下载文档原格式
切削用量三要素对切削力的影响规律
切削用量是切削加工中的重要参数，它由三个基本要素构成，分别是切
削速度、进给量和切削深度。
这三个要素对切削力的影响规律是我们进行切
削加工时必须了解和掌握的。
切削速度是指在单位时间内切削刀具与工件表面之间的相对运动速度。
切削速度的加快会导致切削力的增加。
当切削速度较低时，切削力主要由切
削刀具切削工件的材料引起的，逐渐过渡到切削速度较高时，切削力主要由
刀具与工件之间的摩擦引起的。
因此，提高切削速度会增加摩擦力，导致切
削力的增加。
进给量是指切削刀具在单位时间内对工件的移动距离。
增加进给量会导
致切削力的增加。
当进给量较小时，切削力主要由切削刃进给到工件产生的，逐渐过渡到进给量较大时，摩擦力对切削力的贡献逐渐增大。
因此，增加进
给量会增加摩擦力和切削刃的接触力，进而导致切削力的增加。
切削深度是指切削刀具每次进给时切削的工件材料厚度。
增加切削深度
会导致切削力的增加。
当切削深度较浅时，切削力主要由切削刃与工件之间
的摩擦引起的，随着切削深度的增加，刀具切削工件的材料引起的切削力逐
渐增加。
因此，增加切削深度会增加切削力。
切削用量三要素对切削力的影响规律是：提高切削速度、增加进给量和
增加切削深度都会导致切削力的增加。
在切削加工中，我们需要根据具体情
况合理调整切削用量，以降低切削力，提高切削效率和加工质量。
切削用量三要素讲解切削用量是指在机械加工过程中，为了能够获得所需的加工结果，所需要使用的切削刀具的数量。
切削用量的大小直接影响切削加工的效果和成本。
在进行切削加工时，要考虑切削用量的三个要素，即切削宽度、切削深度和进给量。
切削宽度是指刀具沿工件表面的宽度。
切削宽度的大小直接影响切削过程中的切削力、切削温度和切削表面质量。
一般来说，切削宽度越大，切削力越大，切削温度也会相应增加。
此外，切削宽度的大小还决定了每分钟切削量的大小，即工件在单位时间内被切削的体积。
因此，在切削宽度的确定上需要考虑到切削力和切削温度的限制，以及加工效率的要求。
切削深度是指刀具在一次进给中所切下的工件表面的厚度。
切削深度的大小直接影响切削过程中的切削力、切削温度和切削表面质量。
一般来说，切削深度越大，切削力也会相应增加。
此外，切削深度的大小还决定了每分钟切削量的大小。
因此，在切削深度的确定上需要考虑到切削力的限制，以及加工效率的要求。
进给量是指刀具在单位时间内的移动距离。
进给量的大小直接影响切削过程中的切削力、切削温度和切削表面质量。
一般来说，进给量越大，切削力越大，切削温度也会相应增加。
此外，进给量的大小还决定了每分钟切削量的大小。
因此，在进给量的确定上需要考虑到切削力的限制，以及加工效率的要求。
在确定切削用量时，需要综合考虑切削宽度、切削深度和进给量的影响，并找到适合的平衡点。
切削用量的过大或过小都会对切削加工效果产生不利影响。
过大的切削用量会导致切削力过大，加剧刀具磨损和变形，使切削表面质量下降，同时还会增加切削过程中的切削温度，进而影响工件的尺寸精度和表面质量。
而过小的切削用量会使加工效率降低，增加加工时间和成本。
因此，在确定切削用量时，需要根据具体材料、工件形状、加工要求等因素进行综合考虑。
一般来说，在保证切削力、切削温度和切削表面质量在合理范围内的前提下，尽可能选择较大的切削宽度、切削深度和进给量，以提高加工效率。
车削加工切削用量选择分析在长期车削加工实践中，有经验的车工老师会在开车切削前，对照着零件图样先考虑开几转车速，吃刀多少深，选择多少走刀量。
这不仅体现了切削用量的重要性，更直接关系到如何充分发挥车刀、机床的潜力来提高实际的生产效率。
因此在车削加工前一定要合理的选择切削用量。
一、切削用量对切削的影响在车削加工中，始终存在着切削速度、吃刀深度和走刀量这三个切削要素，在有条件增大切削用量时，增加切削速度、吃刀深度和走刀量，都能达到提高生产效率的目的，但它们对切削的影响却各有不同。
1. 切削速度对切削的影响所谓切削速度，实质上是指切屑变形的速度，其高低决定着切削温度的高低，影响着切削变形的大小，而且直接决定着切削热的多少。
当车削碳钢、不锈钢以及铝和铝合金等塑性金属材料达到一定的切削温度时，切削底层金属将粘附在车刀的刀刃上面形成积屑瘤。
由于积屑瘤的存在，将会增大车刀的实际前角，对切削力、车刀的磨损以及工件加工质量会产生较大影响。
（1）切削速度对切削力的影响。
