切削力符號(hào)沒(méi)統(tǒng)一

1、2.5 切削力（符號(hào)沒(méi)統(tǒng)一） 切削力及研究切削力的意義切削力:金屬切削時(shí)，刀具使加工材料變形成為切屑所需的力切削力對(duì)切削過(guò)程有著多方面的重要影響：它直接影響切削時(shí)消耗的功率和產(chǎn)生的熱量，并引進(jìn)工藝系統(tǒng)的變形和振動(dòng)。切削力過(guò)大時(shí)，還會(huì)造成刀具、夾具或機(jī)床的損壞。切削過(guò)程中消耗功所轉(zhuǎn)化成的切削熱則會(huì)使刀具磨損加快，工藝系統(tǒng)產(chǎn)生熱變形并惡化已加工表面質(zhì)量。所以，掌握切削力的變化規(guī)律，計(jì)算切削力的數(shù)值，不僅是設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具、夾具的重要依據(jù)，而且對(duì)分析、解決切削加工生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題有重要的指導(dǎo)意義。一、切削力的來(lái)源、切削合力及分力、切削功率一、切削力的來(lái)源、切削合力及分力、切削功率1. 切削力的來(lái)源切削

2、力的來(lái)源切削力來(lái)自于金屬切削過(guò)程中克服被加工材料的彈、塑性變形抗力和摩擦阻力（圖圖圖3-183-183-18） 。2.5 切削力 3個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力 切屑、工件與刀具間摩擦力刀具（或工件）是上作用的切削力的總合力f稱為切削合力，由于切削合力的大小和方向是隨切削條件而變化的一個(gè)空間力，不便于計(jì)算與測(cè)量，在研究和分析實(shí)際問(wèn)題難以直接應(yīng)用，為適應(yīng)解決問(wèn)題的需要，又便于測(cè)量與計(jì)算，常將fr分解為某幾個(gè)方向上的分力，稱為切削分力。車削中常將fr分解為以下三個(gè)分力。2.2.切削力的分解切削力的分解2.2.切削力的分解切削力的分解 通常將合力fr分解為相互垂直的三個(gè)分力：切削力 fc 、進(jìn)給力

3、 ff 、背向力 fp 。主切削力主切削力f fz z( (f fc c) )（或稱切向力，用fz表示）總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向的分力，是計(jì)算機(jī)床切削功率、選配機(jī)床電機(jī)、校核機(jī)床主軸、設(shè)計(jì)機(jī)床部件及計(jì)算刀具強(qiáng)度等必不可少的參數(shù)。切深抗力切深抗力fy（fp）進(jìn)給抗力進(jìn)給抗力fx (ff)或稱徑向力、吃刀力，用fy表示 總切削力在垂直于工作平面方向的分力，是進(jìn)行加工精度分析、計(jì)算工藝系統(tǒng)剛度以及分析工藝系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，所必須的參數(shù)?；蚍Q軸向力、進(jìn)給力，用fx表示總切削力在進(jìn)給方向的分力，是設(shè)計(jì)、校核機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)床進(jìn)給功率不可缺少的參數(shù)1fffccccccfcxyxfpffpcydppcafkcaf

4、paafaf修改 切除單位切削層面積的主切削力（令修正系數(shù)kfc =1）式中 fc 主切削力（n）； v 主運(yùn)動(dòng)速度（m/s）。 （3-8）310()ccpfvkw切削過(guò)程中消耗的總功率為各分力所消耗功率的總和，稱為切削功率，用pm表示。車削中， fy方向沒(méi)有位移，故切深抗力fy不消耗功率，fx遠(yuǎn)小于fz，故計(jì)算切削功率時(shí)常忽略fx所消耗的功率，故有 3切削功率切削功率式中 機(jī)床傳動(dòng)效率，通常= 0.750.85 （3-10）63010(/)ccpppkwsmmv()ceppkw（3-9）指單位時(shí)間切除單位體積 v0 材料所消耗的功率2.5.3 切削力的理論公式 雖然從公式上看，fc可以計(jì)算出

5、來(lái)，但準(zhǔn)確性很差。這是由于影響切削力的各項(xiàng)因素難以正確找到，只好作很多假設(shè)。為了準(zhǔn)確計(jì)算切削力就必須依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法，但切削力的理論公式也十分有用，它能夠揭示影響切削力諸因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，有助于分析問(wèn)題。1切削力經(jīng)驗(yàn)公式的建立ffccccffppppffffffxycfpfxypfpfxyffpffcafkfcafkfcafk4. 切削力的測(cè)量與計(jì)算在研究切削力變化規(guī)律和解決切削加工生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，有時(shí)需要知道在一定切削條件下的切削力數(shù)值，對(duì)此，可有三種解決方法。a.用測(cè)力儀進(jìn)行測(cè)量。b.用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。c.用切削力理論公式估算。（1）切削力測(cè)量為獲得在某特定切削條件下切削力的數(shù)值，可用

