金属切削原理 4第四章 切削力

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1、金属切削原理与刀具PrincipleofMetalCuttingandCuttingToolsPrincipleofMetalCuttingandCuttingTools第四章切削力1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2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。4.1切削力的来源、切削合力及分力、切削功率一、切削力的来源★★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3图4-1切削力的来源4二、切削合力及其

2、分解通常将合力Fr分解为相互垂直的三个分力：切削力Fz、进给力Fx、背向力Fy图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。6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。7切削分力的作用-Fx（Ff）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

3、机构上，是计算进给机构强度、计算车刀进给功率的依据。8Fx、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。9三、切削功率¢切削功率是各切削分力功率的总和，车削过程中⎛Fx⋅nw⋅f⎞−3()Pm=⎜Fz⋅v+⎟×10kW⎝1000⎠¢第二项忽略不计−3()P≈F⋅v×10kWmz式中：Fz，Fx：N；v：m/s；nw：r/s；f：mm/r°机床电机功率：PmP≥E书上速度ηm单位错10用功率表测出机

4、床电机在切削过程中所消耗的功率P后，计算出切削功率Pm。这种方法只能粗略估算E切削力的大小，不够精确。当要求精确知道切削力的测定机床功率，计算切削力大小时，通常采用测力仪直接测量用测力仪测量切削力。114.2切削力的测量及切削力的计算机辅助测试应变式、压电式121314第四章切削力4.3切削力的指数（实验）公式一、计算切削力的指数公式Fx=CFx⋅ap⋅f⋅v⋅KFxxFxyFxnFx计算切削功率Fz=CFy⋅ap⋅f⋅v⋅KFyxFyyFynFyFz=CFz⋅ap⋅f⋅v⋅KFzFzFzFzxyn式中：C、C、C:系数FzFyFxx、y、n等:对应指数，表示对切削力的影响程度FzFzFz系数

5、、指数查表4-1K、K、K实际条件与所求得经验公式的条件不FzFyFx符时修正系数，查表4-2、4-3、4-4，下式计算：K=K⋅K⋅K⋅K⋅K⋅KFzmFzκrFzγOFzλsFzrεFzbr1Fz负倒棱1516171819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。FzFzFz2单位切削力p===(N/mm)Aafaacpcwpm3单位切削功率p=kw/(mm⋅s)sZw3单位时间内金属切除量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单位切削功率p==p×10kw/(mm⋅s)sZw20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21V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。V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。V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。V若已知单位切削力p，即可求得单位切削功率p。表4-5为s硬质合金外圆车

7、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。V实际应用工作中，切削力的计算可查阅有关手册。22二、指数公式的建立¢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231）指数公式的建立示例-图解法切削力指数公式Fz=CFz⋅ap⋅f