金属切削原理——切削力

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机械制造技术基础第3章金属切削原理---3.2切削力机械制造及自动化系

1控制？

23.2.1切削力的产生与分解产生弹性变形产生的抗力塑性变形产生的抗力刀具与切屑间的摩擦力刀具与工件间的摩擦力3

3

4主切削力FC---作用于主轴，设计机床功率进给力Ff---作用于进给机构，校核其刚性背向力Fp---作用于刀具（工件），让刀或工件变形

53.2.1切削力的产生与分解—作用主切削力FC它切于加工表面并与基面垂直，是计算车刀强度、设计机床零件、确定机床功率所必需的。它消耗了切削总功率的95%左右进给力Fp它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力，是设计走刀机构、计算车刀进给功率所必需的。消耗了总功率5%左右背向力Ff它是处于基面内并与工件轴线垂直的力，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。6

63.2.2切削力与切削功率的计算7式中决定于被加工金属和切削条件的系数分别的指数根据力学知识有切削力理论公式指数形式的切削力经验公式

73.2.2切削力与切削功率的计算当实际加工条件与所求得的经验公式的条件不符时，各种因素对切削力的修正系数的积。被加工材料机械性能对切削力的修正系数前角对切削力的修正系数主偏角对切削力的修正系数；刃倾角对切削力的修正系数刀尖圆弧半径对切削力的修正系数后刀面磨钝标准对切削力的修正系数8

83.2.2切削力与切削功率的计算9各种工件材料的单位切削力kc可在有关手册中查到。根据力学知识有切削力理论公式指数形式的切削力经验公式利用切削层单位面积切削力计算公式

93.2.2切削力与切削功率的计算工作功率Pc1）主运动消耗的功率Pc(w)（切削功率）2）进给运动消耗的功率Pf(w)Pp(w)（进给功率）所以，工作功率可以按下式计算：Pc=FcVc+FfVf+FPVP机床功率？

103.2.1切削力的产生与分解产生弹性变形产生的抗力塑性变形产生的抗力刀具与切屑间的摩擦力刀具与工件间的摩擦力

113.2.3切削力的影响因素影响变形因素工件刀具条件材料强度材料硬度材料几何参数磨损切削用量冷却润滑前角后角：切削速度进给量背吃刀量切削力产生于变形抗力和摩擦力影响切削力因素

123.2.3切削力的影响因素13工件材料的强度和硬度越大，切削力越大（正比？）。切削层面积越大，切削力越大。切屑变形程度越大，切削力越大？实验结果？变形系数大于1强度、硬度越高，变形越小1、工件材料对切削力的影响？通过理论公式与变形实验但不成正比

133.2.3切削力的影响因素142、切削用量对切削力的影响？通过理论、经验公式与实验切削层面积越大，切削力越大。背吃刀量（理论1:1，变形无影响）背吃刀量对切削力成正比影响进给量（理论1:1，变形有影响）进给量对切削力不成正比影响

14低速区的驼峰变化是由于积屑瘤的影响3.2.3切削力的影响因素切削速度519283555100130切削速度v（m/min）981784588主切削力Fc（N）

153.2.3切削力的影响因素切削用量背吃刀量增加，切削力增大，且成正比；进给量增加切削力增大，但不成正比；切削速度，受积屑瘤影响呈驼峰曲线。实验二切削用量对切削力的影响？？

16前角3.2.3切削力的影响因素3、刀具角度对切削力的影响？通过几何结构与实验分析实验结果：三个分力中主切削力最大；前角增大切削力减小；前角对Ff和Fp的影响大于对对FC的影响；前角影响效果明显（变化1°切削力增加1%）

173.2.3切削力的影响因素主偏角实验结果：主偏角对主切削力影响不大；主偏角增大，背向力减小；

183.2.3切削力的影响因素问题？主偏角等于90°时背向力？

193.2.3切削力的影响因素主偏角实验结果：主偏角对主切削力影响不大；主偏角增大，背向力减小；主偏角等于90°时背向力并不等于零。

203.2.3切削力的影响因素刃倾角实验结果：几乎不影响主切削力；影响背向力、进给力；对背向力的影响更明显。

213.2.3切削力的影响因素刀尖圆弧半径刀尖圆弧处的主偏角小于名义主偏角；圆弧半径越大，小于名义主偏角的曲线段越长。。

223.2.3切削力的影响因素刀尖圆弧半径刀尖圆弧半径越大背向力越大。

23刀具材料：刀具材料与工件材料间的摩擦系数刀具磨损：后刀面磨损增大时，切削力增大。刃磨质量切削液3、其他因素对切削力的影响？3.2.3切削力的影响因素基于切削力（切削功率），如何选择刀具几何参数和切削用量？钻削力与铣削力？问题？