6、一種專門(mén)用于測(cè)量切削力的裝置測(cè)力儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)力儀的種類很多，按工作原理的不同，可分為機(jī)械式、電阻式、電感式、壓電式等，目前使用較為普遍的是電阻應(yīng)變式測(cè)力儀。壓電式測(cè)力精度高，但價(jià)格昂貴，應(yīng)用也在不斷增加。下面介紹電阻應(yīng)變式測(cè)力儀的工作原理及其測(cè)力方法。電阻應(yīng)變式測(cè)力儀由傳感器、電橋電路、應(yīng)變儀和記錄儀組成。傳感器是一個(gè)可將切削力的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的彈性元件，其結(jié)構(gòu)有多種形式，目前使用較多的是八角環(huán)式，其結(jié)構(gòu)形狀如圖1-43所示。中部八角環(huán)形部分為彈性元件，分為上環(huán)和下環(huán)，前端有安裝車刀用的方孔，后部的圓孔用于在車床刀架上安裝緊固。利用這種傳感器可同時(shí)測(cè)量fz、fy和fx，也可單測(cè)某一分力。

7、測(cè)量時(shí)，要在彈性元件部分的適當(dāng)部位粘貼若干片電阻值可隨彈性元件變形而變化的電阻應(yīng)變片（圖1-44），并把它們聯(lián)入電橋電路，以便于將電阻值的變化轉(zhuǎn)換成可讀的電信號(hào)（電流或電壓）后輸出。 測(cè)力時(shí)，當(dāng)緊固在傳感器刀孔內(nèi)的車刀受到切削力作用時(shí)，應(yīng)變片中電阻絲的直徑和長(zhǎng)度將隨彈性元件的變形而發(fā)生變化，因而其阻值將發(fā)生微小變化，受拉伸時(shí)阻值增大，受壓縮時(shí)阻值減小，其變化量隨變形量的大小而變化。為便于測(cè)量，通常采用電橋電路將其轉(zhuǎn)化 為電壓（或電流）信號(hào)，再由應(yīng)變儀放大后，由記錄儀輸出。在傳感器元件允許的范圍內(nèi)，輸出電信號(hào)與切削力的大小成正比，通過(guò)標(biāo)定可得到切削力與電信號(hào)之間的關(guān)系曲線（標(biāo)定曲線），進(jìn)行實(shí)際切

8、削時(shí)，通過(guò)測(cè)量得到的電信號(hào)便可在曲線上找到其對(duì)應(yīng)的切削力數(shù)值。圖 1-44 電阻應(yīng)變片圖 1-43 電阻應(yīng)變片 （2）車削力經(jīng)驗(yàn)公式及切削分力計(jì)算 1）經(jīng)驗(yàn)公式及建立方法簡(jiǎn)介 切削力經(jīng)驗(yàn)公式是在通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)取得大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理后得到的關(guān)于切削力與可變因素（切削條件）之間的定量關(guān)系式。由于建立這種關(guān)系的依據(jù)是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故稱為經(jīng)驗(yàn)公式。目前，在計(jì)算一定切削條件下的切削力數(shù)值時(shí)，多采用經(jīng)驗(yàn)公式。 建立經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，為便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并保證經(jīng)驗(yàn)公式的可靠性，通常多采用單因素實(shí)驗(yàn)法或正交實(shí)驗(yàn)法，而在處理數(shù)據(jù)時(shí)采用圖解法或線性回歸法。 下面將單因素實(shí)驗(yàn)法建立車削力經(jīng)驗(yàn)公式的主要過(guò)程作一簡(jiǎn)要

9、介紹。 在影響車削力的因素中，影響最大，也最直接的是切削深度ap和進(jìn)給量f。其他因素則主要通過(guò)對(duì)切屑變形和摩擦的影響而影響切削力。因此，目前，普遍使用的車削力經(jīng)驗(yàn)公式的基本形式均采用各切削分力與ap、f之關(guān)系的形式，對(duì)其他因素的影響，再通過(guò)修正系數(shù)加以考慮。 建立fc與ap、f之關(guān)系的主要步驟如下： 首先建立fz與ap、f之單元關(guān)系。為此，實(shí)驗(yàn)時(shí)，固定ap以外的所有其他切削條件，選取若干個(gè)ap進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，用測(cè)力儀量取不同ap時(shí)的切削力fz，得到若干組fc與ap的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得到fz與ap之間的單元關(guān)系式。然后，用同樣方法fc與f的單元定量關(guān)系式。最后，將兩單元關(guān)系式加以綜合，便可得

