机械制造冷加工切削加工

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1、第三章切削过程中的物理现象及其规律金属切削过程，实质上包含着一个较复杂的能量转换过程，它伴随着一系列的物理现象：工件材料的变形、摩擦、切削力、切削热和温度、以及刀具的磨损、破损等。切削过程中这些现象及其变化，反映了切削过程的状况。并与工件表面质量和切削效率有着密切的联系。3.1切削力在切削过程中，切削力直接影响着：切削热的产生，并进一步影响着刀具磨损、刀具寿命、加工精度和已加工表面质量。在生产中，切削力又是计算切削功率、设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。因此研究切削力，将有助于对切削过程规律的了解，并对生产实际有着重要指导意义。3.1.1切

2、削力的来源金属切削时，刀具切入工件，使加工材料发生变形成为切屑所需的力，称为切削力。切削力来源于三个方面：(1)克服被加工材料对弹性变形的抗力；(2)克服被加工材料对塑性变形的抗力；(3)克服切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对加工表面和已加工表面之间的摩擦力。3.1.2切削合力及其分解上述各力的总合形成作用在车刀上的合力Fr。为了实际应用，Fr可分为相互垂直的Fx、Fy和Fz三个分力。Fz主切削力或切向力。Fz是计算车刀强度，设计机床功率所必需的。Fx进给抗力。轴向力或走刀力。Fx是设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。Fy切深抗力、径向

3、力或吃刀力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它也是使工件在切削过程中产生振动的力。根据实验，当Kr=45，s=0和o=15时，Fz、Fy、Fx之间有以下近似关系式：Fy=（0.4～0.5）FzFx=（0.3～0.4）Fz将它们代入上式得Fr=（1.12～1.18）Fz随着刀具几何参数、切削用量、工件材料和刀具磨损情况的不同，Fz、Fx和Fy之间的比例可在较大范围内变化。3.1.3切削功率消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm。它是Fz和Fx所消耗功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗动力。式中nw—

4、—工件转速(r／s)按上式求得切削功率后，在选择机床的电机功率时，还应考虑机床的传动效率ηm，将切削功率除以机床的效率，即：机床电机功率PEPm/ηm确定切削力的大小可用测力仪进行测量，也可通过经验公式或理论分析公式进行计算。3.2.4切削力的经验公式切削力的经验公式是通过大量实验，将由测力仪测得的切削力数据，用数学方法处理而得到的。切削力经验公式可分为指数公式和单位切削力两类。一．计算切削力的指数公式在金属切削中，广泛应用指数公式计算切削力。这种经验公式的建立是借助测力仪直接测量出一定条件下的切削力，然后对测量数据进行处理后得出的。常用的指

5、数公式的形式如下：二、用单位切削力和单位切削功率计算三个分力和所消耗的功率：1、单位切削力p单位切削力p是指单位切削面积上的主切削力。式中AD——切削面积hD——切削厚度bD——切削宽度hD——切削厚度bD——切削宽度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称为单位切削功率Ps式中Zw——单位时间内的金属切除量；Zw=1000•ap•f•vmm3/sPm——切削功率；Pm=Fz•v•10-3=p•ap•f•v•10-3（kw）在实际的切削过程中，切削力是在不断变化的。所以切削力是一个动态参数。它的变化情况反映了切削过程中工件

6、材料、刀具切削性能、以及切削用量等状态。用经验公式计算只能得到在一定切削条件下的平均估算值。因此，要较精确得到实际切削过程中的切削力，只能通过测力仪进行在线监测。3.1.5影响切削力的因素及其规律切削加工系统中影响切削过程的因素主要包括四方面：工件材料刀具切削性能切削用量(v、f、ap)切削液这些因素对切削力的影响，主要是通过对切屑形成过程中的变形和摩擦现象的影响而达到的。一．被加工材料对切削力的影响被加工材料的物理机械性能、加工硬化能力、化学成份、热处理状态和材料的加工状态都对切削力的大小产生影响。（1）被加工材料的强度愈高，硬度愈大，切削时

7、产生的变形阻力愈大，切削力就大。（2）材料在加工过程中强化系数大，加工硬化能力大时，即使较小的变形也会引起硬度的大大提高，从而使切削力增大。例如：加工镍铬铝钴基的热强钢时，虽然其原始强度、硬度都不那么大，但切削力却很大，单位切削力可达4GPa。另外，奥氏体不锈钢也属这种情况，所以难以加工。（3）材料的化学成份及其含量影响材料的物理机械性能，从而影响切削力的大小。如碳钢中的含碳量愈高，其强度和硬度愈高；铜、铝等金属强度低，塑性较大，但变形时的加工硬化小，因而切削力也较低。（4）加工铸铁及其它脆性材料时，切削层的塑性变形小，加工硬化小。切削脆性材料

8、时形成崩脆切屑，且集中在刀尖，切屑与前刀面的接触面积小，摩擦力也小，因此切削力比切钢时小。（5）同一材料在不同热处理状态下，其金相组织不同也会影响切削