切削深度對(duì)切削力的影響是怎樣的？

來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2024-09-30

1.切削力與切削深度的理論關(guān)系

根據(jù)切削力的經(jīng)驗(yàn)公式\(F_{c}=C_{F_{c}}a_{p}^{x_{F_{c}}}f^{y_{F_{c}}}v^{z_{F_{c}}}\)（其中\(zhòng)(F_{c}\)為主切削力，\(a_{p}\)為切削深度，\(f\)為進(jìn)給量，\(v\)為切削速度，\(C_{F_{c}}\)、\(x_{F_{c}}\)、\(y_{F_{c}}\)、\(z_{F_{c}}\)為與刀具、工件材料相關(guān)的系數(shù)），在這個(gè)公式中，切削深度\(a_{p}\)的指數(shù)\(x_{F_{c}}\)通常是一個(gè)接近\(1\)的值（對(duì)于不同的加工方式和刀具 - 工件材料組合，\(x_{F_{c}}\)的取值范圍大致在\(0.9 - 1.1\)之間）。這表明切削深度與切削力之間近似呈線性關(guān)系，切削深度的增加會(huì)直接導(dǎo)致切削力的明顯增大。

2.切削深度增加對(duì)切削力各分力的影響

主切削力\(F_{c}\)

主切削力是切削力在切削速度方向上的分力，它是切削過(guò)程中較為主要的力。當(dāng)切削深度增加時(shí)，主切削力\(F_{c}\)會(huì)近似按照上述公式中的線性關(guān)系增大。例如，在車削加工中，當(dāng)切削深度從\(1mm\)增加到\(3mm\)時(shí)，如果其他切削參數(shù)（如進(jìn)給量和切削速度）保持不變，主切削力可能會(huì)增加兩倍左右。這是因?yàn)榍邢魃疃鹊脑黾右馕吨邢魅星谐墓ぜ牧蠙M截面積增大，需要克服更大的材料變形阻力，從而導(dǎo)致主切削力增大。

背向力\(F_{p}\)

背向力是切削力在垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向且垂直于切削深度方向上的分力。切削深度的增加也會(huì)使背向力增大，雖然背向力與切削深度之間的關(guān)系不像主切削力那樣近似線性，但仍然呈正相關(guān)。隨著切削深度的增加，切削刃對(duì)工件的擠壓和切削作用增強(qiáng)，導(dǎo)致工件在垂直于進(jìn)給方向上的變形和應(yīng)力增大，從而使背向力增大。例如，在銑削加工中，較大的切削深度會(huì)使銑刀對(duì)工件的側(cè)向擠壓作用更明顯，背向力增大，這可能會(huì)影響工件的加工精度，如使銑削后的平面出現(xiàn)凸凹不平的現(xiàn)象。

進(jìn)給力\(F_{f}\)

進(jìn)給力是切削力在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力。切削深度的增加同樣會(huì)引起進(jìn)給力的增大。在切削過(guò)程中，隨著切削深度的增大，刀具與工件之間的摩擦力以及切削刃對(duì)工件材料的剪切力在進(jìn)給方向上的分量都會(huì)增加，從而使進(jìn)給力增大。例如，在鉆削加工中，如果切削深度過(guò)大，進(jìn)給力會(huì)急劇增加，這可能會(huì)導(dǎo)致鉆頭折斷，尤其是在鉆深孔或者加工硬度較高的材料時(shí)。

3. 不同刀具幾何形狀下切削深度對(duì)切削力的影響差異

刀具前角

刀具的前角對(duì)切削力有明顯影響。較大的前角可以減小切削力，在這種情況下，切削深度對(duì)切削力的影響程度會(huì)相對(duì)減小。因?yàn)檩^大的前角使刀具更容易切入工件，切削刃對(duì)工件材料的擠壓和剪切作用相對(duì)較弱。例如，在車削加工中，當(dāng)?shù)毒咔敖菑腬(10^{\circ}\)增大到\(20^{\circ}\)時(shí)，在相同切削深度增加量的情況下，切削力的增加幅度會(huì)比前角較小時(shí)小一些。

刀具后角

刀具后角主要影響刀具后面與工件已加工表面之間的摩擦。較小的后角會(huì)使刀具后面與工件的摩擦增大，當(dāng)切削深度增加時(shí)，這種摩擦對(duì)切削力的影響也會(huì)增加。例如，在銑削加工中，如果刀具后角較小，隨著切削深度的增加，刀具后面與工件已加工表面之間的摩擦力增大，這會(huì)進(jìn)一步增大切削力，并且可能會(huì)加速刀具的磨損。

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