24切削温度--------切削区的平均温度即为切削温度由于切削区各位置产生热量的热量、各媒介传出的热量不同，所以切削区各点的温度不同。3.3切削热---3.3.2切削温度分布25

25263.3.2切削温度分布切削去温度分布规律1）剪切区内，沿剪切面方向上各点温度几乎相同，而在垂直于剪切面方向上的温度有变化。

26273.3.2切削温度分布2）前刀面和后刀面上的最高温度点都不在切削刃上，而是在离切削刃有一定距离的地方。这是摩擦热沿前、后刀面逐渐增加的缘故。前刀面温度最高的位置（750℃）后刀面温度最高的位置（680℃）切削刃

27283.3.2切削温度分布3）在靠近前刀面的切屑底层上，温度梯度很大，这说明前刀面上的摩擦热集中在切屑底层，对切屑底层金属的剪切强度会有很大的影响。因此，切削温度上升会使前刀面上的摩擦系数下降。4）刀面的接触长度较小，因此工件加工表面上温度的升降是在极短的时间内完成的。刀具通过时加工表面受到一次热冲击。切屑底层加工表面

28Q产生=Q弹性+Q塑性+Q刀前+Q刀后Q传出=Q切屑+Q工件+Q刀具+Q介质3.3.3影响切削温度的主要因素切削条件的某项因素的增加，一方面会使产生的热量增加，但另一方面也可能会使传出的热量增加。切削温度的高低就要综合考虑产生的热量和传出的热量。29

293.3.3影响切削温度的主要因素1切削用量的影响--切削速度对切削温度的影响30结论:速度的提高切削温度升高但不会成正比分析:使温度提高的原因：1切削速度的提高单位时间内切掉的金属量增加，消耗于变形和摩擦的功增加；产生的热量随之增加，2热量的传出需要时间，切削速度的提高使产生的热两来不及向外传出；使温度降低的原因：1切削速度的提高单位切削力及切削功率减小。

303.3.3影响切削温度的主要因素1切削用量的影响---经验公式31θ--前刀面接触区的平均温度；Cθ--与工件、刀具材料等温度影响系数；Zθ、Yθ、Xθ--vc、f、ap的指数。切削用量对切削温度的影响顺序是：切削速度最大；其次是进给量；背吃刀量的影响最小

313.3.3影响切削温度的主要因素32

323.3.3-切削温度测量方法切削温度测定方法热电偶法辐射温度计法其他自然热电偶法人工热电偶法双车刀法单车刀法插入刀具法插入工件法辐射热计法PbS电池法锗光电二极管法红外线干板（或胶片）法热敏颜料法热敏电阻法量热计法金属组织观察法33

333.3.3----------自然热电偶法自然热电偶法测量切削温度示意图34

343.3.3.----------2刀具几何参数的影响分析思路：35图3.51前角对切削温度的影响刀具几何参数刀具切削部分形状切削刃的锋锐程度切削热的产生切削温度切削部分的容热体积切削刃地传出

353.3.3.----------2刀具几何参数的影响1.前角γo前角增大切削力减小，产生切削热量较少切削温度降低；前角增大容热体积减小，传出热量减少，所以当前角增大到一定程度后，切削温度降低的梯度减小36前角对切削温度的影响

363.3.3.----------2刀具几何参数的影响2.主偏角κr主偏角增大使切削温度增高的原因：切削刃工作长度减小，切削热集中；刀尖容热体积减少37主偏角对切削温度的影响3.负倒棱bγ及刀尖圆弧半径rε-----基本对切削温度无影响

373.3.3.------3工件材料的影响38工件材料的机械物理性能中，有的性能决定了切削热的产生；有的因素决定了切削热的传出。所以也是一个综合分析的问题。1）工件材料的强度、硬度等各项力学性能提高时，产生的切削热增多，切削温度升高；2）工件材料的热导率愈大，通过切屑和工件传出的热量愈多，切削温度下降愈快。决定产生切削热的性能（强度）同样的情况下，导热系数的不同决定了传出热量的不同，所以切削温度不同。

383.3.3.------3工件材料的影响39不同切削速度下几种材料的切削温度

39合金结构钢的切削温度40

404145钢的热处理状态对切削温度的影响

413.3.3----------.4其他因素的影响42刀具磨损量增大切削温度升高，磨损到一定之后影响加剧。切削液的冷却润滑效果越好，切削温度越低。

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