一般来说，提高切削速度，切屑变形小，切削力也就相应降低。
对于碳钢等塑性金属材料，在用硬质合金车刀车削碳钢工件时（前角γ=0°），开始切削速度小，切削力大，但随着切削速度的提高，形成积屑瘤后会增大车刀的实际前角，使切屑变形减小，导致切削力下降。
积屑瘤在刀刃上的堆积高度越高，即车刀实际前角增加得越多，切削变形与切削力也就越小。
但当切削速度超过一定范围时（≥20m/min），随着切削速度的提高，积屑瘤高度将会逐渐减小，直至完全消失，车刀的实际前角也随之逐渐减小，直至回复原来大小，这时切削变形与切削力又将逐渐增大。
当切削速度再继续提高时（≥50m/min），由于切削温度甚高，切屑与车刀前面接触的一层表皮开始微熔，起了一种特殊的润滑作用，减少了摩擦，而且因被切层变形不够充分，使切屑变形减小，切削力得到了再次降低。
此后切削力的变化逐渐趋于稳定。
对于不同的工件材料以及不同的车刀前角值，切削速度与切削力之间的变化规律大致如此，但各个变化阶段的速度范围则会不尽相同。
切削用量对切削力的影响比较Prepared on 22 November 2020切削用量对切削力的影响比较（陕西理工学院机械工程学院）摘要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律；同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。
关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律1.引言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，同时也是确定切削用量的基本参数。
所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。
本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。
2.金属切削加工机理金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。
金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。
切削加工原理利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。
切削变形根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。
第Ⅰ变形区：剪切滑移区。
该变]3[形区包括三个过程，分别是切削层弹 性变形、塑性变形、成为切屑。
第Ⅱ变形区：前刀面挤压摩擦区。
该变形区的金属层受到高温高压作用， 使靠近刀具前面处的金属纤维化。
第Ⅲ变形区：后刀面挤压摩擦区。
该变形区造成工件表层金属纤维化与 图1-2切削层的变形区加工硬化，并产生残余应力。
3.切削力切削力是指切削过程中作用在刀具或工件上的力，它是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。
切削力来源根据切削变形的不同，切削过程中刀具会受到三种力的作用，即： （1）克服切削层弹性变形的抗力 （2）克服切削层塑性变形的抗力（3）克服切屑对刀具前面、工件对刀具后面的摩擦力切削力的合成与分解图2-2切削力合力和分力图2-2为车削外圆时切削力的合力与分力示意图。
切削三要素对切削力的影响有何不同金属切削的原理研究金属切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律的一门学科。
在设计机床和刀具、制订机器零件的切削工艺及其定额、合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时，都要利用金属切削原理的研究成果，使机器零件的加工达到经济、优质和高效率的目的。
