金属切削加工基本理论

金属切削加工基本理论第1页，共67页，2023年，2月20日，星期四第8章金属切削加工概论8.1.1切削运动车削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，下面我们以普通外圆车削为例来分析工件与刀具间的切削运动。切削运动按其作用可分为两种：主运动和进给运动。1）主运动：由电机或手动提供的刀具与工件之间的相对运动。一般来说，它是速度最高，消耗功率最大的运动。例如，外圆车削时工件的旋转运动、平面刨削时刀具的往复运动以及钻床上钻头和铣床上铣刀的回转运动等都是切削运动的主运动。第2页，共67页，2023年，2月20日，星期四第8章金属切削加工概论2）进给运动：由机床或手动提供给刀具或工件的运动。它配合主运动形成连续的或不断的切除切屑，同时得出具有所需几何特性的已加工表面。机床提供的进给运动即可以是连续的也可以是间歇的，如车外圆时车刀的纵向连续直线进给运动和刨平面时工件的间歇直线进给运动等。无论哪种形式进给运动，其消耗功率都比主运动所消耗的功率要小。３）合成切削运动：当主运动和进给运动同时存在时，由主运动和进给运动合成的运动称合成切削运动。第3页，共67页，2023年，2月20日，星期四第8章金属切削加工概论由于切削刃上各点的运动情况不一定相同，分析切削运动时，通常我们是在刀具切削刃上选定某一点来进行分析的。对于外圆车刀，其刀刃上某一选定点的主运动速度V和主运动方向、进给运动速度Vf和进给运动方向以及合成切削速度Ve和和合成切削速度方向如图１-１中所示，其合成切削速度Ve等于主运动速度V和进给运动速度Vf的矢量和，即：第4页，共67页，2023年，2月20日，星期四第8章金属切削加工概论8.1.2.工件上的加工表面在切削过程中，工件上存在三个变化着的表面，如图所示，即：待加工表面、已加工表面和加工表面。1）待加工表面：切削加工时即将被切除的工件表面。2）已加工表面：切削加工后工件上形成的新表面。3）加工表面：切削加工时刀刃正在切削加工着的表面，它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。

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8.1．3切削用量与切削层参数切削用量是指切削速度、进给量和切削深度。我们通常把切削速度、进给量和切削深度称之为切削用量三要素。

1）切削速度V：它是切削加工时刀刃上选定点相对于工件主运动的速度，其单位为m/s（米/秒）或m/min（米/分），其值可由下面公式计算：式中：d——工件或刀具上某一点的回转直径（mm）；

n——主运动的转速（r/s或r/min）。第6页，共67页，2023年，2月20日，星期四2）进给量f：它是工件或刀具的主运动或每一行程时，刀具与工件在进给运动方向上二者之间的相对位移量，其单位为mm/r（毫米/转），也有用进给速度Vf来表示的，其单位为mm/min。对于多刃刀具还可用每齿进给量af来表示，其单位为mm/z（毫米/齿）。三者之间的换算关系可由下式给出，即：f：车到每转进给量（mm/r）n：工件转速（r/s）第8章金属切削加工概论第7页，共67页，2023年，2月20日，星期四

3）切削深度：又叫背吃刀量，它是工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，用ap表示，其单位为mm。对于前图所示的外圆车削，其切削深度可由下式计算：

