑，⑶单元切屑，⑷崩碎切屑6.带状切屑形成条件：加工塑型金属材料，当切削厚度较小，切削速度高，刀具前角较大时一般性成这种切屑。
他的切削过程平稳，切削力波动小，已加工表面粗糙度较小7.切屑的控制：⑴采用断屑槽，通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切削应变增大，切屑卷曲半径减小⑵改变刀具角度，增大刀具主偏角К，切削厚度变大，有利于断屑。
减小刀具前角γ可使切屑变形加大，切屑易于折断⑶调整切削用量，提高进给量ƒ使切削厚度增大，对断屑有利。
8.切削热的产生：切削是由切削功转化的，切削时所消耗的能量的98%~99%转换为切削热。
机械制造技术基础考试试题
一、填空题 （共20分，每空格1分）1、影响切削温度的主要因数有刀具的几何参数、切削液、刀具磨损、 和 。
2、机床上形成发生线的方法有成型法、展成法、 和 。
3、工件常用的安装方法有：直接找正安装、 找正安装和使用 安装。
4、切削力可以分解为相互垂直的三个分力： 、进给力和 。
5、从形态上看，切屑可以分为带状切屑、崩碎切屑、 和 四种类型。
6、通用机床型号中必须包括 代号、组代号、系代号和 。
7、工序是指一个（或一组）工人在 工作地点对一个（或同时对几个）工件 完成的那一部分工艺内容。
8、常见的平面磨削方式有：卧轴矩台平面磨床磨削、立轴矩台平面磨床磨削、 和 。
9、剪切角φ是 与 之间的夹角。
10、以 基准作为定位基准，称为基准重合原则；以同一个精基准面定位加工大多数（或全部）其它表面称为基准 原则。
二、单项选择题（共10分，每小题1分） 得 分 评分人1、在粗加工、断续切削时，刀具的刃倾角应取（）。
A、大于零B、小于零C、等于零D、大于或等于零2、切削用量中对刀具耐用度影响最大的是（）。
A、进给量B、工件材料C、切削速度D、背吃刀量3、大批大量生产中广泛采用（）。
A、通用夹具B、专用夹具C、成组夹具D、组合夹具4、在外圆磨床上磨削工件外圆表面，其主运动是（）。
A、砂轮的回转运动B、工件的回转运动C、砂轮的直线运动D、工件的直线运动5、用硬质合金刀具对碳素钢工件进行精加工时，应选择刀具材料的牌号为（）。
A、 YT30 B 、YT5C、YG3D、 YG86、垂直于过渡表面度量的切削层尺寸称为（）。
A、切削深度 B 、切削长度C、切削层公称厚度D、切削层公称宽度7、生产纲领是指（）。
A、工艺方案B、工艺文件C、年产量D、工艺规程8、在正交平面内度量的基面与前刀面的夹角为（）。
A 、前角 B、后角C 、主偏角 D、刃倾角9、通常新产品试制、修理车间的生产类型为（）。
A、单件B、中批C、大批D、大量10、在车床上，用丝杠带动溜板箱时，可以车削（）。
第4讲 切削力
主偏角对切削力的影响
ac=f sin Kr Kr < 60 时：Kr ac Fz 降低； Kr> 75 时：虽然Kr ac ，但是 Kr 但刀 尖圆弧刃工作长度 ，且占主导作用 Fz增大 Kr Fy Kr Fx 对脆性材料，作用不明显，Kr Fz 降低。
机床和装夹
（一）工件材料方面
工件材料物理力学性能、化学成分、热处理状态和切削
前材料的加工状态都影响切削力的大小。 工件材料强度、硬度愈大、切削力愈大。 工件材料化学成份不同，如合碳量多少，是否含有合金 元素等，切削力不同。 热处理状态不同，硬度不同，切削力也不同（淬火、调 质、正火）。
Pm=Fzv10-3KW
由切削功率Pm可求得机床电机功率PE，即：
式中 m机床传动效率，一般为0.75～0.85。
切削力的计算
1. 测量机床功率计算切削力 2. 切削力试验的测量
3. 经验公式（查手册）
4. FEM分析计算 5. 理论公式（计算与预报）
切削力的计算方法
（1）测量机床功率
利用功率表直测量机床的功率，然后求得切削力的 大小。该方法较粗糙，误差大。
注意，Fz、Fx、Fy之间比例关系随刀具材料、几何参数、工 件材料及刀具磨损状态不同在较大范围内变化。
（3）切削功率
切削功率Pm切削力在切削过程中所作的功率。即
式中 Fz—切削力（N）；v—切削速度（m/s）；Fx—进给力（N） ；nw—工件转速（r/s）； f—进给量（mm/r）。 式中第二项相对第一项很小（＜1～2％）可忽略不计，于是，
材料硬化指数不同如不锈钢硬化指数大，切削力大，铜、
铝硬化指数小，铸铁及脆性材料硬化指数小，切削力就 小。
第4章 切削力
建立Fc与ap、f之关系的主要步骤如下： 首先建立Fz与ap、f之单独关系。为此，实验时， 固定ap以外的所有其他切削条件，选取若干个ap 进行切削实验，用测力仪量取不同ap时的切削力 Fz，得到若干组Fc与ap的对应数据，然后处理数 据，建立经验公式。 处理数据的方法很多，这里仅介绍一种精度较高 的方法—最小二乘法。
