竹竿研究室

正交切削二維模型是個假設的理想切削狀況，

可用來描述切削過程，工件、切屑、刀具幾何與受力情形。

在此理想的切削行為下，共有下列 9 個假設條件 :

1. 刀具為鋒利且不與間隙面接觸

2. 剪切面是從切削刃上延伸的平面

3. 刀具與切屑維持正交關係

4. 切屑流動僅在二維方向

5. 未變形切屑厚度為定值

6. 刀具比工件寬

7. 切削時的進給速度均一

8. 為連續型切屑且無刃口積屑

9. 切削力穩定

所以切削行為可以靜力學來分析，

可將切削過程視為穩態(Steady state)

以下為一個典型的正交切削模型圖 :

圖中描述了刀具、工件、切屑的相關位置以及切削的基礎幾何。

並繪製一立體圖如下所示 : 

而力圓圖更可直接與正交切削模型圖畫在一起，

能更直觀了解各力的產生來源與對應方向。

關於畫圖步驟 :

1. 畫出工件、刀具、切屑與圓的相關位置

2. 定義出斜角(Rank angle(a))、剪切面(Shear plane)

3. 畫出水平力(Fc)、垂直力(Ft)

4. 延刀具畫出摩擦力(Ff)，對應垂直畫出正向力(Fn)

5. 延剪切面畫出剪力(Fs)，對應垂直畫出正向力(Fns)

在切削實驗時，於虎鉗或治具上架動力計量測的力，

實際上是在量刀具與工件接觸位置水平(Fc)與垂直(Ft)的力，

此兩力更是推導刀面與剪切面上受力情形的重要之力 !!

3個重要的角度 :

a : 斜角 (Rank angle)

b : 摩擦角 (Friction angle)

f : 剪切角 (Shear angle)

在正交切削模型裡主要探討的即是以下6種力 :

1. Fc: Cutting force. (Tangential force)

2. Ft: Thrust force. (Feed force)

3. Ff: Tangent friction at tool surface.

4. Fn: Normal friction at tool surface.

5. Fs: Tangent friction on shear plane.

6. Fns: Normal friction on shear plane.

實際上還有第7個力 : 合力(FR)

透過量測到的 Fc 與 Ft 兩力，

就可透過三角函數關係來推導算出其它4個力。

以下各別繪圖說明之 : 

1. Ff: Tangent friction at tool surface.

 #

2. Fn: Normal friction at tool surface.

 #

3. Fs: Tangent friction on shear plane.

#

4. Fns: Normal friction on shear plane.

#

以上就是正交切削過程中所會需要求得的4個分力，

皆可透過 Fc 與 Ft 的表示式描述之。

一個該注意的點在於 : 

求 Fs 與 Fn 時上方皆有畫延伸的輔助線，

然而此兩線是不平行的 !!

或者說 Fs 與 Fn 是不平行的，

當然也有此兩力平行的可能，不過現實切削過程中是不會發生的。

以上透過力圖與公式解釋正交切削模型力圖，

希望對你有幫助 !

如果需要引用的話也請註明出處哦，感謝 。

ps. 幸好我以前上課有把它們都整理好......

關於切削的知識還蠻多的，以後再分類寫~