10、到fz與ap、f之間的多元定量關(guān)系式。 2）車削力經(jīng)驗(yàn)公式及切削分力計(jì)算 車削力經(jīng)驗(yàn)公式有兩種形式，一種是指數(shù)形式，一種是單位切削力形式。指數(shù)形式的車削力經(jīng)驗(yàn)公式如下：表1-7 主切削力經(jīng)驗(yàn)公式中的系數(shù)、指數(shù)值（車外圓）4. 切削力理論公式三、影響切削力的因素三、影響切削力的因素1. 工件材料工件材料影響較大的因素主要是工件材料的強(qiáng)度、硬度和塑性。材料的強(qiáng)度、硬度越高，則屈服強(qiáng)度越高，切削力越大。在強(qiáng)度、硬度相近的情況下，材料的塑性、韌性越大，則刀具前面上的平均摩擦系數(shù)越大，切削力也就越大。2. 切削用量切削用量進(jìn)給量f和背吃刀量ap 進(jìn)給量f和背吃刀量ap增加，使切削力fc增加，但影響程度不

11、同。進(jìn)給量f 增大時(shí)，切削力有所增加；而背吃刀量ap增大時(shí)，切削刃上的切削負(fù)荷也隨之增大，即切削變形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。前角的影響: o 切削變形切削力。（塑性材料）負(fù)倒棱的影響：（圖321）負(fù)倒棱參數(shù)大大提高了正前角刀具的刃口強(qiáng)度，但同時(shí)也增加了負(fù)倒棱前角(負(fù)前角)參加切削的比例，負(fù)前角的絕對(duì)值切削變形程度切削力；主偏角的影響：（圖322） fy=fxycoskr fx=fxysinkr kr fy , fx 刃傾角的影響：（圖323） s fy , fx ,fz基本不變刀尖圓弧半徑r 切削刃圓弧部分的長(zhǎng)度切削變形切削力。此外r增大，整個(gè)主切削刃上各點(diǎn)主偏角的平均值減小，

12、從而使fp增大、ff 減小。3. 刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)圖321 負(fù)倒棱對(duì)切削力的影響圖322 主偏角不同時(shí)fxy力的分解 （a）kr小 （b） kr大kr1krkr2fpff圖323 刃傾角對(duì)切削力的影響4. 刀具磨損刀具磨損5. 切削液切削液6. 刀具材料刀具材料 刀具材料與被加工材料間的摩擦系數(shù)，影響到摩擦力的變化，直接影響著切削力的變化。rfcffpff pffff pff pfvfr 切削合力fc主切削力fp吃刀抗力ff進(jìn)給抗力 3個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力 切屑、工件與刀具間摩擦力切削力與切削功率1. 切削力ffccccffppppffffffxycfpfxypfpfxyff

13、pffcafkfcafkfcafk式中 cfc , cfp , cff 與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)； xfc , xfp , xff 切削深度ap 對(duì)切削力影響指數(shù)； yfc , yfp , yff 進(jìn)給量 f 對(duì)切削力影響指數(shù)； kfc , kfp , kff 考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等因素影響的修正系數(shù)。切削力與切削功率1. 切削力1fffccccccfcxyxfpffpcydppcafkcafpaafaf（3-7） 切除單位切削層面積的主切削力（令修正系數(shù)kfc =1）式中 fc 主切削力（n）； v 主運(yùn)動(dòng)速度（m/s）。 （3-8）310()ccpfvkw切削力與切削功率2

14、. 切削功率式中 機(jī)床傳動(dòng)效率，通常= 0.750.85 （3-10）63010(/)ccpppkwsmmv()ceppkw（3-9）指單位時(shí)間切除單位體積 v0 材料所消耗的功率切削力與切削功率2. 切削功率切削深度與切削力近似成正比；進(jìn)給量增加，切削力增加，但不成正比；切削速度對(duì)切削力影響復(fù)雜（圖3-16） 強(qiáng)度高加工硬化傾向大切削力大5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力fc（n）圖3-16 切削速度對(duì)切削力的影響切削力與切削功率3. 影響切削力的因素 前角0 增大，切削力減?。▓D3-17） 主偏角r 對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀

