“切削力确立与经验公式建立”的计算机辅助分析及数据处理

2 0 1 6年2月 第4 5卷 第 2期 机械设计与制造工程 M a c h i n e D e s i g n a n d M anu f a c t u ri n g E n n e e fi n g Fe b 2 Ol 6 Vo I 4 5 N o 2 D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 6 0 2 0 2 0 切削力确 立与经验公 式建立 的 计算机辅助分析及数据处理 狄 宝晶 长安大学工程机械学院 陕西 西安7 1 0 0 6 4 摘要 为 了提 高学生应用切削力经验公式解决实际问题 的能 力 提 出了 切削力确立与经验公式 建立 实验课计算机辅助教 学新模式 即在大学机械制造专业金属切 削原理的实验课 实施新 的计 算机辅助分析 计算机辅助数据处理教学方法 详细介绍 了建立 3个经验公式的过程 以及独创 的切削深度与切 削力计算机辅助二维分析 图 进给量与切 削力计算机辅助二维分析 图的应 用情 况 计算机辅助 切 削力确立与经验公式建立 的应用 不仅解决 了以往数据 处理存在的繁琐 准 确性差 耗 费时间长 数据分析不直观等难题 还有助于学生对复杂抽 象的切 削力及切 削力与 3 个切削用量的深层量化关系等 内容 的理解 该教 学模 式还可为相似的专业实验课的教 学改进提 供 新 思路 关键词 计算机 切削力 经验公式 中图分类号 T H1 6 文献标志码 A 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 6 0 2 0 0 9 5 0 3 金属切削过程中 切削用量 的大小直接影响着 切削力的大小 而 切削力又决定着 切削温度 的高 低 从而直接影响刀具的磨损 破损 使用寿命 及 工件的加工精度 已加工表面质量和产品的生产效 率 在实际生产中 切削力又是计算切削功率 制 定切削用量 了解切削状态 设计和使用金属切削 机床 刀具 夹具的必要依据 尤其是在组合 机床 加工 中心 柔性制造系统 中 切削力 的大小显 得特别重要 以往用于处理实验 中所采集数据的 方法费时费力且准确性差 无法从经验公式 中直接 获得切削速度 进给量 切削深度对切削力 的影响 规律 而计算 机辅助 切削力确立与经验公 式建 立 的应用 对学生快速 深刻地认识 研究切削力 产生的原因和计算方法 分析 和研究切削机理 了 解和掌握各切削用量对切削力影响的本质特征 提 高应用切削力经验公式处理工作中遇到 的实际问 题的能力等都有着重要 的现实意义 因此笔者在 总结多年实践经验 的基础上 独立开发 了 切削力 测量与经 验公式 建立计 算机 辅助 分析 与数据 处 理 应用软件 1 软件创作依据 切削力来源有两个方面 1 切削层金属 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 2 刀具与切屑 工件表面间的摩擦阻力 利 用材料力学原理 可 以推导出切削力 的理论公式 理论公式能够反映影 响切削力 的某些 因素间的内 在联系 有助于分析问题 但公式在推导时简化了 许多条件 故与实际切削时的情况差别较大 因而 计算出来的切削力不够精确 目前在实际应用 中大多采用经验公式计算切削力 切削力由相互 垂直的 3个分力 主切削力 F 切深抗力 F 进 给抗力 组成 一般情况下 F 比F 大得多 在 实际应用中 F 是计算切削功率和设计机床的主要 依据 本文主要讲述 的计算机辅助经验公式建 立及计算机辅助分析 切削力经验公式是以切削深度和进给量为变 量的幂 函数 F o c 口 of c 1 式 中 C 为主切削力经验公式系数 为 o 一F 图中一元回归线斜率 即经验公式变量切削深度的 指数 y 为 一F 图中一元 回归线斜率 即经验公 式变量进给量的指数 实际应用中只要求出经验公式中的 2个指数 和 1 个系数 该经验公式即可建立 收稿 日期 2 0 1 5 1 2 1 6 作者简介 狄宝晶 1 9 5 7 一 男 四川宜宾人 长安大学实验师 工程师 主要从事实验教学工作 9 5 2 0 1 6年第 4 5卷 机械设计与制造工程 2 经验公 式的建立 2 1 切 削深度与切 削力单因素法经验公式的建立 1 学生根据计算机提问输入以下数据 测力仪标定系数 0 7 5 k g 8 和应变仪 电标定系数 砭 5 0 8 m m 6 2 5 