金属切削原理05-切削力.pdf

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1、切削力CuttingForce机电及自动化学院机制专业专业课老师：黄辉2010年12月主要内容研究切削力的意义切削力的来源切削合力、分力切削功率和切削比能切削力的测量切削力的经验公式影响切削力的因素研究切削力的意义在切削过程中，切削力直接决定着切削热的产生，并影响刀具磨损、破损、使用寿命、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。切削力的来源切削层材料、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。切削合力与分力切削力F(主切削F)：在主运动方向上的分

2、力；cz背向力F(切深抗力F)：在垂直于工作平面上分力;py进给力F(进给抗力F)：在进给运动方向上分力。fx切削分力的作用一般情况下，切削力F最大，F，F小一些。cpfF：计算切削功率和设计机床的主要依据。cF：使工件变形或造成振动，对加工精度和已加工p表面质量影响较大。F：作用在机床进给机构上，常用以设计机床进给f机构或校核其强度。222FFFFcfp切削力测量的意义切削功率功率是力和力作用方向上的运动速度的乘积。切削功率是各切削分力消耗功率的总和。Fxnwf33P(Fv)10kWFv10kWmzz1000根据切削功率选择机床电动机

3、，还要考虑机床的传动效率。P>P>=P/ηECmη——机床传动效率，一般取0.75～0.85m切削比能切削比能是指去除单位体积金属所消耗的能量。剪切比能:FVAVVusscsssaaVaaVVsinwcwccossincos摩擦比能:FnsVcFzsinFycossinufaaVaacoswcwcFrnsaawc总比能:uusuf典型材料的加工比能典型材料的加工比能（续）广义测量系统辅助能源辅助能源（并非始终需要）（通常需要）被测量敏感元件-被传感的信号信号调理器传感器（与输入类似）模拟驱动信

4、号显记计处控标定输入示录算理制仪仪机器器切削力的测量测力仪包括机械测力仪、油压测力仪和电测力仪，其中电测力仪的测量精度和灵敏度较高。电测力仪有电阻式、电感式、电容式、压电式和电磁式等。目前使用比较多的是电阻式和压电式测力仪。测力仪要求良好的灵敏度；足够的刚度；直线性；稳定性好；自振频率高；理想的动态特性；各项之间干扰小；结构简单，应用方便。电阻式测力仪的原理在测力仪的弹性元件上粘贴具有一定电阻值的电阻应变片，然后将电阻应变片联接成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生弹性变形，从而改变了它的电阻，在电路中会由于电阻变化而产生电位差

5、，通过放大将电流读数显示或记录下。电流读数一般与切削力的大小成正比。经过标定后，可以得到电流读数和切之间的关系的曲线，测量时，知道电流读数，就能查出切削力的数值。八角环形电阻式三向车削测力仪石英的压电效应纵向效应在受压的石英表面产生电荷剪切效应在受剪切力的石英表面上产生电荷横向效应在与受压面垂直的石英表面上产生电荷压电晶体测量仪某些非金属材料（石英晶体和压电陶瓷），具有压电效应，即当它们受到外力作用时，在其表面上将产生电荷，电荷量与所受的压力成正比而与压电材料的大小无关。受力时产生的电荷需经电荷放大器转换成相应的电压参数。通过标定可以确定力的大小。压电晶体测量实物

6、图技术参数:•刀具HSS•工件45#切削长度：35mm•切削参数n=520rpmV=0.12mm/rfa=0.2mmp•无冷却剂CuttingForceMeasurement-NewProductsCompaDyn9254Technicaldata:•ToolCBN-disk•WkiWorkpieceWf&GlWafer&Glass•Cuttingparametersn=10’000rpmvc=38m/svf=60mm/minap=2mm•Coolantpressurep=2bar两种测力仪的比较电阻应变片式测力仪：结构简单，有较好的灵敏度、刚度和动态特性，价钱便

7、宜，不适宜测量高频的信号。压电晶体式测力仪：结构简单，体积小，灵敏度，刚度，动态特征均优于上者，在湿度影响下，易产生电荷泄漏而影响测量精度。制造精度要求高，价格较贵。不适于测量变化缓慢的信号。测量系统电阻应变式压电晶体式切削力测量系统切削力的经验公式利用测力仪测出切削力，再将实验数据加以适当处理，可以得到切削力的经验公式。切削力的经验公式通常是以切削深度a和进给量fp为变量的幂函数，其形式如下：xynFFFcccFCafvKcFccpcFxFpynFFppFCafvKpppFpppcFxynFFFfffFCafvKffpFffpcF单位切削力单位切