切削力
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切 削 力
削厚度增大，切削变形系数减小，故切削力减小。若主偏角从60增加 至90，圆弧刀尖在切削刃上占切削宽度增大，使切屑流出时挤压加剧， 切削力逐渐增大。
➢ （4）刀尖圆弧半径——刀尖圆弧半径增大，刀刃上参加切削的曲线
部分越长，平均切削厚度减小，切削变形增大，使切削力增大。
前角与刃倾角对切削力的影响
主偏角对切削力的影响
➢ 通常工件材料的强度和硬度越高，剪切屈服强度越高，
产生的切削力也越大。
➢ 在强度和硬度相近的材料中，其塑性和韧性越高，切削
变形系数越大，切屑与刀具间摩擦增加，故切削力越大；
加工硬化严重的材料，切削力也越大。
➢ 切削铸铁等脆性材料时，切削层的塑性变形很小、摩擦
小，加工硬化小，故产生的切削力也小。
3.刀具几何参数的影响
切向力是设计机床主轴、齿轮和计算主运 动功率的主要依据；它决定刀杆、刀片的尺寸； 它是设计夹具和选择切削用量的重要依据。
背向力是作用在吃刀方向上的切削分力，不 消耗切削功率。
纵车外圆时，如果加工工艺系统刚性不足， 背向力是影响加工工件精度、引起切削振动的主 要原因。
轴向力是作用在进给方向上的切削分力，消 耗总功率的 1％～5％。
各 参 数 对 切 削 力 影 响 的 修 正 系 数 值
1.6 切削力计算举例
切 削 力 计 算 例
2 解 题 步 骤
金属切削加工
2．切力的分解
切向力（主切削 力）——在主运动 方向上的分力； 背向力（径向力或 切深抗力）——在 垂直于工作表面上 的分力； 进给力（轴向力 力）——在进给运 动方向上的分力。
1.2 分力 的作用
1．切向力（主切削力）
2．背向力（径向力）
3．轴向力（进给抗力）
➢ （4）刀尖圆弧半径——刀尖圆弧半径增大，刀刃上参加切削的曲线
部分越长，平均切削厚度减小，切削变形增大，使切削力增大。
前角与刃倾角对切削力的影响
主偏角对切削力的影响
➢ 通常工件材料的强度和硬度越高，剪切屈服强度越高，
产生的切削力也越大。
➢ 在强度和硬度相近的材料中，其塑性和韧性越高，切削
变形系数越大，切屑与刀具间摩擦增加，故切削力越大；
加工硬化严重的材料，切削力也越大。
➢ 切削铸铁等脆性材料时，切削层的塑性变形很小、摩擦
小，加工硬化小，故产生的切削力也小。
3.刀具几何参数的影响
切向力是设计机床主轴、齿轮和计算主运 动功率的主要依据；它决定刀杆、刀片的尺寸； 它是设计夹具和选择切削用量的重要依据。
背向力是作用在吃刀方向上的切削分力，不 消耗切削功率。
纵车外圆时，如果加工工艺系统刚性不足， 背向力是影响加工工件精度、引起切削振动的主 要原因。
轴向力是作用在进给方向上的切削分力，消 耗总功率的 1％～5％。
各 参 数 对 切 削 力 影 响 的 修 正 系 数 值
1.6 切削力计算举例
切 削 力 计 算 例
2 解 题 步 骤
金属切削加工
2．切力的分解
切向力（主切削 力）——在主运动 方向上的分力； 背向力（径向力或 切深抗力）——在 垂直于工作表面上 的分力； 进给力（轴向力 力）——在进给运 动方向上的分力。
1.2 分力 的作用
1．切向力（主切削力）
2．背向力（径向力）
3．轴向力（进给抗力）
切削力_切削热_切削液
（2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的v。
（3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20％～ 30％；切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要 降低20％～ 30％；切削有色金属比切削中碳钢的 切削速度可提高100％～ 300％；
（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。
（5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。 （6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应
合理切削用量是指使刀 具的切削性能和机床的动力性能 得到充分发挥，并在保证加工质 量的前提下，获得高生产率和低 加工成本的切削用量。
2、被吃刀量、进给量和切削速度的选定
1）、被吃刀量的选定
粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量，被吃刀量 等于加工余量。
半精加工时，被吃刀量取为0.5～2mm。 精加工时，被吃刀量取为0.1～0.4mm
精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得
高些。
大件加工时，为避免一次进给中中途换刀，刀具耐用度应
选得高些。
（五）、影响刀具寿命的因素