15、抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（ r fp，ff，圖3-18）圖3-17 前角對(duì)0切削力的影響前角0切削力f0 - fc0 fp0 ff圖3-18 主偏角r對(duì)切削力的影響主偏角r / 切削力/ n3045607590r - fcr ffr fp2006001000140018002200切削力與切削功率3. 影響切削力的因素 與主偏角相似，刃傾角s對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（ s fp，ff） 刀尖圓弧半徑 r 對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和進(jìn)給抗力影響顯著（ r fp，ff） ； 刀具材料：與工件材料之間的親和性影響其間的摩擦，而影響切削力 ； 切削液：有潤(rùn)滑作用，使切削力降

16、低 ； 后刀面磨損：使切削力增大，對(duì)吃刀抗力fp的影響最為顯著 ；切削力與切削功率3. 影響切削力的因素3-2 切削力切削力 一、切削力的來(lái)源一、切削力的來(lái)源切削力的來(lái)源有兩方面：一是切削層金屬、切屑切削力的來(lái)源有兩方面：一是切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈性變形、塑性變形所產(chǎn)和工件表面層金屬的彈性變形、塑性變形所產(chǎn)生的抗力；二是刀具與切屑、工件表面間的摩生的抗力；二是刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。擦阻力。 二、切削力的分解二、切削力的分解222cfpffff三、切削力的實(shí)驗(yàn)指數(shù)公式三、切削力的實(shí)驗(yàn)指數(shù)公式 9.819.819.81fffcccccfffpppppffffffffxyn

17、cfpcfxynpfpcfxynffpcffc afvkfc afvkfc afvk必須注意，如實(shí)際切削條件與試驗(yàn)中切削條件有差異時(shí)，則應(yīng)在上式后面乘以相應(yīng)的修正系數(shù)四、單位切削力、切削功率四、單位切削力、切削功率 單位切削力單位切削力指的是單位切削面積上的主切削力。 切削功率切削功率是各切削分力消耗功率的總和。 pcfcvc10-3 (kw) 機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率p pe e：根據(jù)切削功率選擇機(jī)床電動(dòng)機(jī)，還要考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率。 ccdfkaccdcpfkak afcepp五、五、影響切削力的因素影響切削力的因素 工件材料工件材料： 被加工工件材料的強(qiáng)度、硬度越高，切削被加工工件

18、材料的強(qiáng)度、硬度越高，切削力增大。強(qiáng)度相近的材料，如其塑性（伸長(zhǎng)率）較大，力增大。強(qiáng)度相近的材料，如其塑性（伸長(zhǎng)率）較大，切削力增大。切削脆性材料時(shí)，其切削力一般低于塑切削力增大。切削脆性材料時(shí)，其切削力一般低于塑性材料。性材料。 切削深度切削深度a ap p或進(jìn)給量或進(jìn)給量f f加大，均使切削力增大，但兩者加大，均使切削力增大，但兩者的影響程度不同。的影響程度不同。 切削速度切削速度 加工塑性金屬時(shí)，在中速和高速下，切削加工塑性金屬時(shí)，在中速和高速下，切削力一般隨著切削速度的增大而減小。力一般隨著切削速度的增大而減小。刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)1前角前角。： 前角加大，被切金屬的切削力顯著下降

19、。前角加大，被切金屬的切削力顯著下降。2負(fù)倒棱負(fù)倒棱 ：在鋒利的切削刃上磨出適當(dāng)寬度的負(fù)倒棱，可以提高刀具使用壽命但將在鋒利的切削刃上磨出適當(dāng)寬度的負(fù)倒棱，可以提高刀具使用壽命但將使被切金屬的變形加大，使切削力有所增加。使被切金屬的變形加大，使切削力有所增加。3. 3. 主偏角主偏角 (1)(1)當(dāng)當(dāng)k kr r加大時(shí)，加大時(shí)，f fp p減小，減小，f ff f加大。加大。 (2)(2)當(dāng)加工塑性金屬時(shí)，隨當(dāng)加工塑性金屬時(shí)，隨k kr r加大，加大，f fc c減?。患s在減?。患s在k kr r6060750750之間，之間，f fc c減到最小；然后減到最??；然后隨隨k kr r繼續(xù)加大，繼續(xù)加大，f fc c又有所增大。又有所增大。f fc c的變動(dòng)范圍不大，無(wú)論減小或增大，都在的變動(dòng)范圍不大，無(wú)論減小或增大，都在10%10%以內(nèi)。以內(nèi)。 （3 3）k kr r加大時(shí)，加大時(shí)，f fp p/f/fc c減小，減小，f ff f/f/fc c加大。加大。 4刃傾角刃傾角 ：刃傾角變化時(shí)刃傾角變化時(shí) ，將改變合力，將改變合力f的方向，因而影響各分