对于钻孔加工，其切削深度可由下式计算：dm——工件已加工表面的直径（mm）；

dw——工件待加工表面的直径（mm）。第8章金属切削加工概论第8页，共67页，2023年，2月20日，星期四第8章金属切削加工概论

2.切削层参数切削层：切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层形状、尺寸直接影响着切削过程的变形、刀具承受的负荷以及刀具的磨损。为简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具基面中度量，即切削层公称横截面中度量。切削层尺寸是指在刀具基面中度量的切削层长度与宽度，与切削用来ap、f大小有关。切削层的参数有：切削厚度hD、切削宽度bD、切削面积AD。第9页，共67页，2023年，2月20日，星期四1、切削层公称横截面积AD：在切削层尺寸平面里度量的横截面积。AD＝hDbD2、切削工称厚度hD：在垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。hD＝fsinkr3、切削宽度bD：平行于过渡平面度量的切削层尺寸。bD＝ap/sinkr第10页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2切削刀具8.2.1刀具材料刀具材料一般是指切削部分的材料。刀具切削部分承受较大的（1）切削压力（2）切削温度（3）剧烈摩擦（4）冲击振动，因此刀具材料应具备以下性能：1、高硬度：刀具材料硬度要高于被加工材料的硬度，切削刃的硬度一般在HRC60以上。2、高耐磨性：指抗磨损能力，硬度越高，耐磨性越好，但抗冲击韧性相对降低。所以，刀具材料应在保持足够的强度和韧性的条件下，尽可能有高的硬度与耐磨性。3、足够的强度与韧性：抗冲击，承受各种应力而不崩刃、折断。与硬度、耐磨性相矛盾。4、高的耐热性：指在高温下仍能维持刀具切削性的一种特性，通常用高温硬度值来衡量，也可用刀具切削时允许的耐热温度值来衡量。耐热性越好的材料允许的切削速度就越高。第11页，共67页，2023年，2月20日，星期四2、常用刀具材料刀具材料类型：工具钢（高速钢）硬质合金陶瓷超硬材料最常用工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与刃磨性能好，故广泛用于中、低切削的成形刀具，不宜高速切削。第12页，共67页，2023年，2月20日，星期四3)高速钢高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。它们都是强烈的碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。

高速钢的强度（抗弯强度为硬质合金的2~3倍，为陶瓷的5~6倍）、硬度（62~70HRC）、耐热性（600~700°C）、韧性、耐磨性和工艺性均较好，刃磨锋利，故又称“锋钢”，适合于大部分常用材料的切削加工。第13页，共67页，2023年，2月20日，星期四4)硬质合金由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相）和金属（粘结相）通过粉末冶金工艺制成的。常用的碳化物由WC、TiC、TaC、NbC等。常用的粘结济是Co，碳化钛基的粘结济是Mo、Ni。硬质合金耐热性好，切削效率高，但刀片强度、韧性不及工具钢，焊接刃磨工艺性也比工具钢差，多用于制作车刀、铣刀及各种高速切削刀具。ＩＳＯ将硬质合金分为Ｐ、Ｋ和Ｍ三大类，该三大类硬质合金的主要成份都是WC，故又统称为WC基硬质合金。第14页，共67页，2023年，2月20日，星期四5)陶瓷刀具陶瓷材料刀具是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的。陶瓷刀具材料具有很高的硬度、高温硬度、耐磨性和化学稳定性以及低磨擦系数和低廉价格。硬度达９１～９５ＨＲＡ，高于硬质合金刀具材料，在１２００°时仍能保持８０ＨＲＡ，而耐磨性则一般为硬质合金材料的５倍。因此，在正常使用情况下，陶瓷材料刀具的寿命远高于硬质合金材料刀具，加工钢时，寿命可高达硬质合金的十倍以上。陶瓷刀具材料由于强度低、韧性差、抗热振能力差、刀具刃口易破损而应用范围极其有限，仅用于精加工。近年来通过大量的研究、改进和采用新的制作工艺，陶瓷材料的抗弯强度和韧性均有了很大的提高。陶瓷刀具也由连续切削扩大到了断续切削领域。目前陶瓷刀具已由原来的车刀扩大到了滚刀、铣刀、钻头、铰刀和其它刀具等领域。陶瓷刀具可以用来切削各种铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、硬铸铁、高强度铸铁等）和各种钢料（如调质钢、合金钢、高强度钢、HRC＞60的淬硬钢、耐热钢及某些耐热合金），也可用于加工有色金属（铜、铝等）和非金属材料（耐磨石墨、硬橡皮、塑料、特殊尼龙、聚氯乙烯和树脂等）。第15页，共67页，2023年，2月20日，星期四6）超硬刀具材料超硬刀具材料有金刚石和立方氮化硼。金刚石可分天然和人造两种，其代号分别用JT和JR表示，都是碳的同素异形体。天然金刚石大多属于单晶金刚石，单晶天然金刚石具有各向异性（即不同晶面上强度、硬度和耐磨性差异很大，可在100~500倍范围内变化，故制造时应考虑刃磨方向），选择正确的刃磨方向，可使刀的刃口圆角半径磨到最小，刀具极为锋利，可用于有色金属及非金属的超精密加工。天然金刚石价格十分昂贵，使用较少。第16页，共67页，2023年，2月20日，星期四立方氮化硼（简称ＣＢＮ）的合成类似人造金刚石的合成方法，也是利用高温高压加催化剂的方法将六方氮化硼转变成立方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，硬度达8000~9000HV，是人类已知的硬度仅次于金刚石的材料，其热稳定性和化学惰性大大优于金刚石，可耐１３００～１５００°Ｃ的高温，在1200~1300°也不易与铁系材料发生化学反应，其导热率也大大高于高速钢及硬质合金（低于金刚石），非常适合于各种高强度、高硬度淬硬钢和高温合金的精加工，其寿命可达硬质合金或陶瓷的几十倍甚至上百倍。但立方氮化硼的强度、韧性低，不适于粗加工。第17页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度1）前刀面：指刀具上切屑流过的表面。2）主后刀面：指刀具上与工件上的加工表面相对的刀具表面。3）副后刀面：刀具上与工件上的已加工表面相对的刀具表面。4）主切削刃：指前刀面与主后刀面相交得到的刃边。主切削刃是前刀面上直接进行切削的锋刃，它完成主要的金属切除工作。第18页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度5）副切削刃：指前刀面与副后刀面相交得到的刃边。副切削刃是协同主切削刃完成金属的切除工作，以最终形成工件的已加工表面的。6）刀尖：又称过渡刃，它是指主切削刃与副切削刃连接处的一小段刃形，它可以是圆弧，也可以是直线。

