Pc= Fc vc+Ff vf = Fc vc+Ff f n × 10-3 ≈ Fc vc (W) (3.15)
.计算 Pc主要用于验算机床电机功率 Pm，验算公式： Pm﹥ Pc / hm (3.16)式中： hm --传动效率，新机床取为 0.85，旧机床 0.75。
3.2.3影响切削力的因素影响因素的具体体现就是经验公式中的系数、指数和修正系数。
1.
工件材料的影响强度、硬度 ↗→切削力 ↗塑性、韧性 ↗，硬化严重 →切削力 ↗

2.
切削用量的影响


1）背吃刀量
ap: ap↗→bD(=ap/sinkr) ↗→切削力 ↗（正比）

∴ ap的指数 XF≈1,对 ap不需修正。

2)进给量
f: f↗→hD(=f.sinkr) ↗（正比） →f↗→Lh↘切削力 ↗但不成正比 ∴ f的指数 YF≈0.75～0.9，当 f≠0.3时，需乘以修正系数 Kf。

3）切削速度
vc:主要与变形程度改变有关。 vc≠1.33m/s时，需乘以修正系数 Kv。切脆性材料时， F基本不变。指数 ZF≈0

.切削用量三要素对切削力的影响程度： ap影响最大， f其次， vc影响最小。


3.刀具几何参数的影响（对各分力影响不同，需分别修正）
1）前角
go: go↗→f↗→Lh ↘→切削力 ↘切脆性材料如铸铁、青铜时，切削力基本不变。 go ≠15O时，需乘以修正系数 KgFc、KgFp、KgFf。

2）负倒棱
bg:可以在增大前角的同时，兼顾刀刃的强度。 bg /f↗→切削力 ↗ bg≠0时，需乘以修正系数 KbgFc、KbgFp、KbgFf。

3）主偏角
Kr:
对 Fc影响不超过 10%, Kr=60～75时， Fc最小；
对两个水平分力影响大 Fp↓≈ FD CosKr↑ Ff↑≈ FD sinKr↑
Kr ≠75O时，需乘以修正系数 KKFc、KKFp、KKFf。


4)刀尖圆弧半径
re: re ↗ →平均 Kr↘→Fp↗， Ff↘ re≠0.25时，需乘以修正系数 KrFc、KrFp、KrFf。


5）刃倾角
ls：
ls↗→Fc基本不变， Fp↘，Ff ↗ ls≠0o时，需乘以修正系数 KlFc、KlFp、KlFf。4.刀具材料的影响：
影响刀具 -工件间的摩擦系数。 m：高速钢＞硬质合金＞涂层刀具＞陶瓷＞ CBN



5.
切削液的影响：润滑作用越强，切削力越小（低速显著）。


6.後刀面磨损量
VB: VB ↗→Fc、Fp、Ff均↗， Fp最显著。
VB＞0时，需乘以修正系数 KVBFc、KVBFp、KVBFf。
§3.3切削热和切削温度
切削过程中温度的变化对切削过程、刀具磨损、加工精度、表面质量等均有重要影响。



3.3.1切削热的产生和传出

1.
产生：切削力做功转变成热能。
三个变形区就是三个热源。生热率： Q≈Pc≈Fcvc (J/S)


2.传出：
Q =Q屑 +Q刀 +Q工+Q介
车外圆： Q屑＞ 80%， Q刀＜ 10%， Q工＜ 10%， Q介≈1%
钻孔： Q屑 ≈ 28%， Q刀 ≈ 14.5%， Q工≈ 52.5%， Q介≈5%
热量的传递使各部分温度 q升高。如：
q屑↗有利于减小切削力但不利于断屑；
q刀过高过低都不好（各种刀具材料都有其适宜工作温度范围）；
q工↗使工件产生热变形，从而影响加工精度； ……



