切削力：機(jī)械加工里看不見(jiàn)的核心作用力

切削力：機(jī)械加工里看不見(jiàn)的核心作用力

在機(jī)械加工中，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)刀具一點(diǎn)點(diǎn)把粗糙的金屬毛坯削成尺寸精準(zhǔn)的零件，整個(gè)過(guò)程背后最核心的影響因素，就是看不見(jiàn)摸不著的切削力。那到底什么是切削力，它又為什么對(duì)加工這么重要呢？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，刀具要切下多余材料，得先迫使材料變形、斷開(kāi)，材料本身會(huì)抵抗變形，同時(shí)切屑、工件還會(huì)和刀具摩擦產(chǎn)生阻力，這些力的總和就是切削力。專(zhuān)業(yè)定義中，金屬切削過(guò)程里，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形成為切屑所需的力，就叫做切削力。切削力的來(lái)源清晰，分為兩部分：一是克服切削層、切屑和工件表面金屬?gòu)椥宰冃?、塑性變形的抗力，二是克服刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。為了方便測(cè)量計(jì)算，人們通常把總切削力分解成三個(gè)互相垂直的分力：占比最大的是主切削力，它消耗了加工過(guò)程95%左右的功率，確定機(jī)床電機(jī)功率、計(jì)算車(chē)刀強(qiáng)度都要靠它，生產(chǎn)中常說(shuō)的切削力一般就指它；還有不消耗功率的背向力，它容易引發(fā)工件變形和振動(dòng)，對(duì)加工精度和表面質(zhì)量影響很大；最后是進(jìn)給力，是設(shè)計(jì)檢驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的核心依據(jù)。

切削力直接影響切削熱產(chǎn)生、刀具磨損速度和耐用度，是影響加工精度、表面質(zhì)量和工藝系統(tǒng)剛度的核心因素，是金屬切削過(guò)程最基本的物理現(xiàn)象之一，對(duì)加工的重要性不言而喻。首先，生產(chǎn)前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)處處離不開(kāi)切削力：設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)要根據(jù)預(yù)計(jì)切削力選擇匹配功率的電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)刀具、機(jī)床結(jié)構(gòu)零件時(shí)也要根據(jù)切削力計(jì)算強(qiáng)度，要是切削力估算偏差太大，要么會(huì)出現(xiàn)電機(jī)過(guò)載跳閘，要么會(huì)出現(xiàn)零件強(qiáng)度不足斷裂，根本沒(méi)法正常生產(chǎn)。其次，切削力直接決定最終零件的加工質(zhì)量：背向切削力過(guò)大會(huì)把工件頂彎，還會(huì)引發(fā)加工振動(dòng)，導(dǎo)致加工出來(lái)的零件尺寸不準(zhǔn)、表面坑洼粗糙，尤其是磨削加工時(shí)，徑向分力比切向力還大，更需要根據(jù)切削力的變化規(guī)律調(diào)整參數(shù)，抵消變形對(duì)精度的影響。除此之外，選擇切削參數(shù)、抑制加工振動(dòng)也離不開(kāi)對(duì)切削力的控制：切削力周期性變化過(guò)大容易引發(fā)自激振動(dòng)，導(dǎo)致加工失敗，生產(chǎn)中往往要通過(guò)調(diào)整切削速度、進(jìn)給量、刀具角度來(lái)控制切削力，保證加工穩(wěn)定。

切削力是機(jī)械加工的核心基礎(chǔ)參數(shù)，從設(shè)備選型到最終質(zhì)量控制，都離不開(kāi)對(duì)它的準(zhǔn)確把控。