第19页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度2刀具标注角度的参考系和刀具的标注角度刀具要切下金属就必须具备一定的切削角度。由于大多数刀具切削部分的几何参数的形状和空间位置较为复杂，因此，要确定刀具切削部分的几何角度就必须首先建立刀具角度的参考系。用于确定刀具几何角度的参考系有两大类：刀具标注角度的参考系和刀具工作角度的参考系。刀具标注角度的参考系又称静参考系，它是在假定没有进给运动和假定刀具的安装条件（就是假定装刀时刀尖在工件的中心线上、刀的轴线垂直工件的轴线、刀安装时的定位面与制造、刃磨和测量时一致）下用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时刀具几何参数的参考系。第20页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度在刀具标注角度参考系内确定的刀具角度称为刀具的标注角度或静止角度，刀具设计图纸上所标注的角度就是刀具的标注角度。1、刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系主要由下列各平面构成第21页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度１）基面Ｐr：通过切削刃上某选定点，垂直于该点合成切削速度向量（Ve＝V，假定无进给，即进给速度Vf＝0）的平面。通常，基面平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装或定位的平面或轴线。第22页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度例如，对于车刀和刨刀，其基面就是过刀刃上某选定点与刀具底面平行的平面。对于钻头、铣刀等旋转类刀具，其基面就是过刀刃上某选定点并通过刀具轴线的平面。因为旋转类刀具其切削刃上各点的旋转运动（即合成切削运动）方向都垂直于通过该点并包含刀具旋转轴线的平面，故其基面就是刀刃选定点上过刀具轴线的剖面。第23页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度２）切削平面Ｐs：通过切削刃上某选定点，与切削刃（或加工表面）相切并垂直于基面的平面。该平面也是包含选定点处合成切削运动向量的平面。第24页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度３）正交平面Ｐ０：通过切削刃上某选定点，同时垂直基面和切削平面的平面，也就是垂直于切削刃在基面上的投影的平面。４）法剖面Ｐn：通过切削刃上某选定点垂直于切削刃的平面。第25页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度５）假定进给剖面Ｐf

：通过切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向Vf并垂直于基面Pr的平面。通常，它平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量的某一安装定位平面或轴线。６）假定切深剖面（背平面）ＰP：通过切削刃上选定点，同时垂直于基面Pr与Pf的平面。第26页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度刀具标注角度的参考系对刀刃上同一选定点来说可以有三种，即：主剖面参考系（又称正交平面参考系）、法剖面参考系和假定进给与切深剖面参考系。它们的选用与生产中实际采用的刀具角度刃磨方式、检测和夹具的结构及调整方式有关。第27页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度主剖面参考系：由基面、切削平面和主剖面构成，如图。法剖面参考系：由基面、切削平面和法剖面构成，如图。假定进给与切深剖面参考系：由基面、假定进给剖面和假定切深剖面构成，如图c所示。

