切（qiē）削力是切削過（guò）程中刀具和工件之間相互作用的（de）結（jié）果, 切削力直接影響（xiǎng）工藝係統的穩定性, 掌握切削力的變（biàn）化規律對分析和解決生產中實際問（wèn）題具有重要（yào）的指導（dǎo）意義。一般情況下金屬切削加（jiā）工常采用切削液對切削加工（gōng）區域進行冷卻降（jiàng）溫, 但切（qiē）削液會產生環境汙染, 因此切削液的使（shǐ）用受到越來越多的限製; 常溫幹式切削和（hé）低溫冷風降溫切削是一種新興的（de）清潔切削加工方法, 有利於改善切削加工環境, 符合低碳經濟戰略和綠色製（zhì）造技術基本要求, 切削加（jiā）工方式的改變, 勢必（bì）會（huì）引起一係列的變化, 其中切削力的變化（huà）是最直接的。過去人們多在切（qiē）削液冷卻降溫（wēn）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（zhǒng）試（shì）驗設計方法（fǎ）的試驗次數較多（duō）, 試驗周（zhōu）期也（yě）較長, 試驗成本較高。在低（dī）碳經濟戰略背景下, 減少環（huán）境汙染, 已成為社會關心的熱點問題, 研究鈦合金清潔切削加工, 即在常溫（wēn）幹式（shì）切削[ 3] 和低（dī）溫冷風降溫切削[ 3-4 ] 條件下, 用均勻設計方法[ 5] 設計（jì）切削試驗參（cān）數（shù）, 用（yòng）較少的試（shì）驗次數, 研究較寬（kuān）的切削（xuē）參數變化範圍內, 切削力與切削參數之間的關（guān）係[ 6-8] , 建立切（qiē）削力（lì）多元線性（xìng）回歸基本模型[ 7-8] , 在多（duō）元線性回（huí）歸基本模型基礎上建（jiàn）立切削力的指數形式經驗公式[ 2, 9 ] ,研究找出（chū）常溫（wēn）幹式切削（xuē）和低溫冷風（fēng）降溫切削條件下切削力的變化規（guī）律[ 10] , 對鈦合金清潔切削加工參數選用具有重要指導（dǎo）意義。

      1 試驗條件和方案

      按表1的切（qiē）削參數, 在- 50 ℃低溫冷（lěng）風降（jiàng）溫和12℃ 常溫無冷卻液(幹（gàn）式)條件下進行車削試驗（yàn）, 同樣條件切（qiē）削試驗3次, 3次試驗采集到的數據算數平均作為試驗結果FX, F Y, FZ, 如表2所（suǒ）示。初步對（duì）比分析可以發（fā）現, 冷風切削的主切削力FZ 和徑向切（qiē）削力FY 明顯大（dà）於幹式切削, 而兩種狀態下軸向（xiàng）切削（xuē）力FX 沒（méi）有明顯變化。

      2 建立切削力經驗（yàn）公式

      2．1 切削力（lì）多元（yuán）線性回（huí）歸模型

      線性回歸分析（xī）是根據一個或一組自變量的變動情況預測與其相關關係的某隨機變量的未來值的一種方法, 其數學原理是最小二乘法和數理統計。常需要根據實際測得的多個變（biàn）量的多組數據, 找出它（tā）們之間近似（sì）的函數關係, 采用線性回歸分（fèn）析方法來建立經驗（yàn）公式。

      通常情況下人們習慣用指數形式經驗公式[ 9] 來表達切削力:

      但這種指數形式（shì）模型是非線性的, 為（wéi）了便於回歸分析, 應先進行線性化處理。對式( 1)兩邊取（qǔ）自然（rán）對（duì）數得:

      式( 2)為切削力的三元線性回歸基本模型。

      2．2試驗數據分析結果

      利用表2數據, 和三元線性回歸（guī）模型( 2), 通過均勻設計軟件5版運算, 三（sān）方向切削力經驗公（gōng）式如下:

