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1、切削力与切削功率切削力与切削功率切削力与切削功率计算切削力及其分解、切削功率（1）切削力产生与切削力分解 切削加工时，刀具作用下，被切削层金属、切屑和工件已加工表面金属都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形所产生抗力分别作用前刀面和后刀面上：同时，切屑沿前刀面流出，刀具与工件之间有相对运动，还有摩擦力作用刀面和后刀面上。这些作用刀具上合力就是总切削力F,简称切削力。F受很多因素影响，其大小和方向都是不固定。便于分析切削力作用和测量切削力大小，常常将总切削力F分解为如图1-9所示三个互相垂直切削分力：1）切削力Fc是总切削力主运动方向上分力。，它垂直与基面，是切削力中最大一个切削分力。其所消耗功率
2、占总功率95%99%。它是计算机床动力，校核刀具、夹具强度与刚度主要依据之一。2）背向力Fp是总切削力切削深度方向上分力。它基面内，与进给运动方向垂直。图1-9切削力分解此力作用机床一夹具一工件一刀具系统刚度最弱方向上，容易引起振动与加工误差，它是设计和校验系统 刚度和精度基本参数。3）进给力Ff是总切削力进给运动方向上分力。它基面内，与进给运动方向一致。Ff作用机床进给机构上,是计算和校验机床进给系统动力、强度及刚度主要依据之一。由图1-9可知，总切削力F与三个切削分力之间关系为（1-1）（2）切削功率消耗切削过程中功率称为切削功率pmo切削功率为切削力Fc-_和进给力Ff所消耗功率之和，因
3、背向力Fp没有位移，不消耗功率。切削功率（W）为际血（F斗監） * （1-2）式中：Fc切削力（N）uc切削速度（m/s）F进给力（N）uf进给速度（mm/s）o一般情况下，Ff所消耗功率（约占pm1%2%）远小于Fc所消耗功率，式（1-2）可简化为(1-3)Hii= 1 0按上式求Pm后，如要计算机床电动机功率PE，还应将Pm除以机床传动效率nm（一般取nm=0.750.85）,即（1-4）2切削分力经验公式目前，生产中计算切削分力经验公式可分为两类：一类是按单位切削力进行计算。（1）计算切削力指数公式用指数公式计算切削力是生产实际中或广泛作用，其形式为（1-5）式中CFc、Cfp、CFf决
4、定于被加工材料和切削条件系数：XFC、 yFC、 nFC、 XFp、 yEP、 nFp、xFf、yFf、nFf、一分别为三个分力公式中切削深度ap、进给量f和切削速度uc指数：kFC、kFP、kFf、一分别为三个分力计算式中，当实际加工条件与求经验公式时条件不符时，各种因素对切 削分力修正系数积。设kMF、0OF、kKRF、sf、kRwF、kTF分别为被加工材料力学性能，刀具前角、主偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径、耐用度改变时对切削分力修正系数，并以kF表示kFC、kFP、kFf，则KF=kMF、KyOF、kKRF、SF、 kRwF、kTF（1-6）式（1-5）中各系数、指数数值，以及式（1-6）
5、中各种切削条件下修正系数数值可本书有关章节中查。（2）用单位切削力计算切削力和功率单位切削力p是单位切削层公称横截面积（m2）上切削力（N）, （1-7）：d U r1 T人肋件 I o几n 1 l -j 一如 _ a 屁-（1-8）式中Fc切削为（N）:AD切削层公称横截面积（m2）:bD切削层公称宽度（mm）：hD切削层公称厚度（mm）：ap切削深度（mm）：f进给量（mm/r）。单位切削功率pc是单位时间内切除单位体积材料所需切削功率（W/（m3/s）.宀 Q(1-9)式中Q材料切除率（m3/s）：uc切削速度（m/s）：pc切削功率（W）：- F課宀10网的(1-10)将Q、Pc、代入
6、式（1-9），知道了单位切削力p,就可由式（1-8）计算出切削力FC，并用式（1-10）计算出切削功率pc。单位切削力具体数值可有关文献中查到。表1-1是硬质合金外圆车刀车削几种常用材料单位切削力和单 位切削功率。表1-1硬质合金外圆车刀切削常用金属材料时单位切削力与单位切削功率单位切削力P/工件材料(N/mm2)F=0.3单位切削功率pc/(kw/(mm3/8)f=0.3mm/r实验条件mm/r类名 别称 易 切 钢牌号Y40MnQ235-A制造、热处理状态硬度HBS刀具几何参数切削用量范围热轧20216681668x10-613413718841884x10-6碳 素 结 构 钢45187