第28页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度2、刀具的标注角度刀具的标注角度：指在刀具标注角度参考系中刀具工作图纸上用于刀具的制造、刃磨和测量所需要标出的角度。在刀具标注角度的参考系中，刀具工作图纸上要求标注的基本角度有：前角（γ0、γn、γf、γp）、后角（α0、αn、αf

、αp）、副后角α0′、刃倾角λs、主偏角κr和副偏角κr′。有时根据实际的需要，还可再标出楔角β0和刀尖角εr。下面我们对这些刀具的标注角度定义如下：第29页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度前角（γ0、γn、γf、γp、γi）：在主切削刃选定点的某剖面内前刀面与基面的夹角。某剖面可以是主剖面、法剖面、假定进给剖面、假定切深剖面或任意剖面之一。在主剖面、法剖面、假定进给剖面、假定切深剖面和任意剖面内测量的前角符号分别用γ0、γn、γf

、γp、γi

表示。第30页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度后角（α0、αn、αf、αp、αi）：在主切削刃选定点的某剖面内后刀面与切削平面的夹角。在主剖面、法剖面、假定进给剖面、假定切深剖面和任意剖面内测量的后角符号分别用α0、αn、αf、αp、αi

表示。第31页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度副后角α0′：与后角α0的定义相似，是在副切削刃选定点的副主剖面内副后刀面与副切削平面的夹角。刃倾角λs：在切削平面内主切削刃与基面的夹角。主偏角κr：在基面内主切削刃的投影与假定进给剖面的夹角。副偏角κr′：基面内副切削刃的投影与假定进给剖面的夹角。第32页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度楔角β0：在主切削刃选定点的主剖面内前刀面与后刀面的夹角，即：β0＝90°－（α0＋γ0）。刀尖角εr：在基面内主切削刃和副切削刃的夹角，即：

εr＝180°－（κr＋κr′）。第33页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度

图1-5车刀主剖面参考系中标注角度图1-6车刀法剖面参考系中标注角度

刀具在主剖面、法剖面、假定进给与假定切深剖面参考系中要标注的角度如图1-5所示。第34页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度图1－7车刀假定进给、假定切深剖面参考系中的标注角度

刀具在假定进给与切深剖面参考系中要标注的角度如图所示。第35页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.2刀具的几何形状及角度刀具工作角度的参考系和刀具的工作角度刀具工作角度的参考系是衡量刀具在工作状态下几何角度的参考系。该参考系考虑了包括进给运动在内的合成切削运动和刀具的实际安装情况。刀具标注角度参考系是在假定运动条件下（只考虑主运动而不考虑实际进给运动）而刀具又按特定条件安装情况下确定的。这样的参考系所确定的刀具角度不能确切反映切削的真实情况。刀具在只有考虑包括进给运动在内的合成切削运动ｖe和刀具的实际安装情况来确定的参考系，即刀具工作角度的参考系才符合切削加工的实际。第36页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.2.3刀具磨损和刀具寿命一、刀具磨损：刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损。（一）刀具磨损形式1、正常磨损：是指刀具在设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，在切削过程中逐渐产生的磨损。第37页，共67页，2023年，2月20日，星期四正常磨损主要有：前刀面磨损（用月牙洼深度KT或宽度KB表示）；后刀面磨损（用VB表示）；前、后刀面同时磨损2、非正常磨损：是切削过程中突然或过早产生的损坏现象，如脆性破损（崩刃、碎裂、剥落等）、卷刃等。