课外练习P51—4.5题。
325
300
切削力 Fc (9.8N)
275
250
40
80
120
160
200
υ 切削速度 c(m/min)
三、 刀具几何参数
1、前角γO ：对切削力影响最大。切削力随 着前角的增大而减小。这是因为前角的增大， 切削变形与摩擦力减小，切削力相应减小。 2、刀具主偏角κr ：对切削力Fc的影响不大， κr＝ 60 o～75 o 时， Fc最小，因此，主偏角 κr ＝75 o 的车刀在生产中应用较多。 背向力Fp随主偏角κr的增大而减小。 进给力Ff随主偏角κr的增大而增大。
通常，在求得回归方程之后，还应检查 试验点对回归直线的离散程度，即还需 进行显著性检验，以判断Y与X有无明显 的线性关系。 建立三个以上因素的经验公式时，应采 用多因素实验法，即正交实验法。
教材上用单位切削力公式计算总切削力的部分 请同学们自己看书，这一部分我不讲。这一部 分主要是根据已知条件来查表，其实切削手册 上这样的表很多，如有实际问题，请同学们查 阅切削手册。
金属切削原理及刀具
山东英才学院
第四章 切削力¤1
第一节 概述 一、切削力的来源
切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切
屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所
切削力计算的经验公式
切削力计算的经验公式①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。
加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。
在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。
因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。
②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。
这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。
在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。
约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。
图3-15 切削速度对切削力的影响切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。
⑶刀具几何参数的影响①前角的影响前角γo加大，被切削金属的变形减小，切削厚度压缩比值减小，刀具与切屑间的摩擦力和正应力也相应下降。
因此，切削力减小。
但前角增大对塑性大的材料(如铝合金、紫铜等)影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料(灰铸铁、脆铜等)，因切削时塑性变形很小，故前角变化对切削力影响不大。
②负倒棱的影响前刀面上的负倒棱(如图3-16a)，可以提高刃区的强度，图3-16 负倒棱对切削力的影响但此时被切金属的变形加大，使切削力有所增加。
负倒棱是通过它的宽度br1对进给量f的比值(br1/ f)来影响切削力的。
切削力——【切削原理】
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1、切削力的概念 车刀对工件材料的切削作用力称为切削力。
2、切削力的来源
1)摩擦力：切屑与前刀面的摩擦 (已)加工表面与后刀面的摩擦等
Ff1 Ff2
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2）变形抗力
刀具的挤压使切屑、加工表面和已加工表面 产生弹性、塑性变形----又叫正压力
Fn1 Fn2
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三表面概念
待加工表面
加工表面 已加工表面
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切削力的来源 = 摩擦力 + 变形抗力
Fn1
Ff1
Ff2 Fn2
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切削力的合成
切削力来源于摩擦力和变形抗力 切削力大小就是这两个力的合力 F
F1 Fn1
F2 Ff1