《金属切削原理与刀具》主要有以下内容:一 刀具材料与切削加工基本知识1课题一 刀具材料的选用1课题二 切削运动和切削用量6课题三 刀具的组成及其主要角度10课题四 常用车刀的绘制及刃磨15课题五 车刀的工作角度18二 金属切削加工中的主要现象及规律23课题一 切削中的变形23课题二 切屑的种类及断屑26课题三 积屑瘤30课题四 加工硬化34课题五 切削力与切削热37课题六 刀具磨损与刀具耐用度41三 金属切削加工质量及刀具几何参数的选择46课题一 工件材料的切削加工性46课题二 已加工表面质量50课题三 刀具几何参数的合理选择54四 车刀59课题一 机械夹固式车刀及其使用60课题二 径向成形车刀67五 孔加工刀具73课题一 标准麻花钻74课题二 标准麻花钻的修磨与群钻77课题三 深孔加工刀具与铰刀80六 铣刀86课题一 铣刀的种类和用途86课题二 铣刀的几何参数和铣削用量90七 螺纹刀具与砂轮96课题一 螺纹刀具96课题二 砂轮的合理选择101八 数控机床用刀具107课题一 数控车床用刀具107课题二 数控铣床用刀具111课题三 数控加工中心用刀具115机械制造基础┇金属切削加工原理金属切削加工是用刀具从工件上切除多余材料，从而获得形状、尺寸精度及表面质量等合乎要求的零件的加工过程。
实现这一切削过程必须具备三个条件：工件与刀具之间要有相对运动，即切削运动；刀具材料必须具备一定的切削性能；刀具必须具有适当的几何参数，即切削角度等。
金属的切削加工过程是通过机床或手持工具来进行切削加工的，其主要方法有车、铣、刨、磨、钻、镗、齿轮加工、划线、锯、锉、刮、研、铰孔、攻螺纹、套螺纹等。
简析切削加工中切削用量的选择1 切削用量的概念切削用量是指切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。
它是计算切削力、切削功率及调整机床的重要参数,也是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。
1.1 切削速度Vc指刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度,可理解为切削刃上选定点相对于主运动的线速度,其大小与工件或刀具的直径及转速有关,单位常用m/min表示,计算公式为:vc=πdn/1000,d为工件或刀具的直径(mm);n为工件或刀具的转速(r/mm)。
当切削刃上选定点的位置不同时,公式中的d也随之变化,则计算出来的切削速度也不一样,在一般计算中如果无特殊说明,切削速度系指切削刃上最大切削速度点处的切削速度。
1.2 进给量f指刀具在进给方向上相对于工件的单位位移量,在不同的加工中其表述不一样,如在车削加工中则指工件转一周时刀具的位移量,其单位用mm/r表示。
生产中也常用进给速度vf来衡量进给的快慢,进给速度是指切削刃上选定点相对于工件进给运动的瞬时速度,其单位常用mm/min表示,与进给量间的关系为:vf=n·f。
1.3 背吃刀量ap指工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离,单位为mm,在外圆车削加工中其公式为:ap=(dw－dm)/2,dw为待加工表面的直径;dm为已加工表面的直径。
2 切削用量对加工过程的影响切削用量对加工过程中的切削力、切削温度、加工表面的质量、加工效率及刀具寿命等方面都有直接的影响,只有掌握了切削用量对切削过程的影响意义后,才能选择好切削用量,使切削加工能够顺利有效的进行下去,并能获得较理想的加工结果。
2.1 对切削力的影响在切削用量中对切削力的影响最显著的是背吃刀量,当背吃刀量增大一倍时,切削力也会增大一倍;影响其次的是进给量,当进给量增大一倍时,切削力增大约75%左右;影响最小的是切削速度,对于钢材,一般情况下随着切削速度的增大,切削力会有所下降,但影响不是很明显,对于铸铁等脆性材料,影响较小。
切削用量的合理选择摘要：切削加工是制造业中非常重要的一环，而切削用量的合理选择则直接关系到加工效率和质量的提高。
本文通过研究不同切削用量对加工效果的影响，分析了切削用量的选择原则及其对切削加工的影响，以期为实际生产中的切削加工提供参考。
关键词：切削用量、加工效率、加工质量、选择原则、影响分析正文：1. 引言切削加工是制造业中常见的加工方法之一，其应用广泛、加工效率高、加工精度高等优点，使其被广泛应用于机械制造领域。
而在切削加工中，切削用量的选择则直接关系到加工效率和质量的提高。
因此，在实际生产中，如何选择合适的切削用量，是每个加工人员所面临的问题。
2. 切削用量的选择原则在切削加工中，切削用量是指每次刀具与工件接触时，所采用的最大切削量。
其选择应遵循以下原则：（1）根据不同的材料或工件进行适当的调整。
不同材料或工件应根据其硬度、刚性等特性进行不同的切削用量选择，以确保刀具寿命长、加工效率高。
