切削力

在切削加工中，切削力是一个非常重要的参数，切削热、刀具磨损等物理现象都与切削力有关，切削力还是设计和使用机床、刀具、夹具的重要依据。
一、切削力与切削功率
1．切削力
切削时，使被加工材料发生变形成为切屑所需的力称为切削力。使被加工材料发生变形所需克服的力主要是：
1）切削层材料和工件表面层材料对弹性变形、塑性变形的抗力。
2）刀具前刀面与切屑、刀具后刀面与工件表面间的摩擦阻力。
2．切削合力与分力
上述各力的总和形成作用在车刀上的合力 。可将 分解为 、 和 三个互相垂直的分力。
垂直于基面，与切削速度 的方向一致，称为切削力（也称切向力、主切削力）。 是计算切削功率和设计机床的主要参数。
平行于基面，并与进给方向相垂直，称为背向力。
平行于基面，并与进给方向平行，称为进给力。
在上述三个分力中， 值最大， 约为 ， 约为 。
3．切削功率
消耗在切削过程中的功率称为切削功率，用 表示。由于在 方向的位移极小，可以近似认为 不作功，不消耗功率。根据切削功率选择机床电动机功率 时，还要考虑机床的传动效率。
4．单位切削力的概念
单位切削面积上的切削力 称为单位切削力。
二、切削力经验计算公式
1．切削力的测量
2．切削力经验计算公式
三、影响切削力的因素
1．工件材料的影响
工件材料的强度、硬度越高，切削力越大。切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦都比较小，故其切削力相对较小。
2．切削用量的影响

（1）背吃刀量 和进给量 和 增大，都会使切削力增大，但两者的影响程度不同。 增大时，变形系数 不变，切削力成正比增大； 增大时， 有所下降，故切削力不成正比增大。在车削力的经验计算公式中， 的指数 近似等于1， 的指数 小于1。在切削层面积相同的条件下，采用大的进给量 比采用大的背吃刀量 的切削力小。
（2）切削速度 切削塑性材料时，在无积屑瘤产生的切削速度范围内，随着 的增大，切削力减小；这是因为 增大时，切削温度升高，摩擦系数 减小，从而使 减小，切削力下降。在产生积屑瘤的情况下，刀具的实际前角是随积屑瘤的成长与脱落变化的。在积屑瘤增长期， 增大，积屑瘤高度增大，实际前角增大， 减小，切削力下降；在积屑瘤消退期， 增大，积屑瘤减小，实际前角变小， 增大，切削力上升。
切削铸铁等脆性材料时，被切材料的塑性变形及它与前刀面的摩擦均比较小， 对切削力没有显著影响。
3．刀具几何参数的影响
（1）前角 增大， 减小，切削力下降。切削塑性材料时， 对切削力的影响较大；切削脆性材料时，由于切削变形很小， 对切削力的影响不显著。
（2）主偏角 主偏角 增大，背向力 减小，进给力增大。
（3）刃倾角 改变刃倾角将影响切屑在前刀面上的流动方向，从而使切削合力的方向发生变化。增大 ， 减小， 增大。 在 范围内变化时， 基本不变。
（4）负倒棱 为了提高刀尖部位强度，改善散热条件，常在主切削刃上磨出一个带有负前角 的棱台，其宽度为 。负倒棱对切削力的影响与负倒棱面在切屑形成过程中所起作用的大小有关。当负倒棱宽度 小于切屑与前刀面接触长度 时，切屑除与倒棱接触外，主要还与前刀面接触，切削力虽有所增大，但增大的幅度不大。当 ＞ 时，相当于用负前角为 的车刀进行切削，与不设负倒棱相比，切削力将显著增大。
4．刀具磨损
后刀面磨损增大时，后刀面上的法向力和摩擦力都增大，故切削力增大。
5. 切削液
使用以冷却作用为主的切削液（如水溶液）对切削力影响不大，使用润滑作用强的切削液（如切削油）可使切削力减小。
6. 刀具材料
刀具材料与工件材料间的摩擦系数影响摩擦力的大小，导致切削力变化。在其它切削条件完全相同的条件下，用陶瓷刀切削比用硬质合金刀具切削的切削力小，用高速钢刀具进行切削的切削力最大。
无论是从降低机床动力消耗考虑，还是从降低工艺系统的变形考虑，通常希望能以较小的切削力完成预定的切削加工任务，这在工艺系统刚度较差时尤为重要。读者可以参照上述影响切削力诸多因素的分析，根据具体工况确定降低切削力的途径和方法。