刀具寿命：刀具从开始投入使用到完全报废的总切削时
间
刀具几何参数 刀 具 材 料 工 件 材 料 切 削 用 量
五、 切削用量的选择
1、选择切削用量的原则
3）切削液的清洗作用
切削液
切削液(cutting fluid)的冷却作用主要靠
热传导带走大量的切削热， 从而降低切削温度，提高刀 具寿命；减少工件、刀具的 热变形，提高加工精度；降 低断续切削时的热应力，防 止刀具热裂破损等。
使用切削液后，切屑、工 件与刀面之间形成完全的润滑油膜， 成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数 很小；实际情况是属于边界润滑摩 擦，其摩擦系数大于流体润滑，但 小于干摩擦。
（3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20％～ 30％；切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要 降低20％～ 30％；切削有色金属比切削中碳钢的 切削速度可提高100％～ 300％；
（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。
（5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。 （6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应
合理切削用量是指使刀 具的切削性能和机床的动力性能 得到充分发挥，并在保证加工质 量的前提下，获得高生产率和低 加工成本的切削用量。
2、被吃刀量、进给量和切削速度的选定
1）、被吃刀量的选定
粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量，被吃刀量 等于加工余量。
半精加工时，被吃刀量取为0.5～2mm。 精加工时，被吃刀量取为0.1～0.4mm
精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得
高些。
大件加工时，为避免一次进给中中途换刀，刀具耐用度应
选得高些。
（五）、影响刀具寿命的因素
刀具寿命：刀具从开始投入使用到完全报废的总切削时
间
刀具几何参数 刀 具 材 料 工 件 材 料 切 削 用 量
五、 切削用量的选择
1、选择切削用量的原则
3）切削液的清洗作用
切削液
切削液(cutting fluid)的冷却作用主要靠
热传导带走大量的切削热， 从而降低切削温度，提高刀 具寿命；减少工件、刀具的 热变形，提高加工精度；降 低断续切削时的热应力，防 止刀具热裂破损等。
使用切削液后，切屑、工 件与刀面之间形成完全的润滑油膜， 成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数 很小；实际情况是属于边界润滑摩 擦，其摩擦系数大于流体润滑，但 小于干摩擦。
3-2切削力
这些作用在刀具上所有力的合力称为总切削力， 这些作用在刀具上所有力的合力称为总切削力，用F来表示。 总切削力 来表示
生产中，为了分析切削力对工件、 生产中，为了分析切削力对工件、刀具和机床的 影响，通常把总切削力 分解为三个分力。如图3-15 总切削力F分解为三个分力 影响，通常把总切削力 分解为三个分力。如图 所示。其中： 所示。其中： 也称主切削力， 切削力 ——也称主切削力，车外圆时，又称切向力。 也称主切削力 车外圆时，又称切向力。 它是总切削力在主运动方向的分力， 切削速度的方向 它是总切削力在主运动方向的分力，与切削速度的方向 主运动方向的分力 一致。消耗90﹪以上的切削功率，是计算刀具强度、 一致。消耗 ﹪以上的切削功率，是计算刀具强度、机 床功率的主要依据。 床功率的主要依据。
2．切削用量
（1）背吃刀量和进给量 ）
ap
f
背吃刀量和进给量f加大， 背吃刀量和进给量 加大，均使切削力增大，但两 加大
者的影响程度不同。见表3-1。 者的影响程度不同。见表 。
f
ap
进给量不变背吃刀量增加一倍，切削力也增大一倍。 进给量不变背吃刀量增加一倍，切削力也增大一倍。
不变，进给量增大一倍时，切削力不成正比例增加， 不变，进给量增大一倍时，切削力不成正比例增加，增 大0.7~0.8倍。上述影响反映在切削力实验公式中指数， 倍
vc
vc
率，又使切削力减小。 又使切削力减小。
3．刀具几何参数 （1）前角 γ o ） γ 切削塑性材料时， 增大，变形减小， 切削塑性材料时， o 增大，变形减小，切削力