（2）保证切削力合理。
切削用量过大会导致切削力增大，进而使切削加工过程中产生振动、噪音等不良现象，因此应保证切削力在合理范围内。
（3）控制切削温度。
切削温度过高不仅会影响刀具寿命，还会对工件表面产生烧伤等影响，因此需要选择合适的切削用量，控制切削温度在可控范围内。
3. 切削用量对加工效果的影响（1）切削用量对加工速度的影响切削用量的选择对加工速度具有一定的影响。
切削用量越大，所需要的切削次数就越少，加工效率也就越高。
（2）切削用量对质量的影响切削用量过大会使工件表面粗糙度增加，从而降低工件加工精度。
但若切削用量过小，则会导致加工时间较长，无法提高加工效率。
4. 切削用量的合理选择对加工质量的提高在实际生产中，选择合理的切削用量能够提高加工效率和质量。
正确选择切削用量，不仅可以保证刀具寿命长，还能有效控制切削温度、切削力等，从而避免切削加工过程中产生振动、噪音等现象，提高加工质量。
5. 结论通过对切削用量选择的原则及其对加工效果的影响分析，本文认为在切削加工中，选择合适的切削用量是确保加工效率和质量的保障。
切削用量对切削力的影响规律解释其原因切削用量是指单位时间内切削剪切刃刃口通过工件的距离，也可以理解为切削深度和进给速度的乘积。
切削力是指机床进行切削加工时机床本体和工件之间产生的力。
切削用量对切削力有一定的影响，具体规律如下：1.切削用量增大，切削力也会相应增大。
这是因为切削用量的增大意味着单位时间内剪切刃刃口通过工件的距离增加，切削量增加，因此需要更大的力去克服工件的材料抵抗力和剪切刃的切削力，从而使切削力增大。
2.当切削用量超过一定范围后，切削力增加的速度开始变缓。
切削过程中，切削用量增加到一定值后，剪切刃的切削力已经达到饱和状态，再增加切削用量对切削力的提高起到的作用不明显。
3.在相同的切削用量下，切削力与进给速度呈正相关。
进给速度的增加会使剪切刃的相对移动速度变大，从而需要更大的力才能完成切削过程，因此切削力也会增大。
4.在相同的切削用量下，切削力与切削深度呈正相关。
切削深度的增加意味着单位时间内剪切刃刃口通过工件的距离增加，切削量增加，因此需要更大的力去克服工件的材料抵抗力和剪切刃的切削力，从而使切削力增大。
切削用量对切削力的影响规律主要是因为切削用量的增加会导致剪切刃刃口与工件接触的总面积增加，从而需要更大的力去克服工件的材料抵抗力和剪切刃的切削力。
此外，切削用量的增加也会引起剪切刃与工件之间的摩擦力增加，增大了切削力。
值得注意的是，切削用量对切削力的影响规律并不能简单地归结为切削用量增大，切削力也随之增大。
实际上，切削用量对切削力的影响还与切削条件、工件材料、剪切刃的质量等因素密切相关。
同时，在切削过程中，还需要考虑切削力对机床和工具的负荷影响，合理控制切削用量，以提高切削效率和工件质量。
切削用量简明手册第三版前言：随着社会的进步和科技的不断发展，切削加工在现代工业生产中扮演着重要的角色。
为了提高生产效率和产品质量，减少成本和资源损耗，准确的切削用量掌握是非常关键的。
针对这一需求，本手册编写了第三版的切削用量简明手册，旨在为切削加工人员提供参考和指导。
一、切削用量的定义与重要性切削用量是指在切削加工过程中，刀具对工件材料所施加的切削力和切削温度的量度。
准确掌握切削用量可以帮助决定切削参数和刀具选择，从而提高加工效率和降低生产成本。
二、切削用量的影响因素1. 切削速度：切削速度的提高可以使切削用量增加，但过高的切削速度可能导致刀具磨损加速或热裂纹的产生。
2. 进给量：进给量的增加可以增大切削用量，但过大的进给量可能导致刀具断裂或切削力过大。
3. 刀具磨损状态：刀具磨损会导致切削用量增加，而及时更换或修复刀具可以控制切削用量。
4. 切削液的使用与冷却：适当选择并使用切削液可以降低切削温度，从而减小切削用量。
5. 工件材料性质：不同材料的切削用量差异较大，刀具和切削参数需要针对具体材料进行调整。
三、切削用量的测量与评估方法1. 力传感器测量：通过在刀具上安装合适的力传感器，可以实时测量切削用量。
常用的力传感器有应变片式、压电式和电阻式等。
2. 红外测温仪/红外相机测量：利用红外测温仪或红外相机可以测量刀具与工件的切削温度。
切削温度的增加往往意味着切削用量的增大。
3. 切屑形状与表面质量评估：通过观察和分析切屑形状以及加工表面质量来评估切削用量的合理性。
