由于深孔钻削过程中钻削力随钻削深度的增大而增大，为进行钻削深度优化，首先须建立单次钻削过程中钻削力与钻削深度的定量关系，由此预测不发生断刀的最大钻削深度。在钻削过程中，刀具垂直于工件平面做直线进给运动，在切入过程中，钻头与工件接触后钻头底部横刃首先接触材料，将材料挤压至横刃两侧，由于钻头顶角的影响，切削刃与材料接触的长度逐渐增大，钻削力随之增大；当钻头完全进入工件材料后，钻削进入平稳切削阶段，此时钻头切削刃持续切削，在主轴转速和进给速度不变的情况下，钻头的切削载荷不随钻削深度变化，钻削力在短时间内变化较小。钻头钻入过程如图4.20所示。此后，钻头切削过程去除的材料从切削区沿着钻杆的排屑槽流动，成为切屑，切屑流动过程中与孔壁、排屑槽发生挤压和摩擦作用。切屑在与钻杆的相对运动过程中受到钻杆的作用力，称为排屑力。随着钻削深度的增加，产生的切屑逐渐增多，排屑力增大，因此钻削力逐渐增大。
排屑力与钻杆受到的切屑的作用力是一对平衡力，钻杆能承受的最大力是钻削深度的主要约束条件。在深孔钻削过程中，钻削力包括剪切力分量和排屑力分量。其中，在钻削过程中除切入过程外，对于给定的主轴转速和进给速度，切削载荷是恒定的，因此剪切力在钻削过程中几乎不发生变化。而随着钻削深度的增大，排屑力分量逐渐增大，在深孔钻削力中所占比例逐渐增大，成为制约深孔钻削深度的主要因素。因此仅对钻削过程中的排屑力增大阶段进行研究，利用模型表达排屑力与钻削深度的关系，在数据处理时将得到的钻削力减去剪切力分量，得到排屑力分量。深孔钻削中断刀的一般形式为扭转断裂，因此一般可以采用排屑扭矩模型。
图4.20 标准麻花钻几何特征及钻削过程
（a）麻花钻几何特征（b）钻头钻入过程（c）钻头完全进入工件
排屑槽内切屑的运动由两部分组成：切屑沿排屑槽的流动和切屑随钻头的旋转运动。将切屑沿排屑槽方向划分为若干个切屑微元，每一个切屑微元都在相邻切屑作用力及其与孔壁和排屑槽的摩擦力、压力作用下保持力平衡状态，如图4.21所示。由此可引入材料力学参数、摩擦系数、排屑槽几何参数等参数推导排屑扭矩与钻削深度的关系。排屑扭矩一般随钻削深度的变化呈指数变化，定义a、b为排屑力系数，可将排屑扭矩模型表达为(www.xing528.com)
式中：Fch为排屑扭矩；z为钻削深度；排屑力系数a、b均为正值。考虑钻削剪切力分量Fc，钻削扭矩可表达为
采用该表达式，可省去各模型参数的标定试验，便于进行迭代学习，模型精度通过在真实加工过程中不断修正模型系数保证。利用该模型，在已知最大许用排屑扭矩的基础上，可预测最大单次钻削深度。
图4.21 深孔钻削切屑微元受力分析
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