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切削力 教学目的：金属切削加工中二维和三维切削力问题，二维 是基础，实际问题的重点是三维切削，而且到目前为止有 相当多的问题没有得到圆满的解答。 一、切削方式。二维切削和三维切削异同。 二、剪切面切削模型。变形系数、剪应变和剪切角的关系 研究；切削时的切削速度关系；切削形成时的能量 消耗 三、切削方程式。通过对麦钱特切削方程式与李-谢弗切方 程式分析得出哪些规律？其他几种切削方程式的分析 得出新的结论。切削方程式的一般形式说明了什么？ 四、切削力理论公式和经验公式。切削力理论公式推导原 理；用切削力理论公式分析工件材料、切削用量、刀 具几何参数对切削力的影响；切削力经验公式获取方 式；用切削力经验公式分析工件材料、切削用量、刀 具几何参数对切削力的影响； 五、三维切削。单刃的三维切削和双刃的三维切削的特点； 六、举例。金属切削过程中关于切削力学研究成果，如切削 力理论研究、切削力的实验研究，切削力仿真预测研究 切削力的有限元模拟研究等 切削力 ▲切削力的来源 Ⅰ 3个变形区所产生的弹塑性变形的抗力 Ⅱ 切屑、工件与刀具间摩擦力 切削力 切削力 切削合力以及分解 通常将合力Fr分解为相互垂直的三个分力： 切削力Fz (Fc） 进给力Fx（Ff） 背向力Fy（Fp） 切削力 切削力的分解 切削力 切削力 切削分力的作用-Fy 切削力 切削分力的作用-Fx 切削力 切削方式 切削方式主要有两种： 二维切削 三维切削 切削方式 二维切削： 二维切削或正交切削，刀刃与切削运动方向相垂 直，如铇削过程，此时切削厚度沿刀刃方向是相 同的，当切削宽度远大于切削厚度时，中间部分 均处于平面应变状态 切削方式 三维切削 三维切削时，刀刃不与切削运动方向相垂直，或主、 副刀刃同时参加切削或刀刃不呈直线形。三维切削 的复杂性使得对于具有前、后角刀具的切削本质难 于理解。目前为止，关于 三维切削理论的研究工作 远远没有完成。 剪切面切削模型 剪切面切削模型 切削变形系数：在切削过程中，刀具切下的切屑厚 度通常都大于工件切削层厚度，而切屑长度却小于 切削层长度，切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度 变形系数，而切削层长度与切屑长度之比称为长度 变形系数。 剪切面切削模型 剪应变和剪切角的关系研究 剪切面切削模型 切削时的切削速度关系 剪切面切削模型 同样，由连续条件 剪切面切削模型 切屑形成时的能量消耗 切削时的能量消耗： （1）剪切面上的剪切能； （2）前刀面上的摩擦能； （3）在切削中形成的新表面的表面能； （4）材料通过剪切面时，运动量发生变化的能量 切削方程式 在直角自由切削下，作用在切屑上的力有（如图）：刀对屑的法向力Fn和 摩擦力Ff ，其合力为Fr ，又称切屑形成力。剪切面上的剪切力Fs及法向 力Fns ，其合力为Fr′。两合力应平衡（如图）。各力间的关系见图。其 中， Fn和Fr 的夹角为摩擦角β， Fr与切削运动方向之间的夹角为作用角 ω。 Fc （ Fz ）为切削运动方向的切削分力， Fp （ Fy ）为和切削方 向垂直的切削分力。 切削方程式 切削方程式 摩擦角对切削分力Fc、Fp影响： 切削方程式 麦钱特（M.E.Merchant）切削方程式 由前面两图可知， Fr是前刀面上Fn和Ff 的合力是 与主应力方向相关；剪切力Fs是在最大剪应力方 向，它们之间的夹角为（φ+β