《金属切削原理 4第四章 切削力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属切削原理 4第四章 切削力（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1金属切削原理与刀具Principle of Metal Cutting and Cutting Tools第四章 切削力2第四章切削力4.1 切削力的来源、切削合力及分力、切削功率4.2 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试4.3 切削力的指数（实验）公式4.4 影响切削力的因素34.1 切削力的来源、切削合力及分力、切削功率一、 切削力的来源第四章切削力切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力。3个变形区产生的弹、塑性变形抗力切屑、工件与刀具间摩擦力4图 4-1 切削力的来源5二、切削合力及其分解通常将合力 Fr分解为相互垂直的三个分力：切削力
2、Fz 、进给力 Fx 、背向力 Fy图 4-2 切削力的分解6切削分力的作用 -Fz （ Fc ） 主切削力 (切向分力 )：切于过渡表面并与基面垂直， Fz使车刀产生弯矩，是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率的依据。7切削分力的作用 -Fy （ Fp ） 切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力Fy：处于基面内并与工件轴线垂直的力，使工件产生弯曲，用来确定与加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。切削过程中产生振动的力。影响加工精度，是计算系统刚度的依据 。8进给力、轴向力或走刀力 Fx： 处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力，作用在进给机构上，是计算进给机构强度、计算车刀进
3、给功率的依据。切削分力的作用 -Fx （ Ff ）9Fx、 Fy 和 Fz 的比较Fz : Fy : Fx = 1: ( 0.4 0.5 ) : ( 0.3 0.4 )Fr = ( Fz2 + Fy2 + Fx2 )0.5Fr = ( 1.12 1.18 ) Fz随车刀材料、几何参数、切削用量、工件材料和车刀磨损等情况不同， Fx、 Fy 和 Fz之间的比例变化较大。10三、切削功率 切削功率是各切削分力功率的总和，车削过程中 第二项忽略不计式中： Fz， Fx： N； v： m/s； nw： r/s； f： mm/r 机床电机功率：()kWfnFvFPxzm3w101000+=( )kWvF
4、Pzm310mmEPP 书上速度单位错11测定机床功率，计算切削力用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率PE后，计算出切削功率Pm。这种方法只能粗略估算切削力的大小，不够精确。当要求精确知道切削力的大小时，通常采用测力仪直接测量用测力仪测量切削力。124.2 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试应变式、压电式131415式中： CFz、 CFy、 CFx:系数xFz、 yFz、 nFz等 : 对应指数，表示对切削力的影响程度系数、指数查表 4-1KFz、 KFy、 KFx实际条件与所求得经验公式的条件不符时修正系数，查表 4-2、 4-3、 4-4，下式计算：xxxxxyyyyynxnn
5、FyxpFFyxpFzFyxpFzKvfaCFKvfaCFKvfaCFFFFFFFzzFzFzFz=一、 计算切削力的指数公式第四章切削力4.3 切削力的指数 （实验） 公式FzFzFzsFzFzFzFKKKKKKKOrzbr1rm=计算切削功率负倒棱1617181920按单位切削力计算 单位切削功率 （表 4-5）1) 单位切削力 p：指单位切削面积上的切削力。2) 单位切削功率 Ps：单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率。)smm/(kw10pZpp)kw(10Zp)kw(10vfpa10vPs)/mm(f1000vaZ)smm/(kwZpp)(N/mmaafaAp36-wms6-w3
6、-p3m3pw3wms2wcpc=单位切削功率切削功率单位时间内金属切除量单位切削功率单位切削力zzzzFFFF21不同材料，单位切削力不同。即使同一种材料，切削用量不同，刀具几何参数不同，单位切削力也不同。 修正系数229 切削力的大小计算有理论公式和 实验公式 。理论公式通常供定性分析用，一般使用实验公式计算切削力。9 常用的实验公式分为两类：一类是用指数公式计算；另一类是按单位切削力进行计算。9 在金属切削中广泛应用 指数公式计算切削力 。不同的加工方式和加工条件下，切削力计算的指数公式可在切削用量手册中查得。车削时的切削分力及切削功率的指数公式见表 4-1。9若已知单位切削力 p ，即
7、可求得单位切削功率 ps。表 4-5为硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功率。实际切削条件与表中不符时 , 须引入修正系数修正。9实际应用工作中，切削力的计算可 查阅有关手册 。23 切削力实验方法1) 单因素法：改变一个因素而使其他因素保持不变，测出切削力；2) 多因素法：同时改变多个因素，测出切削力。 数据处理方法1)图解法 ，有误差2) 最小二乘法，精确二、 指数公式的建立241）指数公式的建立示例-图解法切削力指数公式zzFzFzFyxpFzKfaCF =(1) 确定试验条件(2) 固定 f，测量 ap与 Fz关系(3) 确定 Fz与 ap的关系(4) 固定 ap，测