Fc、Fp、Ff降低。如图 、 、 降低 如图3-18所示。 降低。 所示。 所示 切削脆性材料时，由于变形小，摩擦小， 切削脆性材料时，由于变形小，摩擦小，前角对 切削力的影响不明显。 切削力的影响不明显。 负倒棱使切削刃变钝，切削力增加。 （2）负倒棱 负倒棱使切削刃变钝，切削力增加。 ） （3）主偏角 ） r 由图3-20可知，主偏角的变化，改变背向力和进给力的比 可知， 由图 可知 主偏角的变化， 主偏角增大，背向力减少， 例，主偏角增大，背向力减少，进给力增大。生产 车细长轴时 系统刚性差， 中，车细长轴时，系统刚性差，止工件在背向力 ° ° 甚至大于90°），以防止工件在背向力 腰鼓形工件 作用下变形而加工出腰鼓形工件。 作用下变形而加工出腰鼓形工件。
生产中，为了分析切削力对工件、 生产中，为了分析切削力对工件、刀具和机床的 影响，通常把总切削力 分解为三个分力。如图3-15 总切削力F分解为三个分力 影响，通常把总切削力 分解为三个分力。如图 所示。其中： 所示。其中： 也称主切削力， 切削力 ——也称主切削力，车外圆时，又称切向力。 也称主切削力 车外圆时，又称切向力。 它是总切削力在主运动方向的分力， 切削速度的方向 它是总切削力在主运动方向的分力，与切削速度的方向 主运动方向的分力 一致。消耗90﹪以上的切削功率，是计算刀具强度、 一致。消耗 ﹪以上的切削功率，是计算刀具强度、机 床功率的主要依据。 床功率的主要依据。
2．切削用量
（1）背吃刀量和进给量 ）
ap
f
背吃刀量和进给量f加大， 背吃刀量和进给量 加大，均使切削力增大，但两 加大
者的影响程度不同。见表3-1。 者的影响程度不同。见表 。
f
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进给量不变背吃刀量增加一倍，切削力也增大一倍。 进给量不变背吃刀量增加一倍，切削力也增大一倍。
不变，进给量增大一倍时，切削力不成正比例增加， 不变，进给量增大一倍时，切削力不成正比例增加，增 大0.7~0.8倍。上述影响反映在切削力实验公式中指数， 倍
vc
vc
率，又使切削力减小。 又使切削力减小。
3．刀具几何参数 （1）前角 γ o ） γ 切削塑性材料时， 增大，变形减小， 切削塑性材料时， o 增大，变形减小，切削力
Fc、Fp、Ff降低。如图 、 、 降低 如图3-18所示。 降低。 所示。 所示 切削脆性材料时，由于变形小，摩擦小， 切削脆性材料时，由于变形小，摩擦小，前角对 切削力的影响不明显。 切削力的影响不明显。 负倒棱使切削刃变钝，切削力增加。 （2）负倒棱 负倒棱使切削刃变钝，切削力增加。 ） （3）主偏角 ） r 由图3-20可知，主偏角的变化，改变背向力和进给力的比 可知， 由图 可知 主偏角的变化， 主偏角增大，背向力减少， 例，主偏角增大，背向力减少，进给力增大。生产 车细长轴时 系统刚性差， 中，车细长轴时，系统刚性差，止工件在背向力 ° ° 甚至大于90°），以防止工件在背向力 腰鼓形工件 作用下变形而加工出腰鼓形工件。 作用下变形而加工出腰鼓形工件。
各种加工方法切削力计算
各种加工方法切削力计算切削力是在切削过程中，刀具对工件产生的力。
准确计算切削力是非常重要的，能够帮助我们选择合适的切削工艺和切削参数，以确保工件的切削质量和刀具的使用寿命。
在刀具加工过程中，常见的加工方法包括车削、铣削和钻削。
下面分别介绍这几种加工方法的切削力计算方法。
1.车削加工中的切削力计算车削过程中切削力的计算是根据切削力公式来进行的。
常见的切削力公式有以下几种：（1）柯氏切削力公式F=K×ae×fz其中，F为切削力，单位为N；ae为等效切削宽度，单位为mm；fz为进给量，单位为mm/转；K为比例系数，不同材料和刀具有不同的系数。
（2）安培切削力公式F=ae×kc×kc1其中，F为切削力，单位为N；ae为等效切削宽度，单位为mm；kc为切削力系数，不同材料根据实际情况选择；kc1为一修正系数，通常取值为12.铣削加工中的切削力计算铣削过程中切削力的计算相对复杂，需要考虑多个因素。
常见的切削力计算方法有以下几种：（1）柯氏切削力公式F=K×ae×ap其中，F为切削力，单位为N；ae为等效切削宽度，单位为mm；ap 为铣削深度，单位为mm；K为比例系数，不同材料和刀具有不同的系数。
（2）Johnson-Cook切削力公式F=A×(1+ln(sin(α))×(1-Tn))其中，F为切削力，单位为N；A为切削力系数，不同材料根据实际情况选择；α为铣削刀具入射角，单位为度；T为切削温度，单位为℃；n为切削力指数。
3.钻削加工中的切削力计算钻削过程中切削力的计算相对简单，常见的切削力计算方法有以下几种：（1）库珀切削力公式F=π×D×f×kc其中，F为切削力，单位为N；D为钻头直径，单位为mm；f为进给率，单位为mm/转；kc为切削力系数，不同材料根据实际情况选择。
（2）李氏切削力公式F=0.551×π×D×f×kc其中，F为切削力，单位为N；D为钻头直径，单位为mm；f为进给率，单位为mm/转；kc为切削力系数，不同材料根据实际情况选择。
1.4.2 切削力
二、总切削力的分解
1、切削力Fc
——是指总切削力在主运动方向上的正投影，它消 耗的功率最多，是计算机床动力设备强度和刚度、 刀具强度的基本依据。
