中科大金属切削原理课件第3章 切削力

金属切削原理PrincipleofMetalCutting第三章切削力主要内容切削力的产生切削力的影响因素切削力的测量切削力的经验公式建立§3-1切削力的来源切屑的弹塑性变形抗力工件的弹塑性变形抗力后刀面与工件的摩擦力前刀面与切屑的摩擦力§3-2切削合力、分力和切削功率

1.切削合力、分力2.切削分力的作用-Fz主切削力(切向分力)Fz使车刀产生弯矩，是计算切削功率的依据。2.切削分力的作用-Fy吃刀抗力(径向分力)Fy使工件产生弯曲，影响加工精度，是计算系统刚度的依据。2.切削分力的作用-Fx进给抗力(轴向分力)Fx作用在进给结构上，是计算进给机构强度的依据3.Fx、Fy和Fz的比较Fz:Fy:Fx=1:0.4:0.25Fr=(Fz2+Fy2+Fx2)0.5Fr=1.11Fz4.切削功率切削功率是各切削分力功率的总和，车削过程中可以简化为，第二项忽略不计§3-3影响切削力的因素工件材料切削用量刀具几何参数刀具磨损切削条件刀具材料一.工件材料强度硬度

τsξ，Fr同样的ξ，强度硬度，Fr同样的Fr，强度硬度，ξ强度硬度相同，塑性

μFr二.切削用量

1.apap

1倍

Ac1倍ac’(严重变形部分)比例不变Fr1倍ap2apfac’ac2.fap

1倍Ac1倍ac’(严重变形部分)比例Fr68-86%ap2fac’2acf3.VBUEroeFBUEroeFθ，μ，ξ，t变

FABA：BUE最大B：BUE消失4.切削用量对F的影响ap>f>v从降低切削力出发，选用大的v和f比ap有利三.刀具几何参数

1.γ0γ0

切入工件困难，ξF加工塑性较大的材料，γ0的影响比加工塑性小的金属显著2.κrΚr

ac

ξFzΚr

参加切削的圆弧

ξ

Fz

Κr

γ0’Fz

Κr

影响Fx和Fy的比例Κr

Fz

先后，变化10％左右3.λsF与v的夹角不直线上升切削刃lse

Fz

lse

Fz

－45°15°⊥切削刃的分力Fy

⊥切削刃的分力Fx

4.rεrε

参加切削的圆弧，切削刃上的平均κr

Fy

，Fx

rε

圆弧刃上变形

Fz稍§3-4切削力的测量测力仪的种类电阻应变式测力仪及其工作原理电阻应变式测力仪八角环电阻应变式测力仪一.测力仪的种类机械式-位移液压式-位移电阻式-应变（电阻应变片）压电式-应力（压电晶体）1.电阻应变片种类金属式丝式箔式半导体式材料康铜和镍铬合金φ在0.012-0.05mmR在100Ω以上(1)测量电路当R1R4=R2R3时，ΔU=0，电桥平衡(2)测力原理R1，R4受拉伸电阻变大R2，R3受压缩电阻变小ΔU输出与Fz成正比通过事先标定曲线，由ΔU知FzFzΔU2.八角环电阻应变式测力仪不受干扰的测出Fz，Fx，Fy使用上下两个扁圆环组成(1)应变圆环Fy和Fx共同作用：R1、R2、R3、R4测Fy，R5、R6、R7、R8测Fx，分别接入两个电桥电路。Fx作用PR点R5R6拉应力，QS点R7R8压应力，两个BD结点无应变Fy作用R1R2拉应力，R3R4压应力PQRS无应变(2)八角环圆环的缺点不易固定夹紧在Fx作用下有滚动的可能与壳体为线接触，接触变形大，刚度差将它一切两半，制成近似39.6°的八角环式，安装可靠，刚性好，贴片方便(3)布片与电桥(4)三向分力互不干扰Fy和FxFy和FzFy作用下Rz1Rz2Rz3Rz4电阻增量相同Fz作用下Ry1Ry2Ry3Ry4受压缩；Ry5Ry6Ry7Ry8受拉伸，相互抵消，不破坏平衡条件Fx和FzFx作用下Rx1Rx2Rx3Rx4无变化Fz作用下Rx1Rx2Rx3Rx4受压缩；Rx5Rx6Rx7Rx8受拉伸；相互抵消3.电阻应变仪的小结测力仪弹性元件电桥应变仪（动态）记录仪切削力变形ΔU放大4.压电式测力仪(1)刚性好，灵敏度高可测试动态切削力压电效应：某些晶体外力作用下产生电场，外力去除后，重新回到不带电的状态使用最多的是石英SiO24.压电式测力仪(2)纵向压电效应横向压电效应剪切压电效应§3-5切削力的经验公式的建立切削力实验方法单因素法：改变一个因素而使其他因素保持不变，测出切削力多因素法：同时改变多个因素，测出切削力数据处理方法图解法最小二乘法1.经验公式Kfz:试验条件的修正系数CFz:系数，等于ap=1,f=1,v=1时的切削力xFz:ap对切削力的影响程度yFz:f对切削力的影响程度zFz:v对切削力的影响程度2.计算示例计算切削力公式(1)确定试验条件校准测力仪，选定工件材料、刀具材料、刀具几何参数、切削速度等实验条件实验条件工件材料45钢（正火）HB187刀具结构材料规格前角后角副后角主偏角副偏角刃倾角刀尖圆弧半径外圆YT154K1615º7º5º75º15º0º0.2切削用量工件直径dw

mm

转速nr/min

切削速度vr/min8138096(2)固定f，测量ap与Fz关系固定f=fo=0.3，改变ap(ap=1,2,3,4)，测出并记录不同ap对应的切削力Fz，在双对数坐标图上绘出lgFz=f(ap)关系图f=fo=0.3ap(mm)1234Fz

(N)627.81130.11757.92385.7lgFz2.7978213.0531173.2449943.377616(3)确定Fz与ap的关系lgFz=f(ap)关系图600算截距，ap＝1，Fz＝600N量斜率得Fz=600*ap(4)固定ap

，测量f与Fz关系固定ap=apo=3，改变f(f=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)，测出并记录不同f对应的切削力Fz，在双对数坐标图上绘出lgFz=f(f)关系图ap=apo=3f(mm)0.10.20.30.40.5Fz

(N)627.81255.61757.9219.742762.5lgFz2.79783.09883.2452.3423.441(5)确定f与ap的关系lgFz=f(f)关系图4900算截距，f＝1，Fz＝4900N量斜率得Fz=4900*f0.84(6)求系数CFz当f=f0=0.3mm/rCFz·ap·(0.3)0.84=600apCFz=600/(0.3)0.84≈1648当ap＝3mm时CFz

·(3)1·

f0.