切削力是切削過程中刀具和工件之間相互作用的結果, 切削力直（zhí）接影響工（gōng）藝係統的（de）穩定性, 掌握切削（xuē）力的變化規律對分析和解決生產中實際問題具有重要的指導意義。一般情（qíng）況下金屬切削加工常采（cǎi）用切削液對切削加工區域進行冷卻降溫, 但切削液會（huì）產生環境汙染（rǎn）, 因此（cǐ）切（qiē）削液的使用受到越來越多的限製; 常溫幹式切削和低溫冷風降溫切削是一種新興的清（qīng）潔切削加工方法, 有利於改善切削加（jiā）工環境, 符合低碳經濟戰略和綠色製（zhì）造技（jì）術基本要求, 切削加工方式的（de）改變, 勢必會引起一係列的變化, 其中切削力的變化是最直接的。過去人（rén）們多在切削液冷卻降溫條件（jiàn）下進行切削力試驗研究, 用（yòng）正交設計切削試（shì）驗參數[ 1-2] , 但這種試驗設計方法的試驗次數較多, 試驗周期也（yě）較長, 試驗成本較高。在低碳經濟戰略背景下, 減少環境汙染, 已成為社會關心的熱點問題, 研究鈦（tài）合金清潔切削加工（gōng）, 即在常溫（wēn）幹式切削[ 3] 和低溫冷風降溫切削[ 3-4 ] 條（tiáo）件下, 用均勻設計方法[ 5] 設計切削試驗參數, 用較少的試驗次數, 研究較寬的切削參數變化範（fàn）圍內, 切削力與切（qiē）削參（cān）數之間的關係[ 6-8] , 建立切削力多元線性回歸（guī）基（jī）本（běn）模型[ 7-8] , 在多元（yuán）線性回歸基本模型基礎上建立切削力的指數形式經驗公式[ 2, 9 ] ,研究找出常溫幹（gàn）式切削和低溫（wēn）冷風降溫（wēn）切削條件下（xià）切削力的變化規律[ 10] , 對（duì）鈦合金清潔切削加工參數選用具有重要指導意（yì）義。

      1 試（shì）驗條件和方案

      按表1的切削參數, 在- 50 ℃低溫冷風降溫（wēn）和12℃ 常溫無冷（lěng）卻液(幹式)條件下進行車削試驗, 同樣條件切削試驗（yàn）3次, 3次試（shì）驗采集到的數據算數平均作為試驗結果FX, F Y, FZ, 如表2所示。初（chū）步對比分析可以發現, 冷風切削的（de）主切削力FZ 和徑向切削（xuē）力FY 明顯大於幹式切削, 而兩種狀態下軸向（xiàng）切削力FX 沒有明顯（xiǎn）變化。

      2 建立切削（xuē）力經驗（yàn）公（gōng）式

      2．1 切削力（lì）多元線性回歸模型

      線性回歸（guī）分析是根據一個或一組自變量（liàng）的變動情況預測與其相關關係的某（mǒu）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量的多組數據（jù）, 找（zhǎo）出它們之間近似的函數關（guān）係, 采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（jīng）驗公式[ 9] 來表達切削力:

      但這（zhè）種指數形式模（mó）型（xíng）是非線性（xìng）的（de）, 為了便於回歸分析, 應先進行（háng）線性化處理。對式（shì）( 1)兩邊取自然對數得:

      式( 2)為切削力的三元線性回歸基本模型。

      2．2試（shì）驗數據分析（xī）結果（guǒ）

      利用表2數據, 和三元線性回歸模型( 2), 通過（guò）均勻設計軟件5版運算, 三方向切削力經驗公式如下:

      方差分析結果: 低溫冷風車削X 方向切削力回歸模型的F = 62.6334, Y 方向切削（xuē）力回（huí）歸模型的F = 33.5765, Z 方向切削力回歸模型（xíng）的（de）F = 12.6987; 常溫幹式車削X 方（fāng）向切削力回歸模型的F = 143.1835, Y方向切削力回歸模型的F = 20.0948, Z 方向切削力回（huí）歸模型（xíng）的F = 1024.635。若取（qǔ）顯著水平為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（fāng）程的（de）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削條件（jiàn）下切（qiē）削力的變化規律, 繪製了絕對量（liàng）和變化最大的主（zhǔ）切（qiē）削力FZ 的特征圖。

      與（yǔ）切削速度vc、進給量f 之間的（de）特征關係, 圖2 a、b分（fèn）別是常溫幹式車削和低溫冷風車削的特征關係（xì）, 可以發現主切削力的變（biàn）化規律基本相同, 切削速度對（duì）主切（qiē）削力影（yǐng）響很小, 進給量（liàng）對主切削力影響很大, 冷風切削的（de）主切（qiē）削力比（bǐ）幹式切削大。

      圖3是進給量f= 0.18mm / r的切削條件下, 主切（qiē）削力FZ 與切削速度vc、背吃刀量ap 之間的特征關係, 圖3 a、b分別是常溫幹（gàn）式車削和低溫冷風車（chē）削的特征（zhēng）關係（xì）, 可以發（fā）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響很大。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37.478 N; 而幹式切削的主切削力雖然較小, 但（dàn）變化較大, 達114.879 N。這說明低（dī）溫冷風切削背吃刀量的變（biàn）化對主切削力影響比幹式切削（xuē）小, 適宜高速大背吃（chī）刀量切削, 低溫冷風切削主切削力變化較小, 有利於工（gōng）藝係統（tǒng）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（chī）刀量ap 之（zhī）間的特征關係, 圖（tú）4 a、b分別是常溫幹式車削和低溫冷（lěng）風車削的特征關（guān）係, 同樣可以發現冷風（fēng）切削的主切削力比幹式（shì）切削大, 但（dàn）變化範（fàn）圍小。在進（jìn）給量（liàng）較小時（shí）, 冷風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（qiē）削力隨背吃（chī）刀量增（zēng）大而增大。可見冷風（fēng）切削有利於提高精密加工的切削效（xiào）率vcfap 和工藝係（xì）統穩定性。

      在另一研究項目鈦合（hé）金車削粗糙度試驗（yàn）中, 發現低溫冷風車削, 背吃刀量在一定範圍內, 表麵粗糙度隨著背吃刀量的增大而減小（xiǎo）的規律(Ra = 0.053+ 2.892ap + 52.695f2- 4.726a2p ), 在相同切削效率vcfap 的情（qíng）況下（xià）, 低溫冷風車削能（néng）夠（gòu）獲得更（gèng）低的表（biǎo）麵粗糙度。

      3 結 論

      ① 鈦合金（jīn）低溫冷風切削相對於幹式切削, 主切削力（lì）雖然較大（dà）, 但變化範圍較小, 有利（lì）於提高工藝（yì）係統的穩定（dìng）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（huò）得理想的精（jīng）度、表麵質量和切削效率, 可選用（yòng）較高的切削速度, 較大背吃刀量和較小的進給量。從低碳經濟戰略角度出發, 應積極推行低（dī）溫冷風（fēng）切（qiē）削。

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