2、进给力Ff
——指总切削力在进给运动方向上的正投影，它是 设计和校验走刀机构的主要依据。
3、背向力Fp
——指总切削力在垂直于进给运动方向上的分力， 它作用在工艺系统刚度最薄弱的方向，容易引起振 动和形状误差，是设计和校验工艺系统刚度和精度 的基本数据。
切削液能将切屑、金属粉尘和砂轮上脱落的磨粒等及时地 从工件、切削工具上冲走，以免其堵塞并划伤已加工表面。
4）. 防锈作用 切削液能够减轻工件、机床、刀具受周围介质（空气、 水分等）的腐蚀作用。 2、切削液的种类 1）. 水溶液 水溶液的主要成分是水及防锈剂、防霉剂等，主要起 冷却作用，常用于粗加工中。 2）. 乳化液
是矿物油、乳化剂及添加剂预先配制好的乳化油，使用 时加水稀释而成。 乳化液中含乳化油少的（低浓度3%~5%），冷却清洗 作用好，适用范围于粗车或磨削；含乳化油多的（高浓 度10%~20%），润滑作用较好，适用于精加工。 3）. 合成切削液 它是由水、各种表面活性剂和化学添加剂组成，具有 良好的冷却、润滑、清洗和防锈性能，热稳定性好， 使用周期长等特点。 4）. 微乳化液 它是介于乳化液和合成液之间的新型切削液，它是微乳化 油经水高倍稀释后形成的微乳状、半透明的液体。它克服 了乳化液易腐蚀、清洗性能差及合成切削液侵蚀机床漆面、 润滑性能差等缺陷，避免了油污污染、发霉变质等弊病， 综合了乳化液和合成液的优点，有润滑、冷却、防锈和清
（2）切削用量；在切削用量三要素中，切削速度对切削温 度的影响最大，其次是进给量，背吃刀量影响最小。 （3）刀具角度；在刀具几何角度中，前角和主偏角对切削 温度的影响较大。适当增大前角，切削层金属变形减小 ， 可降低切削温度。减小主偏角，切削时切削刃工作长度增加， 散热条件好，降低了切削温度，主偏角为Kr=75°的车刀比 主偏角为Kr=90°的车刀更合适 。 （4）切削液；在切削过程中，合理选用并正确加注切削液 可改善刀具和工件的润滑条件及散热条件，并能带走一部分 热量，可以有效地降低切削温度。 1.4.4 切 削 液
切削力
第四章 切削力
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率
切削力的测量及切削力的计算 切削力的指数公式和切削力的预报及估算 影响切削力的因素 切削力的理论研究
第一节 切削力的来源、切削合力及其分解、切 削功率
一、切削力的来源
切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成： ① 变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力 ② 切屑、工件与刀具间的摩擦力。
Z w 1000 vc fa p
整理后得
Ps p 10
6
通过实验求得p后，反过来可以求得Pm，然后再计算Fz。
四、 机床电机功率
在设计机床选择电机功率PE时，应按下式计算
PE
m
Pm
式中
ηm —— 机床传动效率，通常η= 0.75～0.85
第四节
影响切削力的因素
切削力来源于工件材料的弹塑性变形及刀具与切屑、 工件表面的摩擦，因此凡是影响切削过程中材料的变形 及摩擦的因素都影响切削力。 影响因素主要为：工件材料；切削用量；刀具几何 参数；其他因素。
◆主偏角 κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给 抗力影响显著（ κr ↑—— Fy↓，Fx↑） ◆ 与主偏角相似，刃倾角 λs 对主切削力影响不大，对 吃刀抗力和进给抗力影响显著（ λs ↑ —— Fy↓， Fx↑）
◆ 刀尖圆弧半径 rε 对主切削力影响不大，对吃刀抗力 和进给抗力影响显著（ rε ↑ —— Fy↑，Fx↓） ；
F
Ff 进给抗力
Ff · p
Fc 主切削力
F 切削合力 切削力的分解
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
切削力的分解
由图可知，合力与各分力间关系为：
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率
切削力的测量及切削力的计算 切削力的指数公式和切削力的预报及估算 影响切削力的因素 切削力的理论研究
第一节 切削力的来源、切削合力及其分解、切 削功率
一、切削力的来源
切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成： ① 变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力 ② 切屑、工件与刀具间的摩擦力。
Z w 1000 vc fa p
整理后得
Ps p 10
6
通过实验求得p后，反过来可以求得Pm，然后再计算Fz。
四、 机床电机功率
在设计机床选择电机功率PE时，应按下式计算
PE
m
Pm
式中