      方差分析結果: 低溫冷風車削X 方向切（qiē）削力回歸模型的F = 62.6334, Y 方向切削力回歸模型的F = 33.5765, Z 方向切削力回歸模型的F = 12.6987; 常溫幹式車削X 方（fāng）向切削力回歸（guī）模型的F = 143.1835, Y方向切（qiē）削力回歸模型的F = 20.0948, Z 方（fāng）向切削（xuē）力（lì）回歸模型的F = 1024.635。若取顯著水平為（wéi）σ= 0.05, 查F 分布表有f0.05 ( 3, 9) = 3.863, 可見兩種切削條件下三個方向切削力回歸方程的線（xiàn）性關係都（dōu）高度（dù）顯著。

      2.3 切削力對（duì）比分析

      為了便於比較（jiào）兩種切削條件下切削力的變化規律（lǜ）, 繪製了絕對量（liàng）和變化最大的主（zhǔ）切削力FZ 的（de）特征（zhēng）圖。

      與切削速度vc、進給量f 之間的特征關係, 圖2 a、b分別是常溫幹式車削和低溫冷（lěng）風車削的特征關係, 可以（yǐ）發現主切削力的變化規律基本相同, 切削速度對（duì）主切削力影響很小, 進（jìn）給量對主切削力影響很大, 冷風切削的主切削力比（bǐ）幹（gàn）式切削大。

      圖3是進給量f= 0.18mm / r的切削（xuē）條件下, 主切削力FZ 與切削速（sù）度vc、背吃刀（dāo）量（liàng）ap 之間的（de）特征關係, 圖3 a、b分別是常溫幹式車削（xuē）和低溫冷風（fēng）車削的特征關係, 可以發現變化趨勢基本相同, 切削速度對主切削力影響很小, 背吃刀量對主切削力影（yǐng）響很大。在（zài）試驗參數（shù）範圍內, 冷風切削的主切削力比幹式切削（xuē）大,但變化（huà）較小, 僅37.478 N; 而幹式切削的主切削力雖然較小, 但變化較大, 達114.879 N。這說明低溫（wēn）冷風切削背吃刀量的變化對主切削力影響比幹式切削小（xiǎo）, 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。

      圖4是切削速度vc = 97m /m in的（de）切削條件下, 主切削力FZ 與切削速度vc、背吃刀量ap 之（zhī）間的特征關係（xì）, 圖4 a、b分別是常溫幹式車削和低溫冷風（fēng）車（chē）削的特征關係, 同樣可以發現冷風切削的主切（qiē）削力比幹式切削大, 但變化（huà）範（fàn）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, 而幹式切削的主切削力隨背吃（chī）刀量增大而增大。可見冷風切削有利於提高精密（mì）加工的切削效率vcfap 和工藝係統穩定性。

      在另（lìng）一研究項目鈦合金車削粗糙度試（shì）驗中（zhōng）, 發現低溫冷風車削, 背吃刀量在一定範圍內, 表麵粗糙度（dù）隨（suí）著（zhe）背吃刀量的增（zēng）大（dà）而減小的規律(Ra = 0.053+ 2.892ap + 52.695f2- 4.726a2p ), 在相同切削效率vcfap 的情況下, 低溫冷風車削能夠（gòu）獲得更低（dī）的表麵（miàn）粗糙度。

      3 結 論

      ① 鈦合金低溫冷風（fēng）切削相對於幹式（shì）切削（xuē）, 主切削力雖然較大, 但變化範圍較小, 有利於提高工藝係統的穩定性, 適宜（yí）精密加工。

      ②鈦合金低溫冷風精密加工, 為了減小主切削力, 獲得（dé）理想的精度、表麵質量和切削效率, 可選用較（jiào）高的（de）切削速度, 較大背吃刀量和較小的進給（gěi）量。從低碳經（jīng）濟戰（zhàn）略（luè）角度出發, 應積極推行低溫冷風切（qiē）削。

      ③利用線性（xìng）回歸分（fèn）析建立的適用（yòng）於鈦合金切削力的經驗公式, 經過F 顯著性檢驗（yàn）後發（fā）現建立的經驗公式線性高度顯著（zhe）。