切削力的计算

金属切削中的物理现象及基本规律（3）

二、切削力及其主要影响因素。

切削力是金属切削过程中的基本物理现象之一，是分析机

制工艺、设计机床、刀具、夹具时的主要技术参数。

（一）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。

这些力的合力F称为切削合力，也称为总切削力。总切削力F可沿x,y,z方向分解为三个互相垂直的分力Fc、Fp、Ff，如图2-16所示。主切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力；背向力Fp 总切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力；进给力Ff 总切削力在进给运动方向上的分力。

车削时各分力的实用意义如下：

主切削力F c 作用于主运动方向，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力。

背向力F p 纵车外圆时，背向力F p不消耗功率，但它作用在工艺系统刚性最差的方向上，易使工件在水平面内变形，影响工件精度，并易引起振动。 F p是校验机床刚度的必要依据。

进给力F f 作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。

（二）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 d -------- 切削厚度（mm ）；

b d -------- 切削宽度（mm）。

已知单位切削力k c ,求主切削力F c

F 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

f /(mm/r) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.6

K fkc， K fps 1.18 1.11 1.06 1.03 1 0.97 0.96 0.94 0.925 0.9

公差/值(tolerance/value)

基本尺寸(basic size)

偏差(deviation)

上/下偏差(upper/lower deviation)

配合/间隙配合/过盈配合/过渡配合(fit/clearance fit/interference fit/ transition fits)

单/双边公差(unilateral/bilateral tolerance)

标准/精度公差(standard/ precision tolerance)

基准/特征/点/线/平面/轴线(datum/feature/point/line/ plane/axis)

最大/小材料状态(M/LMC=maximum/least material condition)

理论正确尺寸(theoretical size )

基本尺寸(basic dimension)

直径/半径(diameter/radius)

直线度(straightness)

平面度(flatness)

圆度(circularity)

圆柱度(cylindricity)

线轮廓度(profile of a line)

面轮廓度(profile of a surface)

定向公差(orientation tolerance)

平行度(parallelism)

垂直度(perpendicularity)

倾斜度(角度) (angularity)

位置度(position)

对称度(symmetry)

同轴度(同心度) (concentricity)

圆跳动(circular runout)

全跳动(total runout)

坐标尺寸(coordinate dimensioning)

拔模斜度(draft angle)

分型线(parting line)

外圆角/内圆角拔模斜度(rounds/fillets draft) 肋材和尖角(rib and corner)

顶/测/端视图(top/side/ end view)