切削力計(jì)算方法

1、一、切削力的來(lái)源，切削合力及其分解(見(jiàn)p26）(一）切削力的來(lái)源 研究切削力，對(duì)進(jìn)一步弄清切削機(jī)理，對(duì)計(jì)算功率消耗，對(duì)刀具、機(jī)床、夾具的設(shè)計(jì)，對(duì)制定合理的切削用量，優(yōu)化刀具幾何參數(shù)等，都具有非常重要的意義。金屬切削時(shí)，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。切削力來(lái)源于三個(gè)方面：1克服被加工材料對(duì)彈性變形的抗力；2克服被加工材料對(duì)塑性變形的抗力；3克服切屑對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過(guò)渡表面與已加工表面之間的摩擦力。 （二）切削合力及其分解 它們的合力fr作用在前刀面上近切削刃處。為了便于分析切削力的作用和測(cè)量、計(jì)算切削力的大小，通常將合力fr，在按主運(yùn)動(dòng)速度方向、

2、切深方向和進(jìn)給方向作的空間直角坐標(biāo)軸z、y、x上分解成三個(gè)為相互垂直的fz、fy和fx三個(gè)分力。 1、主切削力fz（切向力）：主運(yùn)動(dòng)切削速度方向的分力。fz是最大的一個(gè)分力，它消耗了切削總功率的95%左右，是設(shè)計(jì)與使用刀具的主要依據(jù)，并用于驗(yàn)算機(jī)床、夾具主要零部件的強(qiáng)度和剛度以及機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率。2、切深抗力fy（徑向力）：切深方向的分力。fy不消耗功率，但在機(jī)床一工件一夾具一刀具所組成的工藝系統(tǒng)剛性不足對(duì)，是造成振動(dòng)的豐要因素。3、進(jìn)給抗力fx（軸向力）：進(jìn)給方向的分力。fx消耗了總功率5%左右，它是驗(yàn)算機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)主要零、部件強(qiáng)度和剛性的依據(jù)。注：在銑削平面對(duì)，上述分力亦稱為：fr切向力、f

3、y徑向力、fx軸向力。二、切削力的測(cè)定和切削力的經(jīng)驗(yàn)公式(見(jiàn)p27）生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到切削力的計(jì)算。目前切削力的理論計(jì)算公式只能供定性分析用。因?yàn)榍邢髁z計(jì)算公式是在忽略了溫度、正應(yīng)力、第變形區(qū)變形與摩擦力等條件下推導(dǎo)出來(lái)的，故不能用于計(jì)算。而求切削力較簡(jiǎn)單又實(shí)用的方法是利用測(cè)力儀直接測(cè)出或通過(guò)實(shí)驗(yàn)后整理成的實(shí)驗(yàn)公式求得。1、用測(cè)力儀測(cè)量切削力測(cè)力儀的測(cè)量原理是利用切削力作用在測(cè)力儀的彈性元件上所產(chǎn)生的變形，或作用在壓電晶體上產(chǎn)生的電荷經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，讀出fz、fx、fy的值。在自動(dòng)化生產(chǎn)中，還可利用測(cè)力傳感裝置產(chǎn)生的信號(hào)優(yōu)化和監(jiān)控切削過(guò)程。按測(cè)力儀的工作原理可以分為機(jī)械、液壓和電氣測(cè)力儀。目

4、前常用的是電阻應(yīng)變片式測(cè)力儀。 如圖所示，電阻應(yīng)變片式測(cè)力儀由傳感器1、電橋電路2、應(yīng)變儀(放大器)3和記錄儀4組成。傳感器是一個(gè)在彈性體上粘貼著電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換元件，通過(guò)它使切削力的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化。將電阻應(yīng)變片連接成電橋電路，當(dāng)應(yīng)變片的電阻值變化時(shí)，則電橋不平衡，產(chǎn)生了電流或電壓訊號(hào)輸出，該訊號(hào)經(jīng)應(yīng)變儀放大，并由計(jì)錄儀顯示出來(lái)。通過(guò)標(biāo)定就能作出電量與切削力之間的關(guān)系圖表。在測(cè)力時(shí)根據(jù)記錄的電量，可以從標(biāo)定圖表上查出對(duì)應(yīng)的切削力數(shù)值。2、切削力的經(jīng)驗(yàn)公式目前，人們已經(jīng)積累了大量的切削力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于一般加工方法，如車(chē)削、孔加工和銑削等已建立起了可直接利用的經(jīng)驗(yàn)公式。 測(cè)力實(shí)驗(yàn)的方法有單因

