金属刀具第4章

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1、第4章切削力切削力是切削层金属产生变形的主要因素，在使切削层金属产生变形的同时，切削力消耗了功率，不但使刀具变钝失去切削能力，而且使加工表面质量变差，影响了生产效率。此外，切削力也是选取机床电动机功率、设计机床主运动和进给运动机构的主要依据。因此，研究影响切削力的因素和计算切削力的方法对生产实际有着十分重要的意义。4.1切削力的来源金属切削时，刀具切入工件使切削层金属转变成切屑所需要的力称为切削力。如图4-1所示，在刀具作用下，切削层金属、切屑和工件已加工表面都要发生弹性形变和塑性形变，刀具作用于切屑上的力有法向力和切向力，在剪切面上作用有法向力和剪切力。如忽略

2、后刀面施加的力，则此两对力的合力应该互相平衡，即法向力即为克服切削层金属的塑性变形和弹性变形所施加的正压力，切向力即为克服刀具前刀面上的摩擦力。在实际加工过程中，后刀面施加的力也是不能忽略的，即后刀面上也有对已加工表面的法向力和摩擦力，如图4-2所示。图4-1切屑上的作用力图4-2刀具的切削力4.2总切削力、分力和切削功率4.2.1总切削力、分力以外圆车削为例，如图4-3所示为外圆车削时力的分解，刀具的前刀面和后刀面上都有作用力，它们的合力即为切削合力，切削合力的大小和方向是变化的，很难测量。为简化分析，将该切削合力按空间直角坐标系分解为三个相互垂直的切削分力，

3、即切削力、背向力和进给力。11图4-3外圆车削时力的分解1.切削力切削力Fc作用于切削平面内，即切削刃上选定点的切削速度方向上，消耗机床的主要功率，是计算切削功率，选取机床电动机功率和设计机床主传动机构的依据。2.背向力背向力Fp作用于基面内，与吃刀方向一致，它能使工件产生变形，是校验机床主轴在水平面内刚度及相应零部件强度的依据。3.进给力进给力又称为轴向力，是进给方向的分力。进给力Ff处于基面内，并与工件轴线平行，与走刀方向相反，是设计、验算进给系统主要零、部件强度和刚度以及计算刀具进给功率的依据。切削合力与切削力、背向力、进给力的关系如下（4-1）式中，为作

4、用于基面内的背向力和进给力的合力（N）。由图4-3可知，与的关系以及Ff与的关系如下（4-2）（4-3）由于不同刀具的情况复杂多样，一般在计算进给力及背向力时取经验值，即（4-4）11（4-5）4.2.2切削功率切削过程中，各分离消耗功率的总和称为切削功率，用符号表示。车削时，由于和消耗的功率很小，可忽略不计，因而主运动消耗的功率即为总的切削功率，即（4-6）用式（4-6）可确定机床电动机功率为（4-7）式中，为机床传动效率，一般=0.75～0.85，其中大值用于新机床，小值用于旧机床。4.3切削力的测量和实验公式4.3.1切削力的测量切削力的大小可采用间接测量

5、法和直接测量法来测量。1.间接测量法——电功率法间接测量法通过测量机床电动机电功率，再用式（4-6）和式（4-7）可间接计算出切削力的方法。但此方法测量较粗略，要较精确测量，常使用专门用于测切削力的仪器，即测力仪。2.直接测量法——测力仪法测力仪按其工作原理可分为机械式测力仪、液压式测力仪和电测式测力仪。其中，电测式测力仪又可分为电阻应变式测力仪、电磁式测力仪、电感式测力仪、电容式测力仪及压电式测力仪。通常应用较多的是电阻应变式测力仪和压电式测力仪。1）电阻应变式测力仪如图4-4所示，在电阻应变式测力仪的弹性元件上黏贴具有一定电阻值的电阻应变片。如图4-5（a）

6、所示，将电阻应变片连接成电桥。电桥各臂的电阻分别为R1、R2、R3、R4。若R1R4＝R2R3，则电桥平衡，此时B、D两点间电位差为零，电流表中无电流通过。当切削抗力作用在刀具上时，电阻应变片将随弹性元件发生弹性变形，从而改变了黏贴其上的电阻应变片的电阻值。如图4-5(b)所示，R1的电阻值将因被拉长而增大，R2的电阻值将因受压缩而减小。这样一来，原来平衡的电桥就将失去平衡，B、D两点间就产生了电位差，电流表中则有电流通过。为了使这种电信号足以使测力仪显示并记录下来，常用电阻应变式测力11仪加以放大，其显示或记录下来的数值与作用在刀具上的切削抗力的大小成正比。如

7、果事先已标定出切削抗力与所输出电信号间的关系曲线，实际测力时，就可根据记录下来的电信号的大小折算出切削抗力的数值。（a）电阻应变片发生弹性形变（b）电桥电路图4-4电阻应变片图4-5弹性元件上的电阻应变片2）压电式测力仪压电式测力仪是利用某些非金属材料(如石英晶体、压电陶瓷等)的压电效应来进行测量的，即当非金属材料受力时其表面将产生电荷，电荷的多少仅与所施加外力的大小成正比。用电荷放大器将电荷转换成相应的电压参数就可侧出力的大小。如图4-6所示为压电式测力仪的原理图。切削抗力通过小球1及金属片2传递给压电晶体3。两个压电晶体间有电极4，由切削抗力产生的负电荷集中

8、在电极4上。其中负电荷由