数控花键铣铣削过程中切削力的产生原理与影响因素

　　在数控花键铣对轴类、齿轮类工件的铣削加工中，切削力是决定加工精度、刀具寿命与工件表面质量的核心物理量。其产生源于铣削过程中材料变形与机械摩擦的共同作用，而影响切削力的因素则贯穿刀具特性、工件材质与工艺参数全流程，明确这些原理与因素是优化花键铣削工艺的关键前提。
 

　　从切削力的产生原理来看，核心源于两大作用机制：一是工件材料的弹性与塑性变形。当数控花键铣的铣刀齿刃接触工件时，首先会对工件表层材料产生挤压，使材料发生弹性变形；随着铣刀持续进给，挤压力超过材料屈服极限，材料进入塑性变形阶段，最终被刀具齿刃剪切分离，形成切屑。这一 “挤压 - 剪切” 过程中，材料内部分子间的相互作用力会反作用于刀具，形成切削力的主要组成部分 —— 剪切力与挤压力。二是机械摩擦产生的阻力。铣削过程中，刀具前刀面与切屑之间、后刀面与工件已加工表面之间会发生剧烈摩擦：前刀面与切屑的摩擦源于切屑流动时的分子黏附，后刀面与工件的摩擦则因刀具磨损或加工振动导致的非理想接触，这些摩擦阻力会进一步叠加到切削力中，尤其当刀具钝化时，摩擦阻力占比会显著提升，导致总切削力增大。
 

　　在影响因素层面，可从刀具、工件、工艺参数三个维度展开分析。刀具特性方面，首先是刀具材质：高速钢刀具韧性高但硬度较低，铣削时易因摩擦发热导致切削力上升；硬质合金刀具硬度高、耐磨性强，相同工况下切削力通常低于高速钢刀具。其次是刀具几何参数：铣刀前角增大时，切屑变形程度减小，剪切力随之降低；后角增大可减少后刀面与工件的摩擦面积，降低摩擦阻力，但后角过大易导致刀具刚性不足，反而可能因振动使切削力波动。工件材质与状态也直接影响切削力：工件材料硬度越高(如淬火后的合金钢材)，抵抗变形的能力越强，铣削时所需的剪切力与挤压力越大；若工件材料存在内部应力(如铸造后的残余应力)，则可能导致切削过程中材料变形不均匀，使切削力出现瞬时峰值。
 

　　工艺参数的影响则体现在切削用量的选择上。铣削速度方面，在合理范围内提升速度可减少切屑与刀具前刀面的接触时间，降低摩擦阻力，从而使切削力略有下降；但速度过高会导致刀具温度骤升，加速刀具磨损，反而使后期切削力增大。进给量增大时，每齿切削厚度增加，材料变形量随之增大，剪切力显著上升，且易导致切屑堆积，进一步增加摩擦阻力。铣削深度增大则会使刀具参与切削的面积增加，挤压与剪切的材料总量增多，直接导致总切削力成比例上升，同时也会加剧刀具的径向载荷，影响加工稳定性。
 

　　综上，数控花键铣铣削过程中切削力的产生是材料变形与机械摩擦共同作用的结果，而其大小则受刀具特性、工件状态与工艺参数的综合影响。掌握这些规律，可通过优化刀具选择与工艺参数，实现切削力的合理控制，为提升花键铣削精度与效率提供理论支撑。