7、40Cr40MnB38CrMoA热轧或正火21220721224126919621962x10-6丫。=15Kr=75尢 s=0by1=0前刀具带卷屑槽u0=90T50m/minap=15mmf=0.10.5mm/r钢合金结构钢IA40Cr38CrSi调质（淬火及高温回火285292230521972305x10-62197x10-6淬硬（淬火及低温回火）丫。=15,kr=75, 人=叫1=0.10.15mm(HRC)26492649x10-6Y0=-20前刀面工作材料单位切削 力p/(N/mm2)f=0.3单位切削功率mm/rpc/(kw/(mm3/s)f=0.3mm/r牌号60SiMnT1
8、09CrSiCr1Cr12Mo3Cr2W85CrNiMW18Cr4CCr1Cr18Ni9Ti制造、热处理状态热轧退火退火淬火及回火2692719621962x10-6189223222232226224820923524196172060242060x10-62109 x10-62453x10-6带卷屑槽刀具几何参数y=15Kr=75人=byl=0 前刀面卷屑槽y=20，叫=75,人=，byl=0,前刀面带卷屑实验条件切削用量范围uc=90150m/minap=15mmf=0.10.5mm/rHT200QT450-10KTH300-06轧辊用ZL110ZA12H62HPb59-ZQSn5-5-
9、5T217011181118x10-61702014131413 x10-6退火717013441344 x10-6523434f=0.83434 x10-6表面硬化55(H3139f=13139 x10-6RC)2845f=1.2814.22845 x10-6y0=1814.2 x10-6铸造455706.3y=2706.3 x10-65833.9y0=1833.9 x10-6淬或及时效801075765.2y=2765.2 x10-65冷拔8014221422 x10-6热轧78735.8735.8 x10-6铸造74686.7686.7 x10-6粉末热轧1098516191619 X1
10、0-624132413 x10-6y=15Kr=75人=byl=0,平前刀面，无卷uc=1-171-42m/s(7085m/m屑槽in),ap=210mm,f=0.10.5m y0=15Kr=m/r75y0=0Kr=1214。尢s=0 ，byl=0 平 前刀面，无卷希望槽uc=0.117m/s(7m/min)ap=13mm,f=0.11.2mm/r人=0byl=0,前刀面上带卷屑槽y=15，25，叫=75尢s=0 Uc=180m/min,ap=26mm,f=0byl=0.10.5mm/r平前刀面，无卷屑槽y0=15，叫=75尢s=0 uc=1.83m/s(110m/min), byl=0，平a
11、p=26mm,f=0.10.5mm/r前刀面，无卷屑槽yo=20Kruc=40m/min,ap=15mm,f=0.cp冶金=90尢s=0byl=0.15mm,yo1=-5,前刀面上带卷屑槽10.4mm/r注: 1、切削各种钢，用YT15刀片：切削不锈钢、各种铸铁与铜、铝，用YG8或YG6刀片：用YW2刀片。2、不加切削液。表1-2影响切削力因素影响因素工件材料切削深度ap、进给量f切削速度uc前角y0主偏角kr刃倾角尢s刀尖圆弧半径说明别加工材料强度越高，硬度越大，切削力就越大：工件材料加工硬化倾向性大，则切削 力将增大：工件材料中添加硫，铅等元素（易切削钢），切削力减小，加工铸铁等脆性材 料
12、时，切削层塑性变形很小，加工硬化小，形成崩碎切屑与前刀面摩擦力小，故切削力 小：同意材料热处理状态不同、金相组织不同，也会影响切削力大小。切削深度ap进给量f增加时，抗力和摩擦力增大，切削力也随之增大，但二者对切削力 影响程度不同，一般情况下，当ap增加一倍时，切削力约增加一倍，而当f增加一倍时， 切削力只增加68%86%。加工塑性金属时，切削速度uc对切削力影响呈波浪形。低速范围内（uc50m/min）时，切 削速度增大，切削温度升高，摩擦力逐渐减小，切削力又随之减小。切削脆性金属时，因塑性变形很小，切削与前刀面摩擦也小，故uc对切削力影响也小。 刀具前角越大，切削层变形越小，故切削力也减小，前角对切削力影响程度切削速度增 大而减小，这是高度切削时切削温度增高，使摩擦、加工硬化程度和塑性变形都减小缘 故：加工铸铁等脆性金属材料时，前角对切削力影响不显著。当切削层公称横截面积不变时kr增大，切削层公称厚度增大，切削层变形减小，故切削 力Fc减小，但当kr大于6075。时，到尖圆弧半径作用比重加大