粗糙的切屑和劣质的加工表面可能表明切削用量过大。
四、切削用量的优化方法1. 合理选择刀具和切削参数：根据工件材料的特性和所需加工精度，选择合适的刀具和相应的切削参数。
避免过高或过低的切削速度和进给量。
2. 定期检查与维护：定期检查刀具的磨损状态，并根据需要进行修复或更换。
保持刀具的良好状态有助于控制切削用量。
3. 优化切削液的使用：根据加工条件和工件材料的特性，选择合适的切削液，并确保切削液的及时更换和冷却效果。
切削用量对切削力的影响规律解释其原因切削用量是指在机械切削过程中，每刀齿或每刃刀的切削深度或切削宽度。
切削用量对切削力有着重要的影响，主要表现在以下几个方面：1.切削用量对切屑厚度的影响：切屑是在切削过程中被削除的金属层，切屑的形成完全依赖于切削用量。
切削用量的改变会导致切屑厚度的变化。
当切削用量增大时，由于每个刀齿或刃刀的切削深度增大，切屑的厚度也相应增加。
而切屑的良好排出是保证切削过程稳定性的重要因素之一，切屑过厚容易造成堵塞切削区，引起刀具损坏和加工质量下降。
2.切削用量对切削力的影响：切削力是机械切削过程中产生的作用于刀具上的力，它对刀具和工件的变形、切削振动以及工件表面质量等都有重要的影响。
切削用量的改变会影响切削力的大小。
一般情况下，随着切削用量的增加，切削力也会相应增大。
切削用量变大时，刀具对工件的切削深度或切削宽度增加，切削区域的面积也随之增大，而切削力与切削面积成正比，因此切削力增大。
3.切削用量对刀具的磨损的影响：切削用量的改变会直接影响刀具的磨损情况。
当切削用量增大时，切削时刀具受到的力也随之增加，切削区域的切削面积增大，导致与刀具摩擦的面积也增加。
这样，刀具与切削区的摩擦增加，容易引起刀具的磨损加剧。
1.切削用量增加，切削面积增大，切削力增加：切削力的大小与切削区域的面积成正比。
当切削用量增加时，每个刀齿或刃刀的切削深度或切削宽度增加，切削面积也相应增大，从而导致切削力的增加。
2.切削用量增加，切削力的作用点位置变化：切削用量的改变会改变刀具受力的位置，从而影响切削力的大小。
切削用量增加时，切削区域的位置相对于刀具发生偏移，使得切削力的作用点位置发生变化，从而使切削力的大小也发生变化。
3.切削用量增加，金属变形增加，切削力增大：切削过程中，金属材料在刀具的作用下发生塑性变形。
切削用量增加时，由于切削面积增大，刀具对金属材料的作用力也相应增大，使得金属材料的塑性变形增加。
而切削力与金属材料的塑性变形程度成正比，所以切削力增大。
金属切削过程分析分析切削用量对加工质量、基本时间和刀具寿命的影响：（1）对加工质量的影响切削用量的三要素中，被吃刀量和进给量增大，会使得切削力增大。
而切削速度增大，切削力减小。
切削力的大小直接影响加工质量，切削力增大，工件变形变大，并可能引起振动，从而降低加工质量。
切削力减小则反之。
所以，可分析切削用量对切削力的影响，间接得到切削用量对加工质量关系。
以使用硬质合金刀对σb= 0.637Gpa的结构钢车外圆为例。
切削用量为：a p= 4mm,f 0.4mm/r,v 1.7m/s。
F z=C Fz ·a p x F z·f y F z·v n F z·K Fz1433a p f0.75v−0.15改变背吃刀量、进给量和切削速度之一，变量与切削力之间有以下关系：（2）对基本时间的影响同样以使用硬质合金刀对σb=0.637Gpa的结构钢车外圆为例。
切削用量为：a p= 4mm,f 0.4mm/r,v 1.7m/s。
基本时间用下式计算：t m=Lnf i，因i=ℎa p=,n=1000vπd w，故==========================t m=πd w Lh1000vfa p假设毛坯直径d w=50mm、车刀行程长度L 50mm和毛坯的加工余量h 5mm。
k=πd w Lh= =39.251000上式可简化为======================t m=39.25vfa p改变背吃刀量、进给量和切削速度之一，有如下关系图。
随着切削用量的增加，基本时间减少。
（3）对刀具寿命和辅助时间的影响以硬质合金刀对σb= 0.637Gpa的结构钢车外圆为例。
切削用量为：a p= 4mm,f 0.4mm/r,v 1.7m/s。
用试验的方法可以求出刀具寿命与切削用量之间关系的经验公式。
T C T=（f=>=0.75mm/r）a p0.75f2.25v5改变背吃刀量、进给量和切削速度之一，有如下关系图。