m m K o 为 八角环测力仪固有的值 是常量 为学生做实验 前根据实验条件在 Y D一1 5型应变仪上实时采集 的数据 也是常量 固定的切削速度 1 l O re ra in 和进给量 0 1 mm r 变化 的切削深度 a p l 1 m m 0 p 2 2 ram 口p 3 3mm 口 p 4 4ram 0p 5 5ram 光线示波器上显示振子发出的紫外线光点 在紫外线感光纸上的位移量 h 9 m m h 1 8 mm h 3 2 6 mm h 4 3 5 mm h 5 41 mmo 2 计算机输 出以下 内容 依次改变切削深度的情况下 相对应切削力 为 F c l 4 2 2 k g F c 2 8 4 4 k g F o 3 1 2 1 9 k g F e 4 1 6 4 1 k g F c 5 1 9 2 1 k g 并在坐标图中标明 各个切削力 根据一元回归分析 画出各切削力值在双对 数坐标 图中的回归线 输 出 回归线倾斜 角度及斜 率 即切削力经验公式指数 戈 0 9 5 1 6 单因素 切削力指数公式 中的系数 C 4 2 7 9 9 9 和 主切 削力经验公式 中的系数 C 3 8 2 9 1 4 切削深度与切削力单因素法经验公式 F 4 2 7 9 9 9 a 及切削深度与切削力单因素实验 法的双对数坐标图 0 一F o 图 1 5 0 O 3 0 0 2 o o 1 0 0 4 0 f 5 r l 2 3 4 5 6 p 4 mm 图 1 a 一F c 双对数分析 图 2 2 进给量与切 削力单 因素法经验公式的建立 1 学生根据计算机提问输入以下数据 K 0 7 5 k g K 5 0 8 8 m m 6 2 5 6 mm 9 6 固定的切削速度 1 l O re ra i n 和切削深度 n 1 m m 变 化 的进给 量 0 1 m m r f 2 0 2 m m r f 3 0 3 mm r 0 4 mm r 0 5mm r 振子光点各位移量 h 9 m m h 1 7 mm h3 2 3 mm h 4 2 9 mm h5 3 4ram 2 计算机输 出以下内容 依次改变进给量 相对应的切削力的值为 F 1 42 2k g Fa 7 9 6k g Fc 3 1 0 7 8k g F 1 3 5 8 k g F c 5 1 5 9 3 k g 并在坐标图中标明 各个切削力 根据一元回归分析 画出相对应各切削力值 在双对数坐标 图中的回归线 输 出回归线倾斜角度 及斜率 即切削力经验公式指数 Y 一 0 8 2 4 8 单 因素切削力指数公式中的系数 C 2 0 8 9 5 9 9 和 主切削力经验公式 中的系数 c 2 8 8 9 5 9 进给量与切削力单因素法经验公式 F 2 0 8 9 5 9 9 f 及进给量与切削力单 因素实验法 的双对数坐标 图 厂一 图 2 5 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 j f mm r 1 图 2 f一 双对数 分析 图 2 3主切 削 力经验公 式 的建 立 将 主 切 削 力 经 验 公 式 中 最 终 系 数 C C F C F 2 3 3 5 9 3 7及指数 F 0 9 5 1 6和 指数 Y 0 8 2 4 8代人式 1 建立主切削力经验 公式 F 3 3 5 93 7 蚓 3 软件应 用扩展 除了以上功能 该软件还能 自动输出切削深度 与切削力计算机辅助二维分析图 图 3 和进给量 与切削力计算机辅助二维分析图 图 4 从 图3 可 以看 出 当切 削速度 和进给速 度 固 2 0 1 6年第 2期 狄宝晶 切削力确立与经验公式建立 的计算机辅助分析及数据处理 f m m r 1 图3 f一 二维分析图 图 4 n 一F o 二维分析图 定 切 削 深 度 分 别 取 0 2 mm 0 4 m m 0 6 ra m 0 8 m m 时 得到的4条曲线单调上升 而且曲线有 一 定的弧度 从 图4可以看出 当切削速度和切削 深度固定 进 给速度分别取 0 I mm r 0 2 4 m m r 0 3 m m r 0 4 m m r 时 得到的 4条曲线单调上升 且几乎是直线 由此可知切削深 度对切 削力 的影 响要大于进给量对切削力的影响 曲线单调上升的 速度随着切削深度或进给量的增加 而增加 通过 对图 3 图 4的仔细分 析研究 能让学生更深刻 了 解各切削用量对切削力 的影响规律 领会切削力经 