ηm —— 机床传动效率，通常η= 0.75～0.85
第四节
影响切削力的因素
切削力来源于工件材料的弹塑性变形及刀具与切屑、 工件表面的摩擦，因此凡是影响切削过程中材料的变形 及摩擦的因素都影响切削力。 影响因素主要为：工件材料；切削用量；刀具几何 参数；其他因素。
◆主偏角 κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给 抗力影响显著（ κr ↑—— Fy↓，Fx↑） ◆ 与主偏角相似，刃倾角 λs 对主切削力影响不大，对 吃刀抗力和进给抗力影响显著（ λs ↑ —— Fy↓， Fx↑）
◆ 刀尖圆弧半径 rε 对主切削力影响不大，对吃刀抗力 和进给抗力影响显著（ rε ↑ —— Fy↑，Fx↓） ；
F
Ff 进给抗力
Ff · p
Fc 主切削力
F 切削合力 切削力的分解
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
切削力的分解
由图可知，合力与各分力间关系为：
第4讲 切削力
主偏角对切削力的影响
ac=f sin Kr Kr < 60 时：Kr ac Fz 降低； Kr> 75 时：虽然Kr ac ，但是 Kr 但刀 尖圆弧刃工作长度 ，且占主导作用 Fz增大 Kr Fy Kr Fx 对脆性材料，作用不明显，Kr Fz 降低。
机床和装夹
（一）工件材料方面
工件材料物理力学性能、化学成分、热处理状态和切削
前材料的加工状态都影响切削力的大小。 工件材料强度、硬度愈大、切削力愈大。 工件材料化学成份不同，如合碳量多少，是否含有合金 元素等，切削力不同。 热处理状态不同，硬度不同，切削力也不同（淬火、调 质、正火）。
Pm=Fzv10-3KW
由切削功率Pm可求得机床电机功率PE，即：
式中 m机床传动效率，一般为0.75～0.85。
切削力的计算
1. 测量机床功率计算切削力 2. 切削力试验的测量
3. 经验公式（查手册）
4. FEM分析计算 5. 理论公式（计算与预报）
切削力的计算方法
（1）测量机床功率
利用功率表直测量机床的功率，然后求得切削力的 大小。该方法较粗糙，误差大。
注意，Fz、Fx、Fy之间比例关系随刀具材料、几何参数、工 件材料及刀具磨损状态不同在较大范围内变化。
（3）切削功率
切削功率Pm切削力在切削过程中所作的功率。即
式中 Fz—切削力（N）；v—切削速度（m/s）；Fx—进给力（N） ；nw—工件转速（r/s）； f—进给量（mm/r）。 式中第二项相对第一项很小（＜1～2％）可忽略不计，于是，
材料硬化指数不同如不锈钢硬化指数大，切削力大，铜、
铝硬化指数小，铸铁及脆性材料硬化指数小，切削力就 小。
切削力
第二章 金属切削过程
Wang chenggang
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第五节
切削热和切削温度
二、切削温度
切削温度一般指切削区域的 平均温度。 切削温度的高低与被加工材 料、刀具材料、刀具几何角度、 切削用量等因素有关。 最高温度
在前刀面和切屑接触长度的中间 部位，说明摩擦集中在切屑底层； 在已加工表面上，相对较高的温 度仅存在于刀刃附近很小范围内， 说明温度的升降是在极短的时间 内完成的。
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三、影响切削力的主要因素
主要因素：工件材料、切削用量、刀具几何参数
1.工件材料
强度、硬度。工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切
屈服强度越大，变形抗力也越大，切削力就越大。 塑性或韧性。强度、硬度相近的材料，其塑性或韧性越
大，切屑越不易折断，使切屑与前刀面之间的摩擦增加，
直接受刃口挤压的切屑底层金 属△ac变形较严重，其它部分 只受前刀面挤压，变形较小。
2.切削用量
(1)背吃刀量的影响 切削面积Ac 切削力
背吃刀量 单位切削力Fc 进给量 对比
背吃刀量增加一倍：切削层的 切削面积增加一倍，底层的严 重变形层占整个切削面积的比 例不变，故Fc不变，但Ac增加 一倍，故切削力增加一倍； 第二章 金属切削过程
第二章
金属切削过程
第一节 金属切削刀具基础 第二节 切削变形 第三节 切屑的类型及控制
第四节 切削力
第五节 切削热和切削温度 第六节 刀具磨损
第七节 刀具几何参数和切削用量的选择
第四节
切削力
一、 切削力的来源和分解
1.切削力：刀具切削时受到的阻力，称为切削力。 切削力来源 变形抗力 磨擦阻力
Wang chenggang
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第五节
切削热和切削温度
二、切削温度
切削温度一般指切削区域的 平均温度。 切削温度的高低与被加工材 料、刀具材料、刀具几何角度、 切削用量等因素有关。 最高温度