DOI:10.19392/ki.1671⁃7341.201721112试论切削用量对车削加工的影响苏利晓海南省技师学院 海南海口 571100摘 要:在机械加工中,切削用量对切削中所出现的物理现象有着非常重要的影响。
本文主要对切削量变化在车削加工中的影响进行了仔细的分析和研究,以帮助工作人员对切削量做到真确的判断。
选择适当的切削量,可以提升零件的加工质量,对其起到很好的保护作用。
关键词:切削用量;车削;加工;影响 作为一个合格的车工人员,它必须要对切削用量的三要素烂熟于心。
比如切削力、切削热、积屑瘤、加工阶段的划分等相关内容,然后进行仔细分析。
工作人员需要在长期的工作中才能对三要素做到很好的总结和掌握。
通过这项技术能力的掌握,可以提高车工人员的工作质量。
一、切削用量的三要素切削速度v c表示切削加工中的瞬时速度,其是衡量主运动的一个主要参数,单位是m/min。
车削时在进行切削速度计算时公式是:vc=πd w·n 1000这个公式中,d w为工件待加工表面直径,n代表的是车床主轴转速。
通过这个计算公式可以看出,切削用量和车床转速以及加工零件表面直径的关系。
进给量可以用f表示,主运动每转一转,车刀沿着进给方向移动的距离便被称为进给量,在数控车床上,还有以分钟来计算进给量,进给量可以分成纵向进给量和横向进给量这两种。
切削深度可以用a p表示。
其指的是工件表面和代加工表面之间的垂直距离,这也被称作吃刀量。
吃刀量的计算公式可以采用下面的公式进行表示:a p=d w-d m2这个公式中,工件待加工表面直径表示为d w,已经加工的表面直径用d m进行表示。
二、切削用量对车削加工的影响在对工件进行切削工作时,工件会发生弹性变形和塑性变形,这种变形会产生抗力、而且在切削加工中,还会产生摩擦力,这些力的统称为切削阻力。
切削用量对切削力主要的影响有如下几点:(一)切削加工时的进给量在一般车削时,当进给量f确定时,切削力会随着切削深度的增加而增加;当切削深度一定时,切削力会随着进给量的增加而增加,相关的比例大约是1:8。
]3[切削用量对切削力的影响比较（陕西理工学院 机械工程学院 ）摘 要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律；同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。
关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律1.引言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，同时也是确定切削用量的基本参数。
所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。
本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。
2.金属切削加工机理金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。
金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。
2.1切削加工原理利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。
2.2切削变形根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。
第Ⅰ变形区：剪切滑移区。
该变 形区包括三个过程，分别是切削层弹 性变形、塑性变形、成为切屑。
第Ⅱ变形区：前刀面挤压摩擦区。
该变形区的金属层受到高温高压作用， 使靠近刀具前面处的金属纤维化。
第Ⅲ变形区：后刀面挤压摩擦区。
该变形区造成工件表层金属纤维化与图1-2 切削层的变形区 加工硬化，并产生残余应力。
F xF y F z F xy F Z F22222++=+=]1[3.切削力切削力是指切削过程中作用在刀具或工件上的力，它是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。
3.1切削力来源根据切削变形的不同，切削过程中刀具会受到三种力的作用，即： （1）克服切削层弹性变形的抗力 （2）克服切削层塑性变形的抗力（3）克服切屑对刀具前面、工件对刀具后面的摩擦力3.2切削力的合成与分解图2 - 2 切削力合力和分力 图2-2为车削外圆时切削力的合力与分力示意图。