5、素法和多因素法，通常采用單因素法。即固定其它實(shí)驗(yàn)條件，在切削時(shí)分別改變背吃刀量ap和進(jìn)給量f，并從測(cè)力儀上讀出對(duì)應(yīng)切削力數(shù)值，然后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)整理求出它們之間的函數(shù)關(guān)系式。通過(guò)切削力實(shí)驗(yàn)建立的車(chē)削力實(shí)驗(yàn)公式，其一般形式為：注意：切削力實(shí)驗(yàn)公式是在特定的實(shí)驗(yàn)條件下求出來(lái)的。在計(jì)算切削力時(shí)，如果切削條件與實(shí)驗(yàn)條件不符，需乘一個(gè)修正系數(shù)kf，它是包括了許多因素的修正系數(shù)乘積。修正系數(shù)也是用實(shí)驗(yàn)方法求出。三、單位切削力、切削功率和單位切削功率（見(jiàn)p29）1、單位切削力p：是指切除單位切削層面積所產(chǎn)生的主切削力?？捎孟率奖硎荆荷鲜奖砻鳎瑔挝磺邢髁與進(jìn)給量f有關(guān)，它隨著進(jìn)給量f增大而減小。單位切削力p不受背

6、吃刀量ap的影響。單位切削力p可查手冊(cè)，利用單位切削力p來(lái)計(jì)算主切削力fz較為簡(jiǎn)易直觀。2、切削功率pm：消耗在切削過(guò)程中的功率稱為切削功率pm(國(guó)標(biāo)為po)。切削功率為力fz和fx所消耗的功率之和，因fy方向沒(méi)有位移，所以不消耗功率。于是 pm=(fzvc+fxnwf/1000)10-3其中：pm切削功率（kw）；fz切削力（n）；vc切削速度（m/s）；fx進(jìn)給力（n）；nw工件轉(zhuǎn)速（r/s）；f進(jìn)給量（mm/s）。式中等號(hào)右側(cè)的第二項(xiàng)是消耗在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的功率，它占總功率5%左右，可以略去不計(jì)，于是 pm=fzvc10-3按上式求得切削功率后，如要計(jì)算機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率（pe）以便選擇機(jī)床電

7、動(dòng)機(jī)時(shí)，還應(yīng)考慮到機(jī)床傳動(dòng)效率。 pe pm/m式中 ：m機(jī)床的傳動(dòng)效率，一般取為0.750.85，大值適用于新機(jī)床，小值適用于舊機(jī)床。3、單位切削功率ps單位切削功率ps是指單位時(shí)間內(nèi)切除單位體積金屬zw所消耗的功率。四、切削力的變化規(guī)律(見(jiàn)p30） 實(shí)踐證明，切削力的影響因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)、刀具材料刀具磨損狀態(tài)和切削液等。 1、工件材料 （1）硬度或強(qiáng)度提高，剪切屈服強(qiáng)度s增大，切削力增大。 （2）塑性或韌性提高，切屑不易折斷，切屑與前刀面摩擦增大，切削力增大。 2、切削用量 （1）背吃刀量（切削深度）ap、進(jìn)給量增大，切削層面積增大，變形抗力和摩擦力增大，切

8、削力增大。由于背吃刀量ap對(duì)切削力的影響比進(jìn)給量對(duì)切削力的影響大( 通常xfz=1,yfz=0.75-0.9），所以在實(shí)踐中，當(dāng)需切除一定量的金屬層時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，采用大進(jìn)給切削比大切深切削較省力又省功率。 （2）切削速度vc (見(jiàn)p31圖2.20）1）加工塑性金屬時(shí)，切削速度vc對(duì)切削力的影響規(guī)律如同對(duì)切削變形影響一樣，它們都是通過(guò)積屑瘤與摩擦的作用造成的。（以車(chē)削45鋼為例，見(jiàn)右圖）切削速度vc對(duì)切削力的影響規(guī)律2）切削脆性金屬時(shí)，因?yàn)樽冃魏湍Σ辆^小，故切削速度vc改變時(shí)切削力變化不大。3、刀具幾何角度(見(jiàn)p32） （1）前角：前角增大，變形減小，切削力減小。 （2）主偏角：主偏角kr在300-600范圍內(nèi)增大，由切削厚度hd的影響起主要作用，使主切削力fz減??；主偏角kr在600-900范圍內(nèi)增大，刀尖處圓弧和副前角的影響更為突出，故主切削力fz增大。一般地，kr=600-750,所以主偏角kr增大，主切削力fz增大。(見(jiàn)p33圖2.22）kr增大，使fy減小、fx增大。 實(shí)踐應(yīng)用，在車(chē)削軸類(lèi)零件，尤其是細(xì)長(zhǎng)軸，為了減小切深抗力fy的作用，往往采用較大的主偏角r600的車(chē)刀切削。 (3)刃傾角s：s對(duì)fz影響較小，但對(duì)fx、fy影響較大。 s 由正向負(fù)轉(zhuǎn)變，則fx減小、fy增大。 實(shí)踐應(yīng)用，從切削力觀點(diǎn)分析，切削時(shí)不宜選用過(guò)大的負(fù)刃傾角s。特別是在