切削力PPT精選文檔

1、12.5 切削力（符號沒統(tǒng)一） 切削力及研究切削力的意義切削力:金屬切削時，刀具使加工材料變形成為切屑所需的力切削力對切削過程有著多方面的重要影響：它直接影響切削時消耗的功率和產(chǎn)生的熱量，并引進工藝系統(tǒng)的變形和振動。切削力過大時，還會造成刀具、夾具或機床的損壞。切削過程中消耗功所轉(zhuǎn)化成的切削熱則會使刀具磨損加快，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，計算切削力的數(shù)值，不僅是設(shè)計機床、刀具、夾具的重要依據(jù)，而且對分析、解決切削加工生產(chǎn)中的實際問題有重要的指導意義。2一、切削力的來源、切削合力及分力、切削功率一、切削力的來源、切削合力及分力、切削功率1. 切削力的來源

2、切削力的來源切削力來自于金屬切削過程中克服被加工材料的彈、塑性變形抗力和摩擦阻力（圖3-18） 。2.5 切削力 3個變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力 切屑、工件與刀具間摩擦力3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空間力，不便于計算與測量，在研究和分析實際問題難以直接應(yīng)用，為適應(yīng)解決問題的需要，又便于測量與計算，常將Fr分解為某幾個方向上的分力，稱為切削分力。車削中常將Fr分解為以下三個分力。2.2.切削力的分解切削力的分解42.2.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分力：切削力 Fc 、進給力 Ff 、背

3、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）總切削力在主運動方向的分力，是計算機床切削功率、選配機床電機、校核機床主軸、設(shè)計機床部件及計算刀具強度等必不可少的參數(shù)。切深抗力切深抗力Fy（Fp）進給抗力進給抗力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，是進行加工精度分析、計算工藝系統(tǒng)剛度以及分析工藝系統(tǒng)振動時，所必須的參數(shù)?；蚍Q軸向力、進給力，用Fx表示總切削力在進給方向的分力，是設(shè)計、校核機床進給機構(gòu)，計算機床進給功率不可缺少的參數(shù)561FFFccccccFcxyxFpFFpcyDppCafKCaFpAaf

4、af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 主運動速度（m/s）。 （3-8）310()ccPFvKW切削過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方向沒有位移，故切深抗力Fy不消耗功率，F(xiàn)x遠小于Fz，故計算切削功率時常忽略Fx所消耗的功率，故有 3切削功率切削功率7式中 機床傳動效率，通常= 0.750.85 （3-10）63010(/)ccPppKWsmmV()cEPPKW（3-9）指單位時間切除單位體積 V0 材料所消耗的功率82.5.3 切削力的理論公式 雖然從公式上看，F(xiàn)c可以計算出來，

5、但準確性很差。這是由于影響切削力的各項因素難以正確找到，只好作很多假設(shè)。為了準確計算切削力就必須依靠實驗測定方法，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，有助于分析問題。91切削力經(jīng)驗公式的建立FFccccFFppppFFffffxycFpFxypFpFxyfFpFFCafKFCafKFCafK104. 切削力的測量與計算在研究切削力變化規(guī)律和解決切削加工生產(chǎn)中的實際問題時，有時需要知道在一定切削條件下的切削力數(shù)值，對此，可有三種解決方法。a.用測力儀進行測量。b.用經(jīng)驗公式計算。c.用切削力理論公式估算。（1）切削力測量為獲得在某特定切削條件下切削力的數(shù)值，可

6、用一種專門用于測量切削力的裝置測力儀進行測量。測力儀的種類很多，按工作原理的不同，可分為機械式、電阻式、電感式、壓電式等，目前使用較為普遍的是電阻應(yīng)變式測力儀。壓電式測力精度高，但價格昂貴，應(yīng)用也在不斷增加。下面介紹電阻應(yīng)變式測力儀的工作原理及其測力方法。電阻應(yīng)變式測力儀由傳感器、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測量Fz、Fy和Fx，也可單測某一分力

7、。測量時，要在彈性元件部分的適當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（電流或電壓）后輸出。11 測力時，當緊固在傳感器刀孔內(nèi)的車刀受到切削力作用時，應(yīng)變片中電阻絲的直徑和長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，受拉伸時阻值增大，受壓縮時阻值減小，其變化量隨變形量的大小而變化。為便于測量，通常采用電橋電路將其轉(zhuǎn)化 為電壓（或電流）信號，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)，輸出電信號與切削力的大小成正比，通過標定可得到切削力與電信號之間的關(guān)系曲線（標定曲線），進行

8、實際切削時，通過測量得到的電信號便可在曲線上找到其對應(yīng)的切削力數(shù)值。12圖 1-44 電阻應(yīng)變片13圖 1-43 電阻應(yīng)變片14 （2）車削力經(jīng)驗公式及切削分力計算 1）經(jīng)驗公式及建立方法簡介 切削力經(jīng)驗公式是在通過切削實驗取得大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)適當?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)驗數(shù)據(jù)，故稱為經(jīng)驗公式。目前，在計算一定切削條件下的切削力數(shù)值時，多采用經(jīng)驗公式。 建立經(jīng)驗公式時，為便于進行數(shù)據(jù)處理并保證經(jīng)驗公式的可靠性，通常多采用單因素實驗法或正交實驗法，而在處理數(shù)據(jù)時采用圖解法或線性回歸法。 下面將單因素實驗法建立車削力經(jīng)驗公式

9、的主要過程作一簡要介紹。 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和進給量f。其他因素則主要通過對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，對其他因素的影響，再通過修正系數(shù)加以考慮。15 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，實驗時，固定ap以外的所有其他切削條件，選取若干個ap進行切削實驗，用測力儀量取不同ap時的切削力Fz，得到若干組Fc與ap的對應(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