.以上分析意在说明：影响切削过程的直接原因不是产生热量的多少，而是各处温度的高低。

3.3.2切削区的温度分布由图 3.24可知：

1
）切削区内各处温度不同（形成温度场）；


2
）材料经过剪切面时，温度基本一致，经过前、後刀面时，接触面上的温度迅速升高；


3
）最高温度区是在离刃口一段距离的前刀面上；


4
）刀刃切过时，已加工表面受到一次热冲击。


.常用的测温方法有：


●红外胶片照相法：测温度场；


●人工热电偶法：测各点温度（温度场）；

●自然热电偶法：测刀 -工接触区内的 "平均温度 "，即通常所说的切削温度。该方法可以用来研究：


3.3.3影响切削温度的主要因素切削区内温度的升高，是受到热量的产生和传出双重影响的动态平衡过程。其主要影响因素有：
1.切削用量：经验公式为 (3.20)
.式（ 3.20）表明，切削用量三要素对切削温度的影响： vc影响最大， f其次， ap影响最小。
2.刀具几何参数：
1）前角：
go↗→f↗→Lh↘→ Q↘→ q↘但 go＞18o～20o时， go↗→楔角 bo↘→散热慢， q↘不显著

2）主偏角：
kr ↘ → bD(= ap/ sinkr) ↗(影响小 ), hD(= f sinkr) ↘ (影响大 )→q ↘其它参数影响不大。


3.
工件材料：

4.
刀具磨损：後刀面磨损量 VB ↗→q ↗达到一定值后升温剧烈。

5.
切削液：降温效果与液温、导热率、比热、流量、粘度、浇注方式等有关。 §3.4刀具磨损、破损与使用寿命


.切削金属时，刀具本身也会发生磨损或破损。这对加工质量、刀具使用寿命、生产率、经济效益等均有影响。此项研究对正确设计、使用刀具及正确选择切削用量也具有重要意义。（本节重点是讨论磨损。）
3.4.1磨损形式
1.
前刀面月牙洼磨损 :vc较高、 hD较大、切塑性金属时发生 ,衡量指标： KT；

2.后刀面磨损
:衡量指标： VB；

3.
边界磨损

3.
4.2磨损原因

1.
磨料磨损
是低速切削刀具（拉刀、丝锥、板牙等）磨损的主要原因
工件材料内的硬质点：高硬度金属碳化物、氮化物、氧化物等。


2.
粘结磨损（冷焊磨损）
中速切削时最严重，与刀 -工化学成分、刃磨质量有关。


3.
扩散磨损
在紧密接触的表面之间原子会从密度较大的一方扩散到密度较小的一方；扩散速度随切削温度升高而按指数规律增加（详见 P91）；
加入 TiC可以减缓扩散速度。扩散结果使表层的耐磨性降低，从而加速磨损。


4.
化学磨损原因有二：



1
）高温下氧化；


2
）切削液使用不当（极性添加剂中 S、Cl的腐蚀作用）。
化学磨损在边界处最严重。



3.4.3磨损过程及磨钝标准

1.
刀具的磨损过程三阶段（如图）
研磨可减缓初期磨损。


2.刀具的磨钝标准
-所允许的刀具最大磨损限度（多用 VB）。



● ISO规定了刀具的实验室磨钝标准；


●生产中应根据刀具种类、加工要求、切削条件合理确定磨钝标准（查有关手册）。如：
粗加工应以正常磨损阶段终点处的 VB；
精加工、切难加工材料时 VB应小些；
自动化加工应以刀具径向磨损量 NB作为磨钝标准（如图）。



3.4.4刀具使用寿命及其与切削用量的关系
1.
刀具使用寿命（刀具耐用度） T--刃磨后的刀具达到磨钝标准所需的总切削时间。 T是间接反映刀具是否达到磨钝标准的量（在固定条件下）；刀具总寿命 =T×可刃磨次数刀具使用寿命也可用刀具刃磨一次可切削的总路程 Lm衡量： Lm = vc.T

2. T与切削用量的关系（可通过切削实验求得）


1）T-vc经验公式（泰勒公式）： vc Tm=Co (3.21)式中： Co-与刀具、工件材料等切削条件有关的常数； m-指数 (即图中直线的斜率 )。刀具材料：高速钢硬质合金陶瓷 m值： 0.1~0.125 0.2~0.3 0.2~0.4