验公式的本质特征 从而提高学生应用切削力经验 公式解决实际问题的能力 4结束语 在金属切削过程 中 影响切削力的因素除 了切 削深度和进给量外 还有切削速度 工件材料 刀具 几何参数 刀具磨损 切削液 刀具材料等 而本文 给出的计算机辅助分析与数据处理方法通用性强 通过本方法建立相应的经验公式 能够快速有效地 解决实际问题 本文介绍 的软件是 金属切 削 D B J计算机辅 助分 析与计算 系统 的第 3部 分 其 他部分依 次 为 车刀角度测量 切削变形 的观察和测量 切削温 度的测量及经验公式的建立 刀具磨损及 关 系的确定 的计算机辅助分析与数据处理 参考文献 1 陆剑中 孙家宁 金属切削原理与刀具 M 5版 北京 机械 工业 出版社 2 0 1 2 4 6 5 3 2 周泽华 金属切削原理 M 2 版 上海 科学技术出版社 1 9 9 8 7 9 9 7 3 陈日曜 金属切削原理 M 2 版 北京 机械工业出版社 2 0 0 5 7l一9 2 Th e c o mp ut e r a i d e d a na l y s i s a nd d a t a pr o c e s s i n g f o r t h e e s t a b l i s h me n t o f c u t t i n g f o r c e a n d e mp i r i c a l f o r mu l a D I B a o j i n g S c h o o l o f C o n s t r u c t i o n Ma c h i n e r y C h a n g h n U n i v e r s i t y S h a a n x i X i a n 7 1 0 0 6 4 C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t O y e a r s o f t h e p r a c t i c a l e x p e r i e n c e i t s u mma r i z e s a n d e s t a b l i s h e s a n e w mo d e o f t h e c o rn p u r e r a i d e d a n a l y s i s a n d d a t a p r o c e s s i n g f o r t h e e s t a b l i s h me n t o f c u t t i n g f o r c e a n d e mp i ri c a l f o r mu l a Me a s u r e me n t o f c u t t i n g f o r c e a n d t h e e s t ab l i s h me n t o f e mp i ric a l f o r mu l a i s a n i mp o r t a n t c o n t e n t o f ma c h i n e r y ma n u f a c t u r i n g p r o f e s s i o n al t he o r y c l a s s a t the u ni v e rsi t y Th e da t a p roc e s s i ng me t h o d tak e n i n the p ast i s c o mp l i c a t e d a n d i n a c c u r a c y An d t h e d a ta an aly s i s i s n o t i n t u i t i v e I t g mo r e d i f fi c u l t for s t u d e n t s t o u n d e rst a n d t h e l e a rni n g c o n t e n t wh i c h i s c o mp l e x a n d ab s t r a c t T h e c o mp u t e r a i d e d a n a l y s i s a n d d a t a p r o c e s s i n g a d a p t t o e s p e c i a l l y c r e a t i v e l y i n c r e asi n g t h e c u t t i n g d e p t h a n d c u t t