第38页，共67页，2023年，2月20日，星期四（二）磨损过程和磨钝标准刀具破损原因：冲击以及受热内应力作用。1、磨损过程曲线：刀具磨损过程可以分为三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。第39页，共67页，2023年，2月20日，星期四2、磨钝标准：刀具磨损到一定程度会导致加工尺寸精度和表面质量下降，并增加刀具消耗和加工成本。那么，刀具要磨损到什么程度才不能使用呢？这需要制定一个刀具的磨钝限度，刀具的这个磨损限度我们就称之为刀具的磨钝标准。第40页，共67页，2023年，2月20日，星期四二、刀具寿命（一）刀具寿命概念刀具寿命Ｔ：指新刀或刃磨后的新刀刃从开始切削一直到磨损量达到刀具磨钝标准所经历的总的切削时间。刀具寿命可以衡量不同刀具材料的切削性能、不同工件材料的切削加工性以及不同刀具几何参数的优劣合理性等。（二）影响刀具寿命的因素：切削温度直接决定刀具的寿命。影响刀具寿命的因素很多，其中工件材料、刀具材料的性能对刀具寿命的影响最大。第41页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.3.1切削过程中的物理现象金属切削过程是指：通过切削运动，由刀具从工件上切下多余的金属层而形成切屑和已加工表面的过程。在这过程中会产生切削变形、形成切屑，产生切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等诸多现象。金属切削加工中各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损以及已加工表面质量等，都是以切屑形成过程为基础的，而生产实践中出现的许多问题，如鳞刺、积屑瘤、振动、卷屑与断屑等，都同切削变形过程有关。

第42页，共67页，2023年，2月20日，星期四一、切削变形区1、第I变形区从OA线开始发生塑性变形，到0M线金属晶粒的剪切滑移基本完成，这一区域称为第一变形区。

第I变形区的变形过程及特点：当切削层中金属某点P向切削刃逼近，到达1点时，此时其切应力达到屈服强度，点1在向前移动的同时，也沿OA滑移，其合成运动将使点1流动导点2。2'-2为其滑移量。直到点4位置，此时其流动方向与前刀面平行，不再沿OM线滑移。所以OM叫终滑移线、OA叫始滑移线。第43页，共67页，2023年，2月20日，星期四切屑的形成是在极短的时间内完成的。因此，第一变形区是个很窄的区域，仅为0.2~0.02mm，所以，可用一个面psh来表示，称滑移面。滑移面与切削速度方向间的夹角Φ称剪切角；滑移面与作用力方向夹角为45度；滑移面与晶格变形伸长方向夹角为ψ，亦是与晶格纤维化方向。第44页，共67页，2023年，2月20日，星期四2、第II变形区刀具前面接触的切屑底层内产生塑性变形的区域。切屑在刀具前面上流出时，进一步受到前面的挤压和摩擦，使贴近前面厚度为⊿hch的金属纤维化，几乎与前刀面平行，这部分叫做第II变形区。第45页，共67页，2023年，2月20日，星期四3、第III变形区指在已加工表面层内近切削刃附近的变形区域。在已加工表面的⊿h层内，受到切削刃钝圆弧的挤压和摩擦作用，使变形加剧，在该层内引起晶粒伸长和晶粒纤维化、扭曲、甚至破碎，致使已加工表面层产生硬化。第46页，共67页，2023年，2月20日，星期四二、切屑类型由于工件材料不同，切削条件不同，切削变形的程度也就不同，因而所产生的切屑形态也就多种多样。归纳起来，可分为以下四种类型：1、带状切屑：外形呈延绵不断的带状，并沿刀具前面流出。2、节状切屑：切削层在塑性变形过程中，剪切面上局部位置处切应力达到材料强度极限而产生局部断裂，使切屑顶面开裂形成节状。3、粒状切屑：在剪切面上产生的切应力超过材料强度极限，形成的切屑被剪切断裂成颗粒状。4、崩碎切屑：属于脆性材料的切屑。切屑未形成塑性变形，在材料组织中的石墨与铁素体之间疏松界面上产生不规则断裂，形成崩碎切屑。第47页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.3.2积屑瘤在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢材料或其它塑性材料时，常常在前刀面切削处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块，它的硬度很高，通常是工件材料的2~3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。第48页，共67页，2023年，2月20日，星期四积屑瘤对切削加工的影响：保护了切削刃；增大了实际的工作前角，减小了切削变形；堆积成的钝圆弧刃口造成挤压和过切现象，降低了加工精度；积屑瘤脱落后粘附在已加工表面上使表面粗糙度不平。所以加工时应避免积屑瘤的产生。第49页，共67页，2023年，2月20日，星期四积屑瘤产生的原因：切屑对前刀面接触处的摩擦，使后者十分洁净。当两者的接触面达到一定温度，同时压力又较高时，会产生粘结现象，亦即一般的“冷焊”。这时切屑从粘在刀面的底层上流过，形成“内摩擦”。如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。这种粘结层就逐渐长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。一般来说，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤。在切削中碳钢时，温度载00~380°