Fn2
Ff2 F2
F
F1
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实际切削力的作用位置
F
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把切削力置于立方体时的位置--对角线上
f
f
③刃倾角：由正值向负值变化时，向外径向力增大。 2）切削用量
切削深度: 切削力与切削深度成正比。 进 给 量：切削力与进给量成正比。
f1 本节内容结束 f2
进给量大（f2＞f1），切削力大（F2＞F1）
2）切削用量 切削深度: 切削力与切削深度成正比。 进 给 量：切削力与进给量成正比。 切削速度：切削力与切削速度成反比；
本节内容结束
Far
Fr
Fa
4、影响切削力的因素
1）刀具角度
①前 角：前角大，切屑变形小，切削力小。 ②主偏角：主偏角影响切削力的分配。
主偏角增大本：节轴内向力容增结大束（Fa1＜ Fa2 ＜Fa3）
径向力减小（Fr3＜ Fr2 ＜Fr1）
机械制造工艺模拟练习题含参考答案
机械制造工艺模拟练习题含参考答案一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、车削细长轴时，切削力中三个分力以（）对工件的弯曲变形影响最大。
A、背向力B、进给抗力C、摩擦力D、主切削力正确答案：A2、车刀的几何参数中，主偏角Kr为（）时，引起车加工振动的可能性最少。
A、90°B、45°C、75°D、105°正确答案：A3、中批量生产中用以确定机加工余量的方法是（）。
A、查表法B、计算法C、经验估计法正确答案：A4、刀具前角为（），加工过程中切削力最大。
A、零度B、正直C、负值正确答案：C5、淬火一般安排在（）。
A、磨削加工之前B、粗加工之后C、磨削加工之后D、毛坯制造之后正确答案：A6、磨削能够加工硬度高的材料是因为（）。
A、磨粒硬度高B、砂轮组织紧密C、砂轮硬度高正确答案：A7、自动化加工中常以（）作为和衡量材料切削加工性能的指标。
A、刀具耐用度B、切削力的大小C、已加工表面质量D、断屑难易程度正确答案：D8、工序集中的优点是减少了（）的辅助时间。
A、调整刀具B、测量工件C、安装工件正确答案：C9、数控机床的特点是（）。
A、经济B、精度高C、美观正确答案：B10、使用三点式自位支承所限制的自由度数目是（）。
A、两个自由度B、0个自由度C、三个自由度D、一个自由度正确答案：D11、压力铸造的主要特点有（）。
A、可铸造形状复杂的薄壁铸件B、可铸造重型铸件C、适用于单件小批量生产D、铸件尺寸精度高正确答案：A12、成型后的型芯需要烘干，烘芯的目的是（）。
A、提高型芯的退让性B、增加型芯的强度C、增加型芯的透气性D、提高型芯的耐火性正确答案：C13、经济加工精度是在（）条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。
A、最不利B、最小成本C、最佳状态D、正常加工正确答案：D14、YT类硬质合金刀具主要用于加工（）。
A、陶瓷B、钢C、铸铁D、金刚石正确答案：B15、CA6140型卧式车床的主参数折算系数为（）。
《减小切削力的措施》
《减小切削力的措施》摘要。
金属机械加工过程中，产生的切削力直接影响工件的粗糙度和加工精度，它又是计算机床动力、计算工艺系统刚度、强度的主要依据和参数，同时也是确定切削用量的基本参数。
本文对切削力的作用、影响因数及如何减少切削力做一初步探讨。
关键词：切削力；切削要素；刀具角度；探讨；途径在金属机械加工切削工程中，由于工件金属材料的弹性变形和塑性变形，以及切削和刀具前面、工件和刀具后面之间的摩擦使刀具前面和后面承受摩擦力和正压力，它们的合力成为切削力。
而在实际加工和工艺装备计算中，一般把切削力分作三个空间垂直的切削分力，即主动削力，走刀抗力和吃刀抗力。
这三个力的合力即为总切削力。
一、三个切削力的含义和作用（一）主切削力。
它是与切削运动方向相同，使刀具前面向下压的作用力。
由于它与切削运动方向相同，指向前刀面，所以由它所产生的功率最多，约占总切削功率的90％以上，所以它是计算机床动力、计算工艺系统刚度和强度的主要依据和参数，同时也是确定切削用量的基本参数。
（二）走刀抗力：即轴向力：它和走刀运动方向相反，它所作的功率约占切削总功率的1％――5％，是设计机床走刀机构时主要的参数和依据。
（三）吃刀抗力即径向力。
这个分力垂直于走刀方向，由于它是作用在机床和工件最薄弱的方向上的力，所以它会使工件在水平方向上弯曲，最容易引起切削振动，直接影响加工表面粗糙度和加工精度。