●m值越大，说明该刀具材料耐热性能越好。

●式（ 3.21）反映了 vc对 T的影响程度（一般很大）。例：用 YT15车刀切中碳钢， m=0.2，当 v1=100m/min时， T1=160min ,则当 v2=122m/min时，∵ v1T1m= v2T2m = Co ∴ T2=(v1/v2)1/m.T1=(100/122)1/0.2×160≈60min当 v3=200m/min时， T3=(v1/v3)1/m.T1=(100/200)5×160≈5min --结论： vc提高一点，则 T显著下降。

2) f、ap与 T的关系：
综合式（ 3.21~23），可得 T与切削用量的一般关系式：
用硬质合金切中碳钢时： x =5 y =2.25 z =0.75
--三要素对 T的影响程度： vc最大， f其次， ap最小。这一规律与切削温度有关。



3.4.5刀具的破损
●磨损是连续的、渐进的发展过程；脆性破损（如崩刃、掉尖、片状剥落、刀片碎裂或刀具折断等）主要发生在硬质合金、陶瓷等脆性刀具材料，具有突发性，属随机事件；塑性破损（如塑性变形、卷刃等）则主要是当切削用量选择不当时高速钢刀具的损坏形式。

.在自动化加工中，脆性破损如不能及时发现，将会导致严重后果，所以日益受到重视。


1.刀具破损的主要形式及原因
（1）工具钢和高速钢刀具：

1）烧刀
-由于切削速度过高，使切削温度超过了刀具材料的相变温度而退火，丧失切削能力。

2）卷刃
-由于刀具硬度低而工件整体或局部硬度高导致的刀刃塑性变形。

3）折断
-由于刀具设计、使用不当或负荷过重所致，常见于钻头、丝锥、拉刀、立铣刀等。

（2）硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具：

1）崩刃
-由于前角过大、刃磨质量差、断续切削、振动、工件余量不均匀、有硬皮、切屑撞击等原因引起的刃口崩落。

2）掉尖或刀片断裂
-由于刀具材料有缺陷、裂纹扩展、后角过大、切削用量过大、冲击载荷过大、操作不当等原因造成。

3）片状剥落
-主要与切屑与刀具间的粘结有关，多见于断续切削。

4）微裂纹
-分为机械疲劳裂纹（平行于刀刃）和热烈纹（垂直于刀刃），主要与焊接应力、交变载荷、受热不均匀等有关。


2.
刀具破损寿命的分布规律刀具破损寿命 N-刀具从开始使用，到发生破损不能使用为止所承受的冲击载荷数。破损虽是随机现象，却并非无规律可循。大量实验研究表明：硬质合金和陶瓷刀具断续切削条件下的破损寿命接近威布尔分布（详见 p94）。只要确定了分布规律，就可以在破损大概率发生之前换刀。

3.
刀具破损的防止措施


1
）合理选择刀具材料（选强度高、韧性好的）；

2
）合理确定刀具几何参数（提高刀尖、刀刃的强度）；

3
）合理选择切削用量（避免超负荷）；

4
）提高刀具焊接和刃磨质量以减少微裂纹；

5
）减少冲击、避免振动。


3.4.5刀具磨损、破损的检测与监控
●这对于自动化加工十分重要，是保证顺利加工的前提。常用方法有：
1.
常规方法磨损：记录每把刀具实际切削时间，达到规定耐用度值后发出信号换刀。破损：离线检测刀具是否破损及破损程度以决定是否换刀。

2.
切削力（或切削功率）检测法由测力传感器（安装在主轴前轴承上或刀杆上）在线测量切削力，其增大值反映刀具磨损程度，其突变反映破损。（需通过实验确定磨损与破损的 "阈值 "）


3）声发射检测法利用切削过程中声发射信号的大小和阶跃突变判断磨损程度和是否破损。其装置如 p96图 3.30所示。 §3.6磨削原理磨削是精加工的主要手段，可加工多种材料，包括淬火钢、合金钢、硬质合金、陶瓷、非金属等难加工材料；可加工多种表面，包括螺纹、齿面、花键、各种成形面等。其特点是精度高，可达 IT6~IT5甚至更高；粗糙度小，可达 Ra0.32~0.04甚至更小。发达国家磨床可占到机床总数的 30~40%，轴承业高达 60%。磨削也可用于粗加工，一些高效磨削的金属去除率已超过了切削。