10、關(guān)系式加以綜合，便可得到Fz與ap、f之間的多元定量關(guān)系式。 2）車削力經(jīng)驗公式及切削分力計算 車削力經(jīng)驗公式有兩種形式，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)驗公式如下：1617表1-7 主切削力經(jīng)驗公式中的系數(shù)、指數(shù)值（車外圓）184. 切削力理論公式19三、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度、硬度和塑性。材料的強度、硬度越高，則屈服強度越高，切削力越大。在強度、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給量f和背吃刀量ap 進給量f和背吃刀量a

11、p增加，使切削力Fc增加，但影響程度不同。進給量f 增大時，切削力有所增加；而背吃刀量ap增大時，切削刃上的切削負荷也隨之增大，即切削變形抗力和刀具前面上的摩擦力均成正比的增加。2021前角的影響: o 切削變形切削力。（塑性材料）負倒棱的影響：（圖321）負倒棱參數(shù)大大提高了正前角刀具的刃口強度，但同時也增加了負倒棱前角(負前角)參加切削的比例，負前角的絕對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度切削變形切削力。此外

12、r增大，整個主切削刃上各點主偏角的平均值減小，從而使Fp增大、Ff 減小。3. 刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)22圖321 負倒棱對切削力的影響23圖322 主偏角不同時Fxy力的分解 （a）Kr小 （b） Kr大24kr1Krkr2FpFf25圖323 刃傾角對切削力的影響264. 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。2728rFcFFpFf pFfFf pFf pfvFr 切削合力Fc主切削力Fp吃刀抗力Ff進給抗力 3個變形區(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.

13、切削力29FFccccFFppppFFffffxycFpFxypFpFxyfFpFFCafKFCafKFCafK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 對切削力影響指數(shù)； yFc , yFp , yFf 進給量 f 對切削力影響指數(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301FFFccccccFcxyxFpFFpcyDppCafKCaFpAafaf（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）；

14、 v 主運動速度（m/s）。 （3-8）310()ccPFvKW切削力與切削功率2. 切削功率31式中 機床傳動效率，通常= 0.750.85 （3-10）63010(/)ccPppKWsmmV()cEPPKW（3-9）指單位時間切除單位體積 V0 材料所消耗的功率切削力與切削功率2. 切削功率32切削深度與切削力近似成正比；進給量增加，切削力增加，但不成正比；切削速度對切削力影響復雜（圖3-16） 強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 切削速度對切削力的影響切削力與切削功率3. 影響

15、切削力的因素33 前角0 增大，切削力減?。▓D3-17） 主偏角r 對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（ r Fp，F(xiàn)f，圖3-18）圖3-17 前角對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34 與主偏角相似，刃傾角s對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（ s Fp，F(xiàn)f） 刀尖圓弧半徑 r 對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（ r Fp，F(xiàn)f） ；

16、 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：有潤滑作用，使切削力降低 ； 后刀面磨損：使切削力增大，對吃刀抗力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3536373-2 切削力切削力 一、切削力的來源一、切削力的來源切削力的來源有兩方面：一是切削層金屬、切屑切削力的來源有兩方面：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。 3839二、切削力的分解二、切削力的分解222cfpFFFF40三、切

17、削力的實驗指數(shù)公式三、切削力的實驗指數(shù)公式 9.819.819.81FFFcccccFFFpppppFFFfffffxyncFpcFxynpFpcFxynfFpcFFC afvKFC afvKFC afvK必須注意，如實際切削條件與試驗中切削條件有差異時，則應(yīng)在上式后面乘以相應(yīng)的修正系數(shù)41四、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) 機床電動機的功率機床電動機的功率P PE E：根據(jù)切削功率選擇機床電動機，還要考慮機床的傳動效率。 ccDFkAccDcpFk

18、 Ak afcEPP42五、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度、硬度越高，切削被加工工件材料的強度、硬度越高，切削力增大。強度相近的材料，如其塑性（伸長率）較大，力增大。強度相近的材料，如其塑性（伸長率）較大，切削力增大。切削脆性材料時，其切削力一般低于塑切削力增大。切削脆性材料時，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或進給量或進給量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，在中速和高速下，切削加工塑性金屬時，在中速和高速下，切削力一般

19、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。43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。前角加大，被切金屬的切削力顯著下降。2負倒棱負倒棱 ：在鋒利的切削刃上磨出適當寬度的負倒棱，可以提高刀具使用壽命但將在鋒利的切削刃上磨出適當寬度的負倒棱，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)當當k kr r加大時，加大時，F(xiàn) Fp p減小，減小，F(xiàn) Ff f加大。加大。 (2)(2)當加工塑性金屬時，隨當加工塑性金屬時，隨k kr r加大，加大，F(xiàn) Fc c減??；約在減?。患s在k kr r6060750750之間，之間，F(xiàn) Fc c減到最??；然后減到最小；然后隨隨k kr r繼續(xù)加大，繼續(xù)加大，F(xiàn) Fc c又有所增大。又有所增大。F Fc c的變動范圍不大，無論減小或增大，都在的變動范圍不大，無論減小或增大，都在10%10%以內(nèi)。以內(nèi)。 （3 3）k kr r加大時，加大時，F(xiàn) Fp p/F/Fc c減小，減小，F(xiàn) Ff f/F/Fc c加大。加大。 4刃傾角刃傾角 ：刃傾角變化時刃傾角變化時 ，將改變合力，將改變合力F的方向，因而影響各分力的大小。刃傾角的方向，