在前刀面和切屑接触长度的中间 部位，说明摩擦集中在切屑底层； 在已加工表面上，相对较高的温 度仅存在于刀刃附近很小范围内， 说明温度的升降是在极短的时间 内完成的。
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三、影响切削力的主要因素
主要因素：工件材料、切削用量、刀具几何参数
1.工件材料
强度、硬度。工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切
屈服强度越大，变形抗力也越大，切削力就越大。 塑性或韧性。强度、硬度相近的材料，其塑性或韧性越
大，切屑越不易折断，使切屑与前刀面之间的摩擦增加，
直接受刃口挤压的切屑底层金 属△ac变形较严重，其它部分 只受前刀面挤压，变形较小。
2.切削用量
(1)背吃刀量的影响 切削面积Ac 切削力
背吃刀量 单位切削力Fc 进给量 对比
背吃刀量增加一倍：切削层的 切削面积增加一倍，底层的严 重变形层占整个切削面积的比 例不变，故Fc不变，但Ac增加 一倍，故切削力增加一倍； 第二章 金属切削过程
第二章
金属切削过程
第一节 金属切削刀具基础 第二节 切削变形 第三节 切屑的类型及控制
第四节 切削力
第五节 切削热和切削温度 第六节 刀具磨损
第七节 刀具几何参数和切削用量的选择
第四节
切削力
一、 切削力的来源和分解
1.切削力：刀具切削时受到的阻力，称为切削力。 切削力来源 变形抗力 磨擦阻力
认识切削力
如下页图b所示，进给量 f 增大，切削厚度 hD 增大，而切削宽度 bD 不变。此时，切削面积 AD 按比例增 大，但切屑与前刀面的接触面积却未变化，因此第Ⅱ变形区的变形未按比例增大。由于进给量 f 增大，切 削变形程度减小，根据P44页续表可得，单位切削力 p 变小。因此，切削力 Fr 的增大与进给量 f 不成正比。 进给量 f 增大一倍时，切削力 Fr 增大70%～80%。
Ff
机械制造基础
7
一、切削力
机械制造基础
式中：CFc，CF，p CFf ——分别为三个ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力的系数，其大小与工件材料和切削条件有关；
x
Fc，x
，x Fp
Ff
——分别为三个分力公式中背吃刀量
ap
的指数；
y
Fc，y
，y Fp
Ff
——分别为三个分力公式中进给量
f
的指数；
nFc，nFp，nFf ——分别为三个分力公式中切削速度 vc 的指数；
1．工件材料
工件材料的硬度、强度越高，剪切屈服强度越大，切削力 Fr 越大。硬度、强度相近的材料，塑性或韧性 越好，切屑越不易折断，切屑与前刀面的摩擦越大，切削力 Fr 越大。例如，不锈钢1Cr18Ni9Ti的硬度与45钢 接近，但其延伸率是45钢的4倍，所以，在同样条件下不锈钢产生的切削力 Fr 较45钢增大了25%。
跳到 P146
10
二、切削功率及其计算
机械制造基础
续表
f/(mm/r) 0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.6
kfp
1.18
1.11
1.06
Ff
机械制造基础
7
一、切削力
机械制造基础
式中：CFc，CF，p CFf ——分别为三个ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力的系数，其大小与工件材料和切削条件有关；
x
Fc，x
，x Fp
Ff
——分别为三个分力公式中背吃刀量
ap
的指数；
y
Fc，y
，y Fp
Ff
——分别为三个分力公式中进给量
f
的指数；
nFc，nFp，nFf ——分别为三个分力公式中切削速度 vc 的指数；
1．工件材料
工件材料的硬度、强度越高，剪切屈服强度越大，切削力 Fr 越大。硬度、强度相近的材料，塑性或韧性 越好，切屑越不易折断，切屑与前刀面的摩擦越大，切削力 Fr 越大。例如，不锈钢1Cr18Ni9Ti的硬度与45钢 接近，但其延伸率是45钢的4倍，所以，在同样条件下不锈钢产生的切削力 Fr 较45钢增大了25%。
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二、切削功率及其计算
机械制造基础
续表
f/(mm/r) 0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.6
kfp
1.18
1.11
1.06
切削力
切削力，是指在切屑过程中产生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。
通俗的讲：在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力。
切削力有三个垂直的分力:
1、切削力(主切削力)Fe:在主运动方向上的分力。