C，积屑瘤高度最大，温度超过500~600°C时积屑瘤消失。第50页，共67页，2023年，2月20日，星期四抑制或消除积屑瘤的方法：1）采用低速或高速切削。第51页，共67页，2023年，2月20日，星期四2）减小进给量、增大刀具前角（减小了刀-屑接触区压力）、提高刀具刃磨质量和合理选用切削液。第52页，共67页，2023年，2月20日，星期四3）提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。第53页，共67页，2023年，2月20日，星期四8.3.3切削力切削力是工件材料抵抗刀具所产生的阻力，它是影响工艺系统强度、刚性和加工工艺工件质量的重要因素。一、切削力来源刀具在切削工件时，存在切屑与工件内部弹、塑性变形的抗力；切屑与工件对刀具产生的摩擦阻力；两者的合力为F。将F分解为3个力：切削力Fc（主切削力Fz）－在主运动方向的分力背向力Fp（切深抗力Fy）－在垂直于假定工作平面上的分力；进给力Ff（进给抗力Fz）－在进给运动方向上的分力。第54页，共67页，2023年，2月20日，星期四FD为推力（在基面上且垂直于主切削刃的合力），也是Fp和Ff的合力。可知：Fp＝FDcoskr；Ff=FDsinkr结论：主偏角kr的大小影响各分力间的比例。第55页，共67页，2023年，2月20日，星期四二、各分力的作用：切削力Fc：作用在工件上，并通过卡盘传递到机床主轴箱。是设计机床主轴、齿轮和计算主运动功率的主要依据，也是依据来选用刀杆、刀片尺寸、设计夹具和选择切削用量。Fp：影响加工工件的精度，是引起切削振动的主要原因。Ff：作用在机床进给机构上，是计算和检验进给机构薄弱环节零件强度的主要依据。第56页，共67页，2023年，2月20日，星期四三、影响切削力的因素凡影响切削过程变形和摩擦的因素都影响切削力，其中主要包括：切削用量、工件材料和刀具几何参数。（一）切削用量的影响1、背吃刀量ap和进给量fap增大一倍，使切削宽度bD也随之增大一倍，则由于切削变形和摩擦的影响，切削力也增大一倍。f增大一倍，摩擦与变形并不成倍的增加，切削力只增加70％~80%.意义：增大f和ap都可提高生产效率，但在相同功率条件下，提高f效果更好。第57页，共67页，2023年，2月20日，星期四2、切削速度在积屑瘤产生区域内，切削速度增大，因前角增大，切削变形小，故切削力下降；待积屑瘤消失，切削力又上升。第58页，共67页，2023年，2月20日，星期四（二）工件材料的影响工件的硬度和强度越高，其剪切屈服强度就越高，产生的切削力就越大。工件的塑性和韧性越高，则切削变形越大，切屑与刀具间摩擦增加，故切削力越大。第59页，共67页，2023年，2月20日，星期四（三）刀具几何参数影响1、前角ro影响：前角增大，切削变形减小，故切削力减小。第60页，共67页，2023年，2月20日，星期四2、主偏角Kr主偏角在30°~60°范围内增大时，因切削厚度hD增大，故切削变形减小。主偏角在60°~70°时，切削力Fc最小；主偏角继续增大时，因切削层形状变化使刀尖圆弧所占的切削宽度比例增大，故切屑流出时挤压加剧，使切削力增大。第61页，共67页，2023年，2月20日，星期四（四）其它因素影响1、刃倾角刃倾角负值增大，作用于工件的背向力Fp增大，在车削轴类零件时易被顶弯并引起振动。2、刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径增大，切削变形增大，切削力增大。3、刀具磨损切削刃及后刀面产生磨损后，会使切削时摩擦和挤压加剧，故Fc和Fp都