二、对影响切削力的主要因素（一）工件材料性能的影响由于工件材料的强度愈高，机械性能愈高，金属被切下所需的能量愈大即金属被切下所需力量愈大，即金属被切下所需力量愈大：工件材料硬度愈高，即机械性能也愈高，金属被切下所需的能量亦愈大，金属被切下所需的力量也愈大。
因此，工件材料的机械性能愈高，加工时所需的切削力就愈大，这是影响切削力的第一因素。
（二）切削要素的影响切削要素即加工时选用的切削速度、走刀量和吃刀深度。
1、切削速度对切削力的影响：切削速度即指切削流过刀具前刀面的线速度或称切削主运动的线速度。
切削力的概念和分类
切削力的概念和分类
切削力指的是在切削过程中对切削工具产生的力的作用。
切削力是切削过程中的重要参数，能够影响切削加工的效果、刀具的寿命和加工表面质量等方面。
根据受力方向和作用位置的不同，切削力可分为以下几类：
1. 切削力分量：切削力可分解为切削力分量和进给力分量。
切削力分量是指切削过程中与切削
力方向相同的力，它是沿着切削方向的力，也是主要影响切削过程的力。
2. 侧切力：侧切力是指在切削过程中与切削力垂直的力，它是垂直于切削方向向侧面施加的力。
侧切力会产生切削工具的弯曲和变形，影响切削质量和刀具的寿命。
3. 碰撞力：碰撞力是指在切削过程中由于工件表面不平坦或加工误差等原因导致刀具与工件产
生接触而产生的冲击力。
碰撞力会导致切削工具损坏和加工表面质量下降。
4. 摩擦力：摩擦力是指在切削过程中由于切削工具与工件表面摩擦而产生的力。
摩擦力会增加
切削力、工具磨损和加工表面的热变形。
5. 轴向力：轴向力是指切削过程中沿着刀具轴向方向的力。
轴向力也是切削过程中的重要参数，能够影响刀具的稳定性和切削力的大小。
总之，切削力是切削过程中的重要参数，它由多个分力组成，包括切削力分量、侧切力、碰撞力、摩擦力和轴向力等。
不同的切削力对切削过程和切削工具的影响也是不同的。
切削力
• （2）切深抗力Fy 切深方向的分力； 也称径向力、吃刀力。不消耗功率， 但在机床一工件－夹角－刀具工艺 系统刚性不足时，是造成振动的主 要因素。
• （3）进给抗力Fx
• 进给方向的分力。
• 也称轴向力、走刀力。
• 消耗了总功率5％左右，它是验算 机床进给系统主要零、部件强度和 刚性的依据。
2、切削力测定和车削力实验公式
切屈服强度越高，切削力越大。
• 工件材料的塑性或韧性越高，切屑越不易折 断，使切屑与前刀面间摩擦增加，故切削力 增大。
• 注意点：材料硬化能力越高，则力越大。
• 奥氏体不锈钢，强度低、硬度低，但强化系 数大，较小的变形就会引起材料硬度提高， 所以切削力大。
• 铜、铅等塑性大，但变形时，加工硬化小， 则切削力小。
切削力增大；前角γO1负值增大，变形加大，切削力 增大。
刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径越大，圆弧刀刃参加工作比
例越多，切削变形和摩擦越大，切削力越大。 由于圆弧刀刃上主偏角是变化的，使参加
工作刀刃上主偏角的平均值减小，因此使FY增 大，并较易引起振动。
• 刀具磨损
• 刀具磨损，使刀刃变钝、后刀面与 加工表面间挤压和摩擦加剧，切削 力增大，振动加大。
• 切削速度
• 加工塑性金属时，主要因素为积屑瘤与摩擦。 • 低、中速（5－20m/min）：υ提高，切削变形减小，
故Fz逐渐减小；积屑瘤渐成。 • 中速时（20m/min左右）：变形值最小，Fz减至最
小值，积屑瘤最高，大前角作用。 • 超过中速，υ提高，切削变形增大，故Fz逐渐增大。
积屑瘤消失。 • 高速（υ＞60m/min），切削变形随着切削速度增加
（2）切削用量的影响
• 切削深度和进给量 • 切削深度ap和进给量f增大，分别使切削
切削力计算的经验公式
您要打印的文件是：切削力计算的经验公式打印本文切削力计算的经验公式作者：佚名转贴自：本站原创1．计算切削力的指数公式常用的指数公式如下：式中Fc、Fp、Ff ─分别为主切削力、背向力、进给力；CFc、CFp、C Ff ─决定于被加工材料和切削条件的系数；xFc、yFc、nFc、xFp、yFp、nFp、xFf、yFf、nFf ─公式中切削用量的指数；KFc、KFp、KFf ─三个分力计算中，当实际加工条件与求得经验公式的条件不同时，各种因素对切削力影响的修正系数之积。
各系数、指数及修正系数之值可查阅《金属切削手册》。
2．用单位切削力算主切削力已取得了不同刀具、工件材料及不同加工条件下的单位切削力和单位切削功率的实验统计数据。
从手册中可查到这些数据。
表3-2几种常用材料的单位切削力、单位切削功率，由式(3-13)计算出Fc。
