切削力是切削過（guò）程中刀具和工件之間相互作用的結果, 切削力直接影響工藝（yì）係統的穩定性, 掌握切削（xuē）力的變化規（guī）律（lǜ）對分析和解決生產中實際問（wèn）題具有重要的指導意義。一般（bān）情況下金屬切削加工常采用切削液對切削加工（gōng）區（qū）域進行冷卻降溫（wēn）, 但切削液會產生環境汙染, 因（yīn）此切削液的（de）使用受到越來越多（duō）的限製; 常溫幹（gàn）式切削和低溫（wēn）冷風降（jiàng）溫切削是一種新（xīn）興的清潔切削加（jiā）工（gōng）方法, 有利於改善切削加工環境, 符合低碳（tàn）經濟戰略和綠色製造技術基本要求（qiú）, 切削加工方式的（de）改變, 勢必會引起一係列的變化, 其中切削力的變（biàn）化是最直接的。過（guò）去人們多在切削液冷卻降溫條件下進行切削力試驗研究, 用正交設計切削試驗參（cān）數[ 1-2] , 但這種試驗設（shè）計方法的試驗次數較多, 試驗（yàn）周期也較長, 試（shì）驗成本較高。在低碳經濟戰略背景下, 減少環境汙（wū）染（rǎn）, 已成為社會（huì）關（guān）心的熱點問題, 研究鈦合金清潔切削加工, 即在常（cháng）溫幹式切削[ 3] 和低溫冷（lěng）風降（jiàng）溫切削（xuē）[ 3-4 ] 條件下, 用均勻設計方法[ 5] 設計切削試驗參數, 用較少的試（shì）驗次數, 研究較寬的切削參數變化範圍內, 切削力（lì）與切削參數（shù）之間的關係[ 6-8] , 建立（lì）切削力多元線性回歸基本模型[ 7-8] , 在多元（yuán）線性回歸基本模型基礎上建立切（qiē）削力（lì）的指數形式經驗公式[ 2, 9 ] ,研究找（zhǎo）出常溫幹式切削和低溫（wēn）冷風降溫（wēn）切削條件下切削力的變化規律[ 10] , 對鈦合金清（qīng）潔切削加工參數選用具有重要指導意義。

      1 試驗條件和方案

      按表1的切削參數, 在- 50 ℃低溫冷風降溫和12℃ 常溫（wēn）無冷卻液(幹（gàn）式)條件（jiàn）下進行車削試驗, 同樣條件切削試驗3次, 3次試（shì）驗（yàn）采集到（dào）的數據算數（shù）平均作為試驗結果（guǒ）FX, F Y, FZ, 如表（biǎo）2所示。初（chū）步對比分析可以發現, 冷風切削的主切削（xuē）力FZ 和徑向切削（xuē）力（lì）FY 明顯大（dà）於幹式切削, 而兩（liǎng）種狀態下軸向切削力FX 沒有明顯變化。

      2 建立切削（xuē）力經（jīng）驗公式

      2．1 切削力多元線性回歸（guī）模（mó）型

      線性回歸分析是（shì）根據一個或（huò）一組自變量的變動情況預測與其相關（guān）關係的某隨機變量的未來值的一種方法, 其數學原（yuán）理是最小（xiǎo）二（èr）乘法和數理統計。常需要根（gēn）據實際測（cè）得的多個變量的多組數據, 找出它們之間近似的函數關係, 采（cǎi）用線性回歸分析方法來建立經驗公式。

      通常情況下人們習慣用指數形式經驗公（gōng）式[ 9] 來表達切削力:

      但這種指數形式模型是非線性的, 為（wéi）了便於回歸分（fèn）析, 應先進行線性化處理。對式( 1)兩邊取（qǔ）自然對數得:

      式( 2)為切削力的三元（yuán）線性回歸基本模型。

      2．2試驗數據分析結果

      利用表2數據, 和（hé）三元線性（xìng）回歸模型( 2), 通（tōng）過均勻設計軟件（jiàn）5版運算, 三方向切削力（lì）經驗公式如下:

