6.3.3 切削力和切削功率
切削力是切削加工中影响零件加工质量和生产率的重要因素。同时又是设计机床、刀具和夹具的依据。
1.切削力的构成与分解
刀具切削工件时，必须克服材料的变形抗力，克服刀具与工件、切屑之间的摩擦力，这些力的总和就构成了作用在刀具上的切削合力。同样，工件上也受到一个大小相等、方向相反的切削力。为了适应设计和工艺分析的需要，一般将切削力分解为互相垂直的三个分力。以车外圆为例，分析三个分力的特点和作用（见图6-16）。
图6-16 车削外圆时力的分解
（1）主切削力 主切削力（major cutting force）Fz又称切向力，是切削速度方向的分力。它消耗功率最多（占总功率的95%左右），因此也是最大的分力。它切于加工表面并与基面垂直，是计算机床功率和主传动系统零件强度、刚度的主要依据。当切削参数选择不当，主切削力过大时，可能使刀具崩刃或发生“闷车”现象。
（2）进给力 进给力（axial thrust force）Fx又称轴向力，是进给方向的分力。它处于基面内并与工件轴线平行，与走刀方向相反，是设计、验算进给系统主要零、部件强度和刚度以及计算刀具进给功率的依据。Fx一般只消耗总功率的1%～5%。
（3）背向力 背向力（radial thrust force）Fy又称径向力，是处于基面内并与工件轴线垂直的力。它用来确定与工件加工精度有关的工件挠度、计算机床零件和刀具强度，也是使工件在切削过程中产生振动的力。
由图6-18可知，合力Fr与分力的关系为
根据实验结果，当κr＝45°、λs＝0、γo＝15°时，Fz、Fx、Fy之间有以下近似关系：
Fy＝（0.4～0.5）Fz
Fx＝（0.3～0.4）Fz
代入合力与分力的关系式，得
Fr＝（1.12～1.18）Fz
随着刀具几何参数、切削用量、工件材料和刀具磨损等情况的不同，Fz、Fx、Fy之间的比例可在较大的范围内变化。一般情况下，主切削力近似等于切削合力，实用中常以主切削力代替切削合力，以简化计算。
2.影响切削力的因素
影响切削力的因素很多，如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀具材料等。在一般情况下，对切削力影响较大的是工件材料和切削用量。
工件材料的强度、硬度愈高，变形抗力愈大，切削力愈大。因此，切削钢时的切削力要比切削铸铁、铜、铝时大。强度、硬度相近的材料，如塑性、韧度较大，则塑性变形及变形抗力较大，切削力也较大。例如，不锈钢1Cr18Ni9Ti与正火的中碳钢的强度和硬度基本相同，但不锈钢的塑性和韧度较高，其切削力比正火中碳钢大25%左右。
切削用量中，背吃刀量ap和进给量f是影响切削力的主要因素。ap和f增大，则切削层截面积加大，被切削的金属加多，切削力明显增大。但由于ap对变形的影响较大，所以ap的影响更明显。实验结果表明，当ap增加1倍时，切削力也增加1倍；而f增加1倍时，切削力只增加68%～86%。在切削加工中，如果从切削力和切削功率来考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。
切削力的大小可用经验公式进行计算。经验公式是在实验基础上综合了影响切削力的各种因素建立的。需要时可查阅《切削用量手册》或其他有关资料。
实用中，为简化计算，常用单位切削力p来计算。所谓单位切削力是指单位切削面积上的切削力，即
式中 AC——切削面积（mm2）；
ap——背吃刀量（mm）；
f——进给量（mm/r）。
计算时，p可由查阅《切削用量手册》或其他有关资料得到。几种常用材料的p值如表6-1所示。
3.切削功率
切削时消耗的功率，应是三个分力消耗功率的总和。但在车削外圆时，Fy消耗的功率为零，Fx消耗的功率很小，可忽略不计。因此，可用下式计算切削功率：
表6-1 几种常用材料的p值
Pm＝Fzv×10-3 （kW）
式中 Fz——主切削力（N）；
v——切削速度（m/s）。
由上式可知，切削功率直接与切削速度v和主切削力有关，而主切削力又主要受背吃刀量ap和进给量f的影响。因此，切削用量中影响切削功率大小的顺序是v—ap—f。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