表3—2 硬质合金外圆车刀切削常用金属材料的单位切削力、单位切削功率工件材料单位切削功率/[KW/(mm3/s)]单位切削力/(N/mm2)实验条件名称牌号制造热处理状态硬度/HBS刀具几何参数切削用量范围钢45热轧或正火187196210-61962=15°=75°=0°前刀面带卷屑槽br1=0Vc=1.5~1.75m/sap=1~5mmf=0.1~0.5mm/r 调质(淬火高温回火)229230510-62305br1=0.1~0.15mm淬硬(淬火低温回火)44(HRC)264910-62649r01=-20°40Cr热轧或正火212196210-61962br1=0调质(淬火高温回火)285230510-62305r01=-20°br1=0.1~0.15mm灰铸铁HT200退火170111810-61118br1=0平前刀面,无卷屑槽Vc=1.17~1.42m/sap=2~10mmf=0.1~0.5mm/r 3．影响切削力的因素⑴工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，剪切强度τs越大，虽然切削厚度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。
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1.：a：主切削力（又叫切向力）它切于过渡表面且与基面垂直，与切削速度的方向一样b：切深抗力（又叫背向力，径向力，吃刀力）处于基面与进给方向垂直，是加工表面法线上个的分力c：进给力（又叫轴向力，走刀力）处于基面内与轴向的方向平行，是进给方向相反的力
2.积屑瘤：在切削速度不高而又不能形成带状切屑的情况下，加工大凡钢材或铝合金等塑性材料时，常在前刀面出黏着一块剖面呈三角状的硬块，它的硬度很高，通常是工件材料硬度的2~3倍，这种黏附在前刀面上的金属成为积屑瘤。
（持续流动的切屑从黏在前刀面上的底层金属上流过时，若果温度与压力合适，切屑底部材料也会被阻滞在已经冷焊在前刀面上的金属层上，黏成一体，使黏结层逐步长大形成积屑瘤）
3.积屑瘤产生的条件:塑料材料的加工硬化倾向越强，越简易产生积屑瘤。
切削区的温度和压力很低时，不会产生积屑瘤；温度太高时，由于材料变软也不简易产生积屑瘤。
对于碳钢来说，切削区温度处于300~350℃时积屑瘤的高度最大，切削区温度超过500℃积屑瘤便自行消失。
4.防止积屑瘤产生的措施：⑴正确选择切削速度，使切削速度避开产生积屑瘤的区域⑵使用润滑性能好的切削液，目的在于减小底层材料与刀具前刀面间的摩擦⑶增大刀具前角γ。
减小刀具前刀面与切屑之间的压力⑷合适提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向
5.切屑的类型：⑴带状切屑，⑵挤裂切屑，⑶单元切屑，⑷崩碎切屑
6.带状切屑形成条件：加工塑型金属材料，当切削厚度较小，切削速度高，刀具前角较大时大凡性成这种切屑。
他的切削过程平缓，切削力波动小，已加工表面粗糙度较小
7.切屑的控制：⑴采用断屑槽，通过设置断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切削应变增大，切屑卷曲半径减小⑵改变刀具角度，增大刀具主偏角К，切削厚度变大，不利于断屑。
减小刀具前角γ可使切屑变形加大，切屑易于折断⑶调整切削用量，提高进给量ƒ使切削厚度增大，对断屑不利。
8.切削热的产生：切削是由切削功转化的，切削时所消耗的能量的
98%~99%转换为切削热。
切削层金属在刀具的作用下发生弹性塑性形变耗功，切屑与前刀面，工件与后刀面摩擦也要耗功产生大量的热
9.切削液的作用：⑴冷却作用⑵润滑作用⑶清洗作用⑷防锈作用
10.切削液的选用：获得较低的产品表面粗糙度，较长的刀具寿命，但加工速度高用由基切削液会产生烟雾。
有用地降低切削温度，提高加工效率用水基
11.刀具耐用度：指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间（⑴是确定换刀时间的依据，⑵它所指的切削时间不包括在加工中用于对刀，测量，快进，回程等非切削时间。
⑶刀的总寿命等于刀具开刃次数乘以刀具耐用度。
⑷是判断刀具切削加工性，几何参数，切削用量选择是否合理的严重指标）
12.加工精度：它是指零件加工后的实际尺寸参数与理想几何参数的符合程度
13.主轴回转误差的基本形式：⑴轴向窜动⑵径向跳动⑶角度摆动
14.机床导轨误差如何影响加工精度：⑴在水平面内，车床导轨的直线度误差或导轨对主轴轴心线的平行度误差会使被加工工件产生鼓型或者鞍型⑵在垂直面内车床导轨的直线度误差同样也能使工件产生直径方向的误差但是这个误差不大⑶车床导轨的平行度误差也会使刀尖对工件产生偏移。
水平和垂直方向都有成圣圆柱度误差
15.。