它是校验和选择机床功率，校验和设计机床主运动机构、刀具和夹具强度和刚性的重要依据。
2、背向力（切深抗力）Fp：垂直于工作平面上的分力。
它是影响加工精度、表面粗糙度的主要原因。
3、进给力（进给抗力）Ff：进给运动方向上的分力，使工件产生弹性弯曲，引起振动。
它是校验进给机构强度的主要依据。
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（1）、正前角平面型
特点：结构简单、刀刃锐利； 特点：结构简单、刀刃锐利； 但强度低，传热能力差、 但强度低，传热能力差、切 削变形小，不易断屑。 削变形小，不易断屑。
应用：高速钢刀具、 应用：高速钢刀具、成形刀 具及加工铸铁、 具及加工铸铁、青铜等脆性 材料硬质合金刀具
倒棱： 倒棱：能提高切削刃强 防止因前角增大， 度，防止因前角增大， 使刀刃强度削弱
极压切削油 固体润滑油
课后作业十二
1．刀具的磨损形式有哪些？哪些因素影响 刀具的耐用度？ 2．切削加工时刀具的前角和后角如何选择？ 刃倾角如何选择？主偏角如何选择？
Λs=0°：主切削刃同时切入， ° 主切削刃同时切入， 冲击力大
Λs≠0°：主切削刃逐渐切入 ° 工件，冲击力小， 工件，冲击力小，刃倾角的 绝对值越大，切削越平稳 绝对值越大，
5、切削液
润滑作用
切削 液的 作用
冷却作用
清洗作用
防锈作用
切削液的种类
水溶液
乳化液 切削 液的 种类 合成切削液
切削油
全圆弧形：卷屑槽宽 全圆弧形：卷屑槽宽WN 越小， 越小，切屑卷曲半径越 切屑易折断，太小， 小，切屑易折断，太小， 切屑变形很大， 切屑变形很大，易飞溅 ； 可获得较大的前角， 可获得较大的前角，刃 部强度不弱
（4）、负前角平面型
特点：负前角使切削力、 特点：负前角使切削力、 能耗增大， 能耗增大，机床易产生 振动 用途：切削高强度、 用途：切削高强度、高 硬度材料， 硬度材料，主要用于硬 质合金
主后角的选择：粗加工， 主后角的选择：粗加工，后角较小 精加工，后角较大；材料强度、 精加工，后角较大；材料强度、硬度 后角较小， 高，后角较小，反之较大
副后角及后刀面： 副后角及后刀面：一般与主后角数值 相同
4）、主偏角及副偏角的选择
影响主切削刃单位 长度上的负荷、 长度上的负荷、刀 尖强度和散热条件。 尖强度和散热条件。 主偏角减小时： 主偏角减小时：主 切削刃单位长度的 负荷减轻， 负荷减轻，刀尖角 增大，刀尖强度提 增大， 高（4Fra bibliotek、刀具的磨钝标准
磨钝标准： 磨钝标准：以1/2背 背 吃刀量处后刀面上测 定的磨损量VB 定的磨损量
自动化生产的精加工 刀具磨钝标准： 刀具磨钝标准：以 径向刀具磨损量NB 径向刀具磨损量
判别标准： 判别标准：已加工表面 粗糙度增大、 粗糙度增大、切屑发毛 变色、 变色、切削温度急剧上 升、发生振动或噪声比 较大
主偏 角的 作用
影响切削分力的比 主偏角减小时， 值：主偏角减小时， 径向切削力增加， 径向切削力增加， 轴向切削力减小。 轴向切削力减小。
影响断屑效果和排 屑方向， 屑方向，以及残留 面积高度。 面积高度。
增大主偏角有利于 切屑折断， 切屑折断，有利于 切屑沿轴向排出。 切屑沿轴向排出。
副偏角的作用
Λs=0°：切 ° 屑近似于切削 刃的法向流出。 刃的法向流出
Λs 为负值：切屑流 为负值： 向已加工表面， 向已加工表面，但 刀头强度好
影响刀尖强度和切削平稳性
Λs为负值：刀尖位于主切削 为负值： 为负值 刃的最低点，切削时， 刃的最低点，切削时，离刀 尖较远的切削刃首先接触工 件，保护刀尖受冲击
后刀面磨损：切削脆性金属时， 后刀面磨损：切削脆性金属时， 前刀面摩擦小，温度低， 前刀面摩擦小，温度低，后刀 面摩擦加剧，如图 面摩擦加剧，
边界磨损：主切削刃靠近表皮处； 边界磨损：主切削刃靠近表皮处； 副切削刃靠近刀尖处， 副切削刃靠近刀尖处，如图
应力梯度、 应力梯度、 温度梯度
加工硬化， 加工硬化， 刀刃打滑
5）、过渡刃的选择
圆弧形过渡刃： 圆弧形过渡刃：提高刀具使用寿命 和表面的修光作用， 和表面的修光作用，但刃磨比较困 刀具圆弧半径过大时， 难，刀具圆弧半径过大时，径向切 削力增大， 削力增大，易引起振动
直线形过渡刃： 直线形过渡刃：提高刀具使用寿命 和改善工件表面质量； 和改善工件表面质量；刃磨过渡刃 时不要磨得过大， 时不要磨得过大，否则会使径向切 削力增大， 削力增大，引起振动
（3）、刀具的磨损过程
初期磨损阶段：新刃磨刀具粗糙 初期磨损阶段：新刃磨刀具粗糙 不平、显微裂痕、氧化、脱碳层， 不平、显微裂痕、氧化、脱碳层， 表层组织不耐磨
正常磨损阶段： 正常磨损阶段：刀具的磨损变得 缓慢而均匀， 缓慢而均匀，刀具的有效工作时 间
急剧磨损阶段： 急剧磨损阶段：加工表面粗糙度 增加， 增加，后刀面与工件的接触状况 恶化，摩擦加剧， 恶化，摩擦加剧，切削力与温度 升高， 升高，磨损速度很快
6）、刃倾角的功用及其选择
控制切屑流向
刃倾 角的 功用
