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文档简介
3 4切削力 在切削加工中 切削力是一个非常重要的参数 切削热 刀具磨损等物理现象都与切削力有关 切削力还是设计和使用机床 刀具 夹具的重要依据 1 一 切削力 切削合力与分力 切削功率 1 切削力切削时 使被加工材料发生变形成为切屑所需的力称为切削力 切削力来源于以下两个方面 1 克服切削层材料和工件表面层材料对弹性交形 塑性变形的抗力 2 克服刀具与切屑 刀具与工件表面间摩擦阻力所需的力 2 2 切削合力及分解上述各力的总和形成作用在刀具切削部位上的合力F 为了便于测量和应用可将F分解为Fc Fp和Ff三个互相垂直的分力 Fc垂直于基面 与切削速度Vc的方向一致 称为切削力 也称切向力 主切削力 Fc是计算切削功率和设计机床的主要参数 3 Fp平行于基面 并与进给方向 即工件轴线方向 相垂直 称为背向力 也称切深抗力 径向力 Fp会使机床加工系统 含机床 刀具和工件 产生变形 对加工精度的影响较大 Ff平行于基面 并与进给方向平行 称为进给力 也称轴向力 Ff是设计机床进给机构或校核其强度的主要参数 4 在上述三个分力中 Fc值最大 Fp约为 0 15 0 7 Fc Ff约为 0 1 0 6 Fc 5 3 切削功率消耗在切削过程中的功率称为切削功率 用Pc kw 表示 因为在Fp方向位移极小 可忽略不计 所以可以近似认为Fp不作功 不消耗功率 切削功率为Fc和Ff作功所消耗的功率之和 上式中括号内第二项是Ff消耗的功率 与第一项相比很小 一般小于1 可忽略不计 因此 可以认为根据切削功率选择机床电动机时 还要考虑机床的传动效率 机床电动机的功率PE应为 式中 m 机床传动效率 一般取为0 75 0 85 6 4 单位切削力的概念单位切削面积上的切削力称为单位切削力 用Kc N mm2 表示 hD 切削厚度 bD 切削宽度 7 二 切削力的测量及切削力经验公式用测力仪测出切削力 再通过对实验数据的处理 可求得计算切削力的经验公式 在生产实际中 一般都用经验公式来计算切削力 1 切削力的测量目前常用的测力仪有电阻式测力仪和压电式测力仪 图示为切削力测量系统 测力仪输出的模拟信号经A D转换成数字信号后输入计算机 计算机对测试数据进行处理后即可求得切削力经验公式 在自动化生产中 还可以用测力系统测得的切削力信号实时监控和优化切削过程 8 2 切削力经验公式 生产实际中应用比较广泛的切削力经验公式为 9 三 影响切削力的因素 1 工件材料的影响 1 被加工材料的强度愈高 硬度愈大 切削时产生的变形阻力愈大 切削力就大 2 材料在加工过程中硬化系数大 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 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 切削脆性材料时形成崩碎切屑 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力的大小 如钢在正火 调质 淬火状态下的硬度不同 因此切削时的切削力也不同 10 2 切削用量对切削力的影响 1 切削深度ap和进给量f对切削力的影响 是通过切削面积AD的影响而达到的 当切削深度和进给量增大都会使切削面积AD增大 AD apf 从而使变形力和摩擦力增大 切削力则随之增大 但ap和f两者对切削力的影响大小不同 在用高速钢或硬质合金刀具加工金属时 切削深度ap增大一倍 切削力Fc也增大一倍即 Fc Cap 2ap 2Capap 11 进给量f增大 切削厚度也成正比地增大 hD f sinKr 但hD增大时变形系数减小 摩擦系数也降低 这又会使切削力减小 上述分析可知 加大进给量比加大切削深度消耗的能量更少 指数ap的指数为1f的指数小于1 12 2 切削速度对切削力的影响 用实验方法可知切削速度对切削力的影响规律不是呈单调的曲线 而是随切削速度不同而变化的 在用YTl5硬质合金车刀加工45钢时 当v50m min时 切削力随之减小 这是因为切削速度增高后 摩擦系数 减小 剪切角 增大 变形系数减小 从而使切削力减小 另一方面 切削速度v增高 切削温度也增高 使被加工金属的强度和硬度降低 也会导致切削力的降低 13 加工铸铁时 切削速度v对切削力的影响不大 因为加工铸铁时形成崩碎切屑 其塑性变形小 切屑对前刀面的摩擦力小 所以对切削力的影响不大 14 3 刀具几何参数对切削力的影响刀具几何参数中对切削力影响最大的是前角 o 其次是主偏角Kr 以及与前角有关的负倒棱和与主偏角有关的刀尖圆弧半径r 和刃倾角 s 15 1 前角对切削力的影响在加工钢时 前角增大 切削力减小 因为前角增大时剪切角 随之增大 金属塑性变形减小 变形系数 减小 沿前刀面的摩擦力也减小 因此切削力降低 加工脆性金属 如铸铁 青铜时等 时 由于切屑变形和加工硬化很小 所以前角对切削力的影响不显著 16 2 主偏角Kr对切削力的影响主偏角Kr对三个切削分力Fz Fy Fx的影响程度不同 从实验曲线图中看出 17 a 主偏角增大对Fc的影响一般不超过10 随主偏角的改变 切削厚度与切削刃曲线部分长度的变化 18 b 主偏角Kr的变化对Fp和Ff的影响Fp FncosKr Ff FnsinKr 19 3 刃倾角 s对切削力的影响当 s变化时 会改变合力F的方向 从而影响Fp和Ff分力的大小 20 4 负倒棱对切削力的影响前刀面上的负倒棱b 1 对切削力有一定的影响 在正前角相同时 对有负倒棱的车刀 由于切削时的切屑变形比无负倒棱的大 所以切削力有所提高 无论加工钢或铸铁都是这样 21 5 刀尖圆弧半径r 对切削力的影响r 增大相当于是Kr减小时对切削力的影响 22 4 刀具磨损后刀面磨损增大时 后刀向上的法向力和摩擦力都增大 故切削力增大 5 切削液使用以冷却作用为主的切削液 如水溶液 对切
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