图中字母分别表示： N 1、F 1——作用在车刀前刀面的正压力、摩擦力 N 2、F 2——作用在车刀后刀面的正压力、摩擦力 Q 1、Q 2——N1与F 1、N 2与F 2的合力 F ——Q 1与Q 2的合力，即总切削力一般地，为了研究方便，将总切削力F 按实际运动效果分为以下三个分力：切削力F z ——垂直于水平面，与切削速度的方向一致，且该分力最大。
径向切削力F y ——在基面内，与进给方向垂直，沿切削深度方向，不做功，但能使工件变形或造成振动。
轴向切削力F x ——在基面内，与进给方向平行。
由图2-2可知，合力与各分力之间的关系为： 其中： k r F xy F x sin =。
式中：F xy ——合力在基面上的分力。
k r F xy F y cos=]6[3.3切削力的测定实验——单因素实验法在切削过程中，影响切削力的因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数等。
单因素实验法就是只改变一个因素，固定其它因素不变，进行试验；如此测得多组数据。
最后综合考虑实验数据，得出包含多个可变因素的切削力实验公式。
以下是我搜集的部分实验数据处理后的关系曲线，如图2-3-1。
从曲线中，可以得出结论：（1）背吃刀量a p 增大，切削力F z 增大（2）进给量f 增大，切削力F z 增大（3）不同的切削速度范围，切削力变化不同 （4）a p 与F z 和f 与F z 成某种函数关系图2-3-1 切削三要素对切削力的影响曲线为了了解a p 、f 、v 与F z 可能成的函数关系，我们搜集了切削力单因素实验]4[]4[]4[的部分原始数据，如下表所示。
根据表中数据，利用MATLAB 编程可作出对应的散点图和曲线图，如图2-3-2所示。
观察曲线图，猜测a p 、f 、v 与F z 可能成指数函数关系或一次函数关系。
表1-1 f=0.2mm ，v=100m/min 实验 f(mm) v(m/min)a p (mm)F z (kN)10.2100 0.5 0.023 2 1.0 0.043 3 1.5 0.063 4 2.0 0.082 5 2.5 0.101 6 3.0 0.119 73.50.137表1-2 a p =1mm ，v=100m/min 实验 a p (mm)v(m/min)f(mm) F z (kN)111000.1 0.346 2 0.2 0.562 3 0.3 0.746 4 0.4 0.912 5 0.5 1.067 6 0.6 1.212 70.71.351表1-3 a p =1mm ，f=100mm 实验 a p (mm)f(mm) V(m/min) F z (kN)110.225 0.061 2 50 0.055 3 75 0.052 4 100 0.049 5 125 0.048 6 150 0.046 71750.045图3-2-2 实验散点图和曲线图数据分析：（以a p 与F z 为例）假设a p 与F z 成指数函数关系，即：a x p k F z 11= 为了便于计算，对上式两边同时取对数，可得：k a p x F z 1lg lg 1lg +=对比一次函数y=kx+b ，lg F z 与lg a p 成一次函数关系。
同理： f x k F z 22= k f x F z 2lg lg 2lg += v x k F z 33= k v x F z 3lg lg 3lg +=为了验证假设，依据②式，我先对原始数据取对数，再在对数坐标系中分别作出a p 、f 、v 与F z 的散点图和曲线图；为了验证该曲线为一次函数，分别在曲线上各取四点，两两求斜率，若对应斜率之差的绝对值近似为0（在误差允许范围内），则可认为该曲线为一次函数；然后取斜率的平均值为最终斜率，再代值求出截距，写出表达式；最后求反函数分别写出a p 、f 、v 与F z 的关系式。
按照上述思路，编写MATLAB 语言程序（附1），运行结果如下：图3-3-3 实验对数坐标图K =0.9353 0.9236 0.9149 0.9246 0.6987 0.7015 0.7052 0.7018 -0.1150 -0.1927 -0.1152 -0.1410 h =[ -3.1408 0.5512 -2.3426] H =[0.0432 1.7353 0.0961]其中，K ——矩阵元素表示斜率，行分别表示x 1、x 2和x 3的值，最后一列为斜率的平均值。