影响刀尖强度和 切削平稳性
影响实际切削前角和切削刃的锋 利：增大刃倾角使实际切削前角 增大， 增大，实际切削刃刃口圆弧半径 减小，使切削刃锋利。 减小，使切削刃锋利。
控制切屑流向
Λs为正值：切 为正值： 为正值 屑流向待加工 表面， 表面，但刀头 强度较差
（5）刀具使用寿命
是指一把新刃磨后的刀具从开始切削 到磨损量达到磨损标准为止的切削时间 称为刀具使用寿命。用T表示，单位： min
四、刀具几何参数的合理选择
1）、合理选择刀具的几何参数 2）、前角及前刀面形状的选择 3）、后角及后刀面的选择 4）、主偏角及副偏角的选择 5）、过渡刃的选择 6）、刃倾角的功用及其选择
直线圆弧形： 对切屑的卷曲变形有影响， 直线圆弧形：半径RN对切屑的卷曲变形有影响，切屑 卷曲半径较小，切屑变形大，易折断； 卷曲半径较小，切屑变形大，易折断；过小切屑堵在槽 增大切削力， 内，增大切削力，容易崩刃
（3）、正前角曲面带倒棱型
断屑槽 直线形： 直线形：槽底角 （180°-σ）对卷曲 ° ） 变形的影响同上 种适合加工碳素钢、 前2种适合加工碳素钢、 种适合加工碳素钢 合金钢、 合金钢、工具钢等 后种适合加工紫铜、 后种适合加工紫铜、不 锈钢等高塑性材料
外皮太粗糙
刀具的磨损方式：
边界磨损：
（2）、刀具磨损的原因
磨粒磨损： 磨粒磨损：工件或 切屑上的硬质点
粘接磨损：切削塑性金属时， 粘接磨损：切削塑性金属时， 会产生材料分子间吸附作用 刀具 磨损 的原 因
扩散磨损： 扩散磨损：合金元 素相互扩散
相变磨损： 相变磨损：当刀具上的最高温度 超过材料的相变温度时， 超过材料的相变温度时，金相组 织发生变化
副偏角的作用： 副偏角的作用：影 响刀尖强度、 响刀尖强度、散热 条件、 条件、刀具使用寿 命、振动等
减小副偏角可提高刀尖强 增大散热面积。 度，增大散热面积。减小 表面粗糙度， 表面粗糙度，有利于提高 刀具的寿命
主偏角的选择原则： 主偏角的选择原则： 1、强度、硬度高的材料，主偏角较小 、强度、硬度高的材料， 2、工艺系统刚性不足，减小径向力，选 、工艺系统刚性不足，减小径向力， 取较大的主偏角
柔性制造工艺
§4.3 金属切削条件的选择
一、切削力 二、切削热和切削温度 三、刀具的磨损与刀具耐用度 四、合理选择刀具的几何参数
一、切削力
（1）、切削力的来源
切削加工时， 切削加工时，工件材料抵抗 刀具切削所产生的阻力
弹性变形和塑性变形产生的阻力； 弹性变形和塑性变形产生的阻力； 前刀面和后刀面产生的摩擦
（5）、负前角双面型
用途： 用途：当刀具磨损产生于前刀面 时采用， 时采用，负前角的棱面具有足够 的宽度， 的宽度，确保切屑沿该面流出
（6）、前角的选择方法
刀具强度允许的条件， 刀具强度允许的条件，选 用大的前角 成形刀具，减小刀具形状 成形刀具， 误差， 误差，用较小的前角 前角的 选择原 则
总切削力FR
（3）、影响切削力的因素
工件材料：硬度和强度越高， 工件材料：硬度和强度越高， 变形抗力越大， 变形抗力越大，切削力越大 影响 切削 力的 因素
切削用量：背吃刀量和进给量； 切削用量：背吃刀量和进给量； 前者影响最大
前角：前角增大， 前角：前角增大，切削力减小 刀 具 角 度
主偏角：主偏角增大， 主偏角：主偏角增大，轴向力增 大，径向力减小 刃倾角： 刃倾角：在10°-45°时，主切 ° ° 削力基本不变
二、切削热和切削温度
（1）、切削热的来源与传散
第一变形区： 第一变形区：弹性和塑性 变形产生的热量Q弹和Q塑
变形 与摩 擦消 耗的 功
第二变形区： 第二变形区：刀具前刀面和 切屑摩擦产生的热量Q前摩
第三变形区： 第三变形区：刀具后刀面和 工件摩擦产生的热量Q后摩
（2）、切削区温度的分布
（3）、切削温度对工件、刀具和切
切削刃钝圆： 切削刃钝圆：能提高切削 刃强度，减少刀具破损， 刃强度，减少刀具破损， 切挤熨压及消振
（2）、正前角平面带倒棱型
倒棱的宽度选取要保证切屑能沿着 正前角的前刀面流出。 正前角的前刀面流出。宽度的取值 与进给量f有关 一般选择为（ 有关。 与进给量 有关。一般选择为（0.30.8） f，多适用粗加工铸锻件或断 ） ， 续切削。 续切削。
1）、合理选择刀具的几何参数
（1）、考虑工件的实际情况 （2）、考虑刀具材料和结构 （3）、注意几何参数之间的关系 （4）、了解具体加工条件 （5）、正确处理刀具的锋锐性与强度、耐 磨性的关系
2）、前角及前刀面形状的选择
（1）、正前角平面型 （2）、正前角平面带倒棱型 （3）、正前角曲面带倒棱型 （4）、负前角平面型 （5）、负前角双面型 （6）、前角的选择方法
刀具磨损： 刀具磨损：刀具磨损后切削温度上升
被加工材料：强度高、硬度高、 被加工材料：强度高、硬度高、导热系 数低
前刀面磨损：切削塑性金属、 前刀面磨损：切削塑性金属、 切削速度高、切削厚度大时， 切削速度高、切削厚度大时， 在前刀面摩擦出月牙洼，如图 在前刀面摩擦出月牙洼，