金屬切削原理 4第四章 切削力

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1、金屬切削原理與刀具PrincipleofMetalCuttingandCuttingToolsPrincipleofMetalCuttingandCuttingTools第四章切削力1第四章切削力4.1切削力的來(lái)源、切削合力及分力、切削功率4.2切削力的測(cè)量及切削力的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試4.3切削力的指數(shù)（實(shí)驗(yàn)）公式4.4影響切削力的因素2第四章切削力切削過(guò)程中，刀具施加于工件使工件材料產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧?，稱為切削力。4.1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★★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3圖4-1切削力的來(lái)源4二、切削合力及其

2、分解通常將合力Fr分解為相互垂直的三個(gè)分力：切削力Fz、進(jìn)給力Fx、背向力Fy圖4-2切削力的分解5切削分力的作用-Fz（Fc）￠主切削力(切向分力)：切于過(guò)渡表面并與基面垂直，F(xiàn)z使車刀產(chǎn)生彎矩，是計(jì)算車刀強(qiáng)度，設(shè)計(jì)機(jī)床零件，確定機(jī)床功率的依據(jù)。6切削分力的作用-Fy（Fp）￠切深抗力、或背向力、徑向力、吃刀力Fy：處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力，使工件產(chǎn)生彎曲，用來(lái)確定與加工精度有關(guān)的工件撓度，計(jì)算機(jī)床零件和車刀強(qiáng)度。切削過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的力。影響加工精度，是計(jì)算系統(tǒng)剛度的依據(jù)。7切削分力的作用-Fx（Ff）進(jìn)給力、軸向力或走刀力Fx：處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與走刀方向相反的力，作用在進(jìn)給

3、機(jī)構(gòu)上，是計(jì)算進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、計(jì)算車刀進(jìn)給功率的依據(jù)。8Fx、Fy和Fz的比較Fz:Fy:Fx=1:(0.4～0.5):(0.3～0.4)Fr=(Fz2+Fy2+Fx2)0.5Fr=(1.12～1.18)Fz隨車刀材料、幾何參數(shù)、切削用量、工件材料和車刀磨損等情況不同，F(xiàn)x、Fy和Fz之間的比例變化較大。9三、切削功率￠切削功率是各切削分力功率的總和，車削過(guò)程中?Fx?nw?f??3()Pm=?Fz?v+?×10kW?1000?￠第二項(xiàng)忽略不計(jì)?3()P≈F?v×10kWmz式中：Fz，F(xiàn)x：N；v：m/s；nw：r/s；f：mm/r°機(jī)床電機(jī)功率：PmP≥E書上速度ηm單位錯(cuò)10用功率表測(cè)出機(jī)

4、床電機(jī)在切削過(guò)程中所消耗的功率P后，計(jì)算出切削功率Pm。這種方法只能粗略估算E切削力的大小，不夠精確。當(dāng)要求精確知道切削力的測(cè)定機(jī)床功率，計(jì)算切削力大小時(shí)，通常采用測(cè)力儀直接測(cè)量用測(cè)力儀測(cè)量切削力。114.2切削力的測(cè)量及切削力的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試應(yīng)變式、壓電式121314第四章切削力4.3切削力的指數(shù)（實(shí)驗(yàn)）公式一、計(jì)算切削力的指數(shù)公式Fx=CFx?ap?f?v?KFxxFxyFxnFx計(jì)算切削功率Fz=CFy?ap?f?v?KFyxFyyFynFyFz=CFz?ap?f?v?KFzFzFzFzxyn式中：C、C、C:系數(shù)FzFyFxx、y、n等:對(duì)應(yīng)指數(shù)，表示對(duì)切削力的影響程度FzFzFz系數(shù)

5、、指數(shù)查表4-1K、K、K實(shí)際條件與所求得經(jīng)驗(yàn)公式的條件不FzFyFx符時(shí)修正系數(shù)，查表4-2、4-3、4-4，下式計(jì)算：K=K?K?K?K?K?KFzmFzκrFzγOFzλsFzrεFzbr1Fz負(fù)倒棱1516171819按單位切削力計(jì)算單位切削功率（表4-5）1)單位切削力p：指單位切削面積上的切削力。2)單位切削功率Ps：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)切除單位體積的金屬所消耗的功率。FzFzFz2單位切削力p===(N/mm)Aafaacpcwpm3單位切削功率p=kw/(mm?s)sZw3單位時(shí)間內(nèi)金屬切除量Z≈1000vaf(mm/s)wp?3-3-6切削功率P=Fv×10=pafv×10(kw)=p

6、×Z×10(kw)mzpwpm-63單位切削功率p==p×10kw/(mm?s)sZw20不同材料，單位切削力不同。即使同一種材料，切削用量不同，刀具幾何參數(shù)不同，單位切削力也不同。修正系數(shù)21V切削力的大小計(jì)算有理論公式和實(shí)驗(yàn)公式。理論公式通常供定性分析用，一般使用實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算切削力。V常用的實(shí)驗(yàn)公式分為兩類：一類是用指數(shù)公式計(jì)算；另一類是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算。V在金屬切削中廣泛應(yīng)用指數(shù)公式計(jì)算切削力。不同的加工方式和加工條件下，切削力計(jì)算的指數(shù)公式可在切削用量手冊(cè)中查得。車削時(shí)的切削分力及切削功率的指數(shù)公式見表4-1。V若已知單位切削力p，即可求得單位切削功率p。表4-5為s硬質(zhì)合金外圓車

7、刀切削常用金屬時(shí)的單位切削力和單位切削功率。實(shí)際切削條件與表中不符時(shí),須引入修正系數(shù)修正。V實(shí)際應(yīng)用工作中，切削力的計(jì)算可查閱有關(guān)手冊(cè)。22二、指數(shù)公式的建立￠切削力實(shí)驗(yàn)方法1)單因素法：改變一個(gè)因素而使其他因素保持不變，測(cè)出切削力；2)多因素法：同時(shí)改變多個(gè)因素，測(cè)出切削力。￠數(shù)據(jù)處理方法1)圖解法，有誤差2)最小二乘法，精確231）指數(shù)公式的建立示例-圖解法切削力指數(shù)公式Fz=CFz?ap?f