什么是切削力？

切削力是切削刀具對材料進行加工時受到的阻力。根據以CNC數控機床為主的制造機器所使用的切削工藝（例如車削、銑削和鉆削等），切削力的方向和幅度各不相同。（參考下方圖所示的車削中的切削力）。對該等高動態的切削力進行測量和分析，有助于優化切削工藝。

▲如圖示所示，車削時產生正交力分量Fc、Ff和Fp。圖中也顯示了向量和力分量Fa和合力R。

如何測量切削力？

測量加工工藝中的切削力可采用多種技術，其中，測力計是最有效、最可靠的工具。部分測力計可基于壓電效應進行測量。但是，使用適合的力傳感器或內置于加工刀具零部件中的載荷單元（例如應變計和壓電式傳感器），也可以定制集成解決方案。用于切削力測量的壓電式測力計主要有三種：靜態三分量測力計，靜態六分量測力計，以及旋轉四分量測力計。

▲切屑形成時（例如在車削過程中）會產生高切削力。高速和高強度變形則會產生很大的力和熱量。

為什么測量切削力？切削力測量結果有何用途？

在切削工藝中，刀具承受很高的機械、熱量和化學壓力，影響切削表現和刀具壽命。如今，金屬切削仍是最重要的加工工藝，是制造各種技術產品的基礎。除可信賴的品質外，制成品還應兼具成本效益。因此，業界對切削工藝的要求不斷提高。對切削工藝的深入了解是滿足這些要求的必要條件。切削工藝中，關鍵指標包括作用力和作用扭矩。

開發新刀具時，更應了解其表現，奇石樂Kistler切削工藝中會產生哪些切削力？刀具在不同條件下的表現如何（工藝穩定性）？如何設計刀具才能避免峰值力（服務壽命）并且保證加工工藝的快速、高效運行？

▲使用奇石樂91129AA測力計測量切削力。壓電式測力計能夠提供與實際工藝有關的寶貴信息，是實現可靠、高效、可復現制造工藝的基礎。

只有保證刀具開發過程中的精準測量，才能實現工藝可靠性，避免出現殘次品。例如，銑削鐘表外殼時，制表商需確保加工工藝能夠在持續接觸的條件下順利、穩定進行，并且刀具不會過度應力。

將切削力/扭矩測量應用于CNC數控機床的先進編程中，構建智能加工策略，這種方式正得到日益廣泛的應用。切削力信號可通過多種方式連接到機床，用于改善切削工藝，提高可追溯性，確保可持續加工運行。

因此，分析刀具磨損情況（即測量和分析刀具的機械載荷）是實現以下幾個目標的基礎：

■ 改進切削工藝

■ 改良切削刀具（幾何形狀，涂裝）

■ 改進輔助設備（例如冷卻液）

■ 確定機床結構和零部件尺寸

■ 驗證工藝模型和模擬

■ 將被測力納入車床控制系統，開展智能編程

為實現上述目標，需要：

■ 測量和分析塑性加工工藝中的施加力

■ 識別特征常量，即與機械加工性有關的特定力

■ 提供與工藝進給能量有關的信息

■ 在數控（NC）機床中使用先進的編程命令，例如同步動作等

壓電式測力計廣泛應用于學術和工業研發中，用以測量、分析和優化加工工藝。