h ——矩阵元素分别表示截距k 1lg 、k 2lg 和k 3lg 的值。
H ——矩阵元素分别表示系数k 1、k 2和k 3的值。
根据运行结果代值，分别写出函数关系表达式如下： 14.3lg 92.0lg -=a p F z a p F z 92.00432.0= ③ 55.0lg 70.0lg +=f F z f F z 70.07353.1= ④ 34.2lg 14.0lg --=v F zv F z 14.00961.0-= ⑤式③④⑤表明，在a p 、f 和v 只有一个因素改变时，切削力Fz 都与该可变因素成指数函数关系。
当综合考虑三个可变因素时，可得出：v x cf x a x p K F z 321=。
式中，K 为综合系数。
]2[类似的，可分别求出a p 、f 、v 和F y 、F x 的关系表达式。
4.切削用量对切削力的影响一般性结论：（1）背吃刀量与切削力近似成正比;（2）进给量增加，切削力增加，但不成正比；（3）切削速度对切削力影响较复杂(与切削温度的变化和积屑瘤的产生和消失有关)。
在无积屑瘤的切削速度范围内，随着切削速度的增大，切削力减小。
5.刀具几何参数对切削力的影响图4-1 刀具几何参数与切削力的关系曲线一般性结论：（1）前角对切削力的影响最大。
加工塑性材料时，增大前角，切削力降低；加工脆性材料时，由于切屑变形很小，前角对切削力影响的显著。
（2）主偏角对切削力影响较小，但对径向力和轴向力影响较大。
径向力随着主偏角的增大而减小，轴向力随着主偏角的增大而增大。
（3）刃倾角在很大范围内变化时对切削力影响不大，但对径向力和轴向力影响较大，随着刃倾角的增大，径向力减小，轴向力增大。
6.精密切削加工切削用量对切削力的影响精密切削过程中，就本质而言，切屑的变形与一般切削相同，所以其切削力的来源也相同。
但是，由于精密切削采用的是微量切屑方法，与一般切削不同，所以可变因素对二者的影响就不同，，也就是说可变因素对精密切削切削力的影响具有独特规律。
6.1进给量和背吃刀量的影响为了探讨精密切削切削力的独有规律，搜集部分实验数据，如下表：]1[]1[]1[]1[表6-1进给量对切削力的影响（HSS 刀）切削力（N ）进给量f/(mm/r)0.01 0.02 0.04 0.10 0.20 F z60 100 350 570 900 F y240280410580700表6-2进给量对切削力的影响（金刚石刀）切削力 （N ）进给量f/(mm/r)0.01 0.02 0.04 0.10 0.20 F z200 260 480 900 1030 F y4050120170200表6-3切削深度对切削力的影响（HSS 刀）切削力 （N ）切削深度a p （mm ）0.002 0.004 0.008 0.016 0.032 F z80 150 370 520 670 F y250270330370390表6-4切削深度对切削力的影响（金刚石刀）切削力 （N ）切削深度a p （mm ）0.003 0.006 0.01 0.02 0.03 F z100 170 260 450 500 F y 20305070 90以上数据的曲线图如图5-1所示。
从曲线中可以清楚地看出，①精密切削采用HSS 车刀（或硬质合金车刀）时，当进给量或背吃刀量小于一定值时，均有F z F y >成立。
而采用金刚石刀时，F z F y <。
这和一般切削F z 总是大于F y 是不同的。
②另外，在精密切削时，进给量对切削力的影响大于切削深度的影响。
这和一般切削恰恰相反。
为了解释以上两条特殊规律，我查阅了相关资料文献，得知：a.规律①取决]1[于切削用量（f 、a p ）同刀具刃口半径的比值。
b.规律②与精密切削通常采用f 大于a p 的切削方式有关。
图5-1精密切削切削用量与切削力的关系曲线6.2切削速度的影响如图5-2所示（考虑积屑瘤的影响）， 低速时切削力随切削速度增加而急剧下降。
到200~300m/min 后，切削力基本保持不变，这规律和积屑瘤高度随切削速度的变化规律 一致。
即积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，这和一般切削规律正好相反。