      方（fāng）差分析結果: 低溫冷風車削X 方向切削力（lì）回歸模（mó）型的F = 62.6334, Y 方向切削力回（huí）歸模型的F = 33.5765, Z 方向切削力回歸模型（xíng）的F = 12.6987; 常溫幹（gàn）式車（chē）削X 方向切削（xuē）力回歸（guī）模型（xíng）的（de）F = 143.1835, Y方向切削（xuē）力回歸模型的F = 20.0948, Z 方向切削力回歸模（mó）型的F = 1024.635。若取（qǔ）顯（xiǎn）著水平為σ= 0.05, 查F 分布表有f0.05 ( 3, 9) = 3.863, 可見兩（liǎng）種切削條件下三個方向切削力回歸方程的線性關係都高度顯著。

      2.3 切削力對比分析

      為了便於比較兩種切（qiē）削條（tiáo）件下切削力（lì）的變化規律, 繪製了絕對量和變化最大的主切削力（lì）FZ 的特征圖。

      與切削速度vc、進（jìn）給量f 之間的特征關係, 圖2 a、b分（fèn）別（bié）是（shì）常溫幹式車削和低（dī）溫冷風車削的（de）特征關係, 可以發現主切削力的（de）變化規律基本相同（tóng）, 切削速度對主切削力影響很小, 進給量（liàng）對主切削力影響（xiǎng）很大（dà）, 冷風切削的主切削力比幹（gàn）式切削大。

      圖3是進給量f= 0.18mm / r的切削條件下, 主（zhǔ）切削力FZ 與切削（xuē）速度vc、背吃刀量ap 之（zhī）間的（de）特（tè）征關係, 圖3 a、b分別是常溫幹式車削和（hé）低溫冷風（fēng）車削的特征關係, 可以發現變化趨勢基本（běn）相同, 切削速度對主切削力影響很小, 背吃刀量對主切（qiē）削力影響（xiǎng）很大。在試驗參數範圍內, 冷風切削的主切削力比幹式切削大,但變化較小, 僅（jǐn）37.478 N; 而幹式（shì）切削的主切削力雖然（rán）較小, 但變化較大, 達114.879 N。這說明低溫冷風切削背（bèi）吃刀量的變化對主切削力影響比幹式切（qiē）削小, 適宜高速大背吃刀量切削, 低溫冷風切削主切削力變化較小, 有利於工藝係統的穩定, 適宜精密加工（gōng）。

      圖4是切削速（sù）度vc = 97m /m in的切削條件下, 主切削（xuē）力FZ 與切削速度vc、背吃（chī）刀量ap 之間的特征關係, 圖4 a、b分別是常溫幹式車削和低（dī）溫冷風車削的特征關係, 同樣可以發現冷風切削的主切削力比幹式切削大, 但變化範圍小。在進給量較小時, 冷風（fēng）切削的主切削力隨背吃刀量增大而減小, 而（ér）幹式切削的主切削力隨背吃刀量增大而增大。可見冷風（fēng）切削有利（lì）於提高精密加（jiā）工的切削效率vcfap 和工藝係統穩定（dìng）性。

      在另一研究項目鈦合金車削粗糙度試驗中, 發現（xiàn）低溫冷風車削, 背吃刀量（liàng）在一定範圍內, 表麵粗糙度隨著（zhe）背吃刀量的增大（dà）而減小的（de）規律(Ra = 0.053+ 2.892ap + 52.695f2- 4.726a2p ), 在相同切削效（xiào）率vcfap 的情（qíng）況下, 低溫冷風（fēng）車削（xuē）能夠獲得更低的表（biǎo）麵粗（cū）糙度。

      3 結 論

      ① 鈦合金低溫冷風切削相對於幹式切削, 主切削力雖然較大, 但變（biàn）化範圍較小, 有利於提高工藝係統（tǒng）的穩定性, 適（shì）宜精密加工。

      ②鈦合金低溫冷（lěng）風精密加工, 為（wéi）了減小（xiǎo）主切削（xuē）力, 獲得理想的精（jīng）度、表麵質量和切削效率, 可選用較高（gāo）的切削速度, 較大背吃刀量和較小的進給量。從低碳（tàn）經濟戰略角度出（chū）發, 應積極推行低溫冷風切削（xuē）。

      ③利用線性回歸分析建立的適用於鈦合金切削力的經驗公式（shì）, 經過F 顯著性檢驗後發現建立的（de）經驗公式線性高度顯著。