8、量 f与 Fz关系(5) 确定 Fz与 f的关系(6) 求系数 CFz(7) 修正系数的获得25(1) 确定试验条件校准测力仪，选定工件材料、刀具材料、刀具几何参数、切削速度等实验条件9638081 切削速度 v m/min 转速 n r/min工件直径 dwmm切削用量0.20157557154K16 YT15 外圆刀尖圆弧半径刃倾角副偏角主偏角副后角后角前角规格材料结构刀具45钢（正火） HB187 工件材料实验条件26(2) 固定 f，测量 ap与 Fz关系固定 f=fo=0.3，改变 ap(ap=1,2,3,4)，测出并记录不同 ap对应的切削力 Fz，在双对数坐标图上绘出 lgFz=
9、F(ap)关系图f = fo= 0.3ap(mm)1 2 3 4Fz (N)627.8 1130.1 1757.9 2385.7lgFz2.797821 3.053117 3.244994 3.37761627(3) 确定 Fz与 ap的关系lgFz=F(ap)关系图100100010000110ap(mm)Fz(N)600算截距 ，ap 1， Fz 600N量斜率得 Fz=600*ap11lg3lg600lg2000lg=KzFzzFzFzxpzFyxpFzaCFKfaCF=f28(4) 固定 ap，测量 f与 Fz关系固定 ap=apo=3，改变 f(f=0.1,0.2,0.3,0.4,0
10、.5)，测出并记录不同f对应的切削力 Fz，在双对数坐标图上绘出 lgFz=F(f)关系图。ap= apo= 3f(mm)0.10.2 0.3 0.4 0.5Fz (N)627.81255.6 1757.9 219.74 2762.5lgFz2.7978 3.0988 3.245 2.342 3.44129(5) 确定 FZ与 f的关系lgFz=F(f)关系图1001000100000.1 1f(mm/r)Fz(N)4900算截距 ，f 1， Fz 4900N量斜率得 Fz=4900*f0.8485.01.0lg1lg700lg4900lg=KzFzzFzFzyzFyxpFzfCFKfaCF=
11、ap30(6) 求系数 CFz 当 f=f0=0.3mm/r CFzap (0.3) 0.84=600 ap CFz=600/(0.3)0.84 1648 当 ap 3mm时 CFz (3)1 f0.84=4900 f0.84 CFz=4900/3=1640 CFz=(1648+1640)/2 1640 得经验公式 Fz=1640 ap f0.84zzFzFzFyxpFzKfaCF =31(7) 修正系数的获得 经验公式是在一定条件下获得的，条件改变计算力肯定有误差，必须修正zzFzFzFyxpFzKfaCF =FzFzFzsFzFzFzFKKKKKKKOrzbr1rm= 负倒棱322）最小二
12、乘法，精确334.4 影响切削力的因素1. 工件材料2. 切削用量3. 刀具几何参数4. 刀具材料5. 切削液6. 刀具磨损第四章切削力34一、 工件材料 影响较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性 强度硬度 s Fr 强度硬度相同，塑性 Fr 35二、 切削用量(1) 背吃刀量 apap1倍 Ac 1倍ac(严重变形部分 )比例不变Fr 1倍ap2apfacac36(2) 进给量 ff 1倍 Ac 1倍ac(严重变形部分 )比例 Fr 68-86%ap2fac2acf37（ 3）切削速度 V38BUEroeF BUEroeF ， ， ， T F ABA： BUE（积屑瘤）最大B： BUE
13、消失切削速度39切削速度在 5 20m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐增加，切削力减小；切削速度继续在 20 35m/min范围内增加，积屑瘤逐渐消失，切削力增加；在切削速度大于 35m/min时，由于切削温度上升，摩擦系数减小，切削力下降。一般切削速度超过 90m/min时，切削力无明显变化。在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界面上的摩擦也很小，所以切削速度c对切削力 Fc无明显的影响。（图 4-12）在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。切削速度40（ 4）切削用量对切削力 F的影响比较 apfv 从降低切削力出发，选用大
14、的 v和 f比 ap有利41三、刀具几何参数1. 前角的影响：塑性材料，o 切削变形切削力脆性材料，切屑变形和加工硬化小，对切削力影响不大。42图 4-14 负倒棱对切削力的影响2. 负倒棱的影响：负倒棱参数大大提高了正前角刀具的刃口强度，但同时也增加了负倒棱前角 (负前角 )参加切削的比例，负前角的绝对值切削变形程度切削力。433. 主偏角的影响：图 4 17 主偏角对切削力的影响刀尖圆弧半径 r44图 4-21 主偏角不同时 Fx、 Fy力的分解（ a） Kr小（ b） Kr大Fy=FxycosKrFx=FxySinKrKr Fy , Fx45kr1Krkr2FyFx主偏角不同时 Fx、 Fy力的分解46图 4-24 刃倾角对切削力的影响4. 刃倾角的影响： s Fy , Fx , Fz基本不变475. 刀尖圆弧半径 r刀尖圆弧半径 r切削刃圆弧部分的长度切削变形切削力。此外 r增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值减小，从而使 Fy增大、 Fx减小。48五、切削液六、刀具磨损四、刀具材料刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响着切削力的变化。49本章小结1. 切削力分解2. 切削力指数（经验）公式建立3. 切削力计算4. 影响切削力的因素：工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料、
