减小切削力的措施_减小切削力有效途径的探讨

　　摘要：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，它又是计算机床动力、计算工艺系统刚度、强度的主要依据和参数，同时也是确定切削用量的基本参数。本文对切削力的作用、影响因数及如何减少切削力做一初步探讨。
　　关键词：切削力；切削要素；刀具角度；探讨；途径
　　
　　在金属机械加工切削工程中，由于工件金属材料的弹性变形和塑性变形，以及切削和刀具前面、工件和刀具后面之间的摩擦使刀具前面和后面承受摩擦力和正压力，它们的合力成为切削力。而在实际加工和工艺装备计算中，一般把切削力分作三个空间垂直的切削分力，即主动削力，走刀抗力和吃刀抗力。这三个力的合力即为总切削力。
　　
　　一、三个切削力的含义和作用
　　
　　(一)主切削力：它是与切削运动方向相同，使刀具前面向下压的作用力。由于它与切削运动方向相同，指向前刀面，所以由它所产生的功率最多，约占总切削功率的90％以上，所以它是计算机床动力、计算工艺系统刚度和强度的主要依据和参数，同时也是确定切削用量的基本参数。
　　
　　(二)走刀抗力：即轴向力：它和走刀运动方向相反，它所作的功率约占切削总功率的1％――5％，是设计机床走刀机构时主要的参数和依据。
　　
　　(三)吃刀抗力即径向力：这个分力垂直于走刀方向，由于它是作用在机床和工件最薄弱的方向上的力，所以它会使工件在水平方向上弯曲，最容易引起切削振动，直接影响加工表面粗糙度和加工精度。
　　
　　二、对影响切削力的主要因素
　　
　　(一)工件材料性能的影响
　　由于工件材料的强度愈高，机械性能愈高，金属被切下所需的能量愈大即金属被切下所需力量愈大，即金属被切下所需力量愈大：工件材料硬度愈高，即机械性能也愈高，金属被切下所需的能量亦愈大，金属被切下所需的力量也愈大。因此，工件材料的机械性能愈高，加工时所需的切削力就愈大，这是影响切削力的第一因素。
　　
　　(二)切削要素的影响
　　切削要素即加工时选用的切削速度、走刀量和吃刀深度。
　　1、切削速度对切削力的影响：切削速度即指切削流过刀具前刀面的线速度或称切削主运动的线速度。由于在切削过程中切削速度对切削力的影响是比较复杂的，因为在不同的切削速度范围内，提高切削速度时切削力有可能增大，也可能减小。出现这种情况的主要原因是由于切削温度的变化和积屑瘤的产生和消失而造成的，即：在切削过程中，最初在提高切削速度时切削力是随着切削速度的提高而在减小，这是由于在切削起初时切削温度底，刀具前面刃口附近容易形成积屑瘤，即积屑瘤容易产生、存在和增高，且它会使刀具工作前角增大。刀具前角的增加会使切削力下降。但是，当切削速度提高以后切削温度增高、积屑瘤随着切削温度的增高而消失，即刀具的工作前角就又逐渐恢复到原来的前角，则切削力相对于切削起初时的力就又增大了。如果继续增加切削速度，切削就和刀具前面接触层面开始热熔(微熔)，这种现象可起微量特殊的润滑作用，摩擦就会减少，同时工件材料机械性能随切削温度的上升而下降，这样又使切削力下降。切削速度的变化对切削力的影响主要反映在对主切削力的影响，而对轴向走刀抗力和对径向走刀抗力的影响不大。
　　2、走刀量：即被加工工件一转或一次行程时刀具沿走刀方向移动过的距离。因此，走刀量增加，切削层面积增大时，切削合力增大，切削力增大，但和吃刀深度对切削力一定，切削层面积增大时，切削合力增大，切削力增大，但和吃刀深度对切削力影响的程度不一样，吃刀深度对切削力的影响比对走刀量增加时对切削力的影响大。原因在于吃刀深度的变化对主切削分力的影响和对轴向走刀抗力和对径向走刀抗力的影响与吃刀深度对三个切削分力的影响不一样。吃刀深度成倍切削力就成倍增加，而走刀量的增加对主切削力和轴向走刀抗力增加较多，对径向走刀抗力增加较少。
　　3、吃刀深度：吃刀深度是指工件的已加工表面和待加工表面间的距离，即垂直距离。当吃刀深度加大时，切削层面积加大；切削单位面积切削力一定，切削层面增大时，切削合力增大，切削力增大。因此，增大吃刀深度时切削力增大。吃刀深度的变化对主切削力的影响比对轴向走刀抗力和对径向走刀抗力的影响大。
　　3、刀具角度的影响：即刀具主要几何角度对切削力的影响。
　　1、前角：即在主截面中刀具前刀面和基面的夹角。无论切削脆性材料或塑性材料、当前角增大时它都会使切削变形减少、并减少切削与刀具前面的摩擦、刀具刃口锋利、切削轻快，切削阻力小，切削力小。但在选择前角时除了考虑降低切削力外还要考虑刀具刃口强度和刀头强度，以保证刀具的强度和使用寿命。
　　2、后角：在主截面中刀具主后刀面和切削平面的夹角。增大后角会减少刀具主后面与工件加工表面的摩擦，使刃口锋利，切削轻快，切削阻力小，同样角度过大时也会影响刃口和刀头强度。
　　3、主偏角：刀具主切削刃与走刀方向在基面上投影间夹角。它与副偏角对主切削力影响不大，而主要是改变轴向走刀抗力与径向走刀抗力大小比例。
　　
　　三、对如何减小切削力的有致途径的探讨
　　
　　由前所述，刀具几何角度和切削用量对切削力有着直接的作用和影响，但它们作用和影响的程度不同，所以，我们要依据具体的加工情况和加工条件来确定减少切削力的基本途径。
　　
　　(一)对加工材料进行热处理
　　根据切削速度对切削力的影响关系，在一定的工艺所需切削速度时可采取对工件材料进行热处理以改善工件材料机械性能的办法来减小切削力。
　　
　　(二)加大走刀量和减少吃刀深度
　　根据走刀量和吃刀深度对切削力的增加和影响不同规律，在不改变刀具几何角度和切削层面积的情况下，即在不影响切削加工效率情况下，降低切削力时可采取加大走刀量和相应地减小吃刀深度的方法。
　　
　　(三)选择大的前角加工
　　在充分保护刀具刃口强度和刀头强度情况下尽量选用大前角加工，以充分降低切削力；但在选大前角时要用小切削用量，用小前角时要用较大切削用量，这样可不使切削力明显增加或不使加工生产率下降的情况下切削力不增加。
　　
　　(四)充分冷却和润滑
　　由于充分采用冷却和润滑可减少切削与工件对刀具的摩擦，特别是对含有化学活性剂的冷却润滑剂，能渗透到切削分离处的细小裂缝中，而更有利于工件金属母体和切削的分离，从而使切削力下降。
　　
　　(五)避免积屑瘤的出现
　　积屑瘤的出现和存在虽然会使切削前角增大，切削力由此下降，但因其有存在的不稳定性，当其出现和消失时工件加工尺寸都会有新的变化。这使得加工精度的不稳定。因此，要尽量使其避免出现，以确保加工精度。用硬质合金刀具时要采取高速切削，用高速钢时采取低切削速度以及研磨刀面的有效办法均可避免积屑瘤出现，从而能很好保证加工精度。