机械制造技术基础课件 第二章-6-02

2.5.1切削力的合成与分解2.5.2切削力的测量2.5.3切削力的经验公式与估算2.5.4切削力的影响因素规律1）切削力的来源2）切削合力及其分解3）切削功率2.5切削力1）计算切削力的指数公式2）单位切削力3）单位切削功率1）工件材料，2）切削用量，3）刀具几何参数4）刀具材料，5）切削液，6）刀具磨损1）测量机床功率计计算切削力2）用测力仪测量切削力切削力研究的意义切削力对切削机理的研究，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数，都具有非常重要的意义。在自动化生产中，还可以通过切削力来监控切削过程和刀具工作状态，如刀具折断、磨损、破损等。22.5.1切削力的合成与分解1）切削力的来源2）切削合力及其分解3）切削功率金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力的定义1）切削力的来源克服被加工材料对弹性变形的抗力。克服被加工材料对塑性变形的抗力。克服切屑与前刀面之间的的摩擦力、后刀面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦力。由切屑变形过程所需各力的总和，形成作用在刀具上的合力Fr。为了便于测量与应用，Fr可分解为相互垂直的三个分力（矢量关系）。2）切削合力及其分解主切削力Fz（切向力）其方向与主切削运动方向相反，与过渡表面相切并与基面垂直。用于计算刀具强度、设计机床部件、确定机床功率等。进给力Fx（轴向力）处于基面内并与工件轴线平行，方向与进给方向相反。用于设计进给机构、计算进给运动功率等。背向力Fy（径向力）处于基面内并与工件轴线垂直。用于计算工件挠度、刀具强度、机床部件强度等。使工件在切削过程中产生振动的力。外圆车削实验，当κr=45°，λs=0°，γ0=15°时：Fy

＝（0.4~0.5）FzFx

＝（0.3~0.4）Fz计算得到：Fr＝（1.12~1.18）Fz比例系数的变化范围与刀具材料、工件材料、刀具几何参数、切削用量、刀具磨损程度等因素有关。切削力之间的关系Pm

——消耗在切削过程中的功率，为主切削力和进给力所消耗的功率之和。因为Fy方向没有位移，所以不消耗动力。切削功率（kW）式中：FZ是主切削力，V是切削速度，Fx是进给力，nw是工件转速，f是进给量。3）切削功率式中，第二项是进给运动消耗的功率，它相对于Fz所消耗的功率来说一般很小，可以忽略(<1%-2%)。

（kW）按上式求得切削功率后，如果要计算机床电机的功率，以便选择机床电机时，还应将切削功率除以机床的传动效率，即：

机床电机功率式中ηm为机床传动效率，一般取0.75~0.85。大值适用于新机床，小值适用于旧机床。切削力的定义；切削力的来源；车削的合力与分力；切削功率定义；切削功率的计算方法。2.5.2切削力的测量1）测量机床功率计计算切削力2）用测力仪测量切削力切削力的大小，可采用测力仪进行测量，也可通过经验公式或理论分析公式进行计算。1）通过测定机床功率计算切削力用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率PE后，可按下式计算出切削功率：

如果已知切削速度v，可按下式求出主切削力：这种方法智能粗略估算出切削力的大小，不够精确，所以通常采用测力仪直接测量。测量原理：利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换处理后，得到各切削分力Fz、Fx、Fy的值。2）采用测力仪测量切削力按测力仪的工作原理可以分为机械、液压和电气测力仪。目前常用的是电阻应变片式测力仪和压电式测力仪。电阻应变片测力仪：灵敏度较高，量程范围较大，可用于静态，也可用于动态测量，测量精度较高。电阻应变片测力仪测量电流参数。压电式测力仪：这是一种灵敏度高，刚度大，自振频率高，线性度和抗相互干扰性都比较好且无惯性的高精度测力仪，特别适用于测量动态力及瞬时力。其缺点为易受湿度的影响，对连续测量稳定的或变化不大的切削力时，会产生电荷泄露，使零点漂移，以致影响测量精度。压电测力仪测量电压参数。2.5.3切削力的经验公式与估算1）计算切削力的指数公式2）单位切削力3）单位切削功率通过大量实验，由测力仪测得切削力后，所得数据用数学方法进行处理，即可得出计算切削力的经验公式。目前，在生产实际中计算切削力的经验公式约可分为两类：一类是指数公式；一类是按单位切削力计算。1）计算切削力的指数公式用指数公式计算切削力，在金属切削中得到广泛应用。常用的指数公式的形式如下：C——决定于被加工金属和切削条件的系数，K——各种因素对切削力的修正系数的积。表中刀具几何参数硬质合金刀具：κr=45°，γ0=10°，λs=0°；高速钢刀具：κr=45°，γ0=20~25°，rε=1.0mm。当刀具几何参数等条件不符时，可进行相应修正，修正系数的积KFz、KFy、KFx受到工件材料、刀具材料和刀具几何参数等条件的影响，可查阅切削用量手册（金属切削原理）计算。单位切削力p：单位切削面积上的主切削力。2）单位切削力（N/mm2）如果单位切削力已知，可由上式计算主切削力Fz。单位切削功率Ps：单位时间内切除单位体积金属所消耗的功率。ZW（mm³/s）：单位时间内的金属切除量。Pm切削功率3）单位切削功率KW/(mm3s-1)mm3/sKW对于不同材料，单位切削力不同。即使是同一材料，如果切削用量、刀具几何参数不同，单位切削力值也不相同。用硬质合金车刀车削热轧45钢（σb=0