切削力计算的经验公式

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。

fc

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 ）；

d

b

-------- 切削宽度（ mm）。

d

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

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。

影响切削力的主要因素

1. 工件材料的影响

工件材料的物理机械性能、加工硬化能力、化学成分和热处理状态，都对切削力产生影响。

由表 2-2可以看出，工件材料的硬度愈高，则切削力愈大。工件材料虽然硬度、强度较低，但塑性、韧性大，加工硬化能力大，其切削力仍很大。如 1Cr18Ni9Ti 等不锈钢。

在普通钢中添加含硫或铅等金属元素的易切

钢，其切削力比普通钢降低 20～ 30％。

同一种材料热处理状态与金相组织不同，切削

力也有很大差异。

切削脆性材料（如铸铁）时，塑性变形小，加

工硬化小，切屑与前刀面接触少，摩擦小，因此切

削力也较小。

2 ．切削用量的影响

如图 2-17所示，背吃刀量 a p和进给量 f

是通过对切削面积和单位切削力的变化而影响切

削力的。背吃刀量 a p增大，切削宽度 b d也增

大，剪切面积 As和切屑与前刀面的接触面积按比

例增大，第一变形区和第二变形区的变形与摩擦相

应增大。当背吃力量增大一倍时，切削力也增大

一倍。进给量 f增大，切削厚度 h d增大，而切

削宽度 b d 不变，这时剪切面积虽按比例增大，

第二变形区的变形未按比例增大。而进给量增大，

平均变形变小，单位切削力降低，因此，进给量 f

增大一倍，切削力约增加 70～ 80％。

从上述分析可知， a p和 f对切削面积的影响相同，但对单位切削力的影响不同。

a p 增加时单位切削力不变， f增加时，单位切削力减小，当切削面积 A d相等时，为了减小切削力，可以选择大的进给量 f，小的背吃刀量 a p，即采用窄而厚的切屑断面形状。图 2-18为车削 45钢时， a p与 f对切削力影响的实验曲线。

切削速度 v c对切削力的影响呈波浪形变化，如图 2-19所示。由切削变形一节所述可知，切削速度 v c小于 50m /min的范围内，随着速度的增加，积屑瘤由小变大又变小，切削力则随之由大变小又变大。速度 v c继续增高，切削温度上升，切削力又下降，但变化较小。如 v c从 50m /min增加至 500m /min时，切削力减少约 10％。生

产中的高速切削技术就可减小切削力，提高切削效率。

3. 刀具几何参数的影响

(1) 前角的影响

在刀具几何参数中前角对切削力的影响最大。如图 2-20所示。前角愈大，