第四章 切削力.ppt

1、第四章 切削力,4.1 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率,切削力 切削加工时刀具刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需的力。 一、切削力来源 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力。即工件材料被切过程中所发生的弹性变形和塑性变形的抗力。 切屑、工件与刀具间摩擦力。即切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面和已加工表面之间的摩擦力。,切削合力 Fx = FNsin Fy = FNcos 切削分力 主切削力Fz 切于过渡表面并与基面垂直 (切削力或切向力) 进给抗力Fx 处于基面内并与工件轴线平行 (进给力或轴向力) 切深抗力Fy 处于基面内并与工件轴线垂直 (背向力、径向力、吃刀

2、力),二、切削合力及其分解,三、切削功率 消耗在切削过程中的功率称为切削功率m。是Fz、Fx所消耗的功率之和。Fy方向没有位移，不消耗功率。所以,式中: nw工件转速(r/s)。,因Fx相对于Fz所消耗的功率来说一般很小，可略去不计。 因而,Pm=Fzvc10-3,测定机床功率及计算切削力 Pm=PEm 用测力仪（机械、液压和电气测力仪）测量切削力 多采用电阻应变片式测力仪，压电式测力仪 采用单片机微机进行切削力数据采集和处理,4.2 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试,一、切削力指数公式,式中: Fz、Fy、Fx:分别为主切削力、切深抗力、进给抗力； CFz , CFy , CFx :决定

3、于被加工材料和切削条件的有关系数； xFz、yFz、nFz、xFy、yFy、nFy、xFx、 yFx、 nFx:分别为三个分力公式中，背吃刀量ap、进给量f和切削速度vc的指数； KFz , KFy , KFx :考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。,4.3 切削力的指数公式和切削力的预报及估算,二、单位切削力 切除单位切削层面积的主切削力,通过实验求得p后， 则可通过上式求得主切削力Fz。,式中: Zw单位时间内的金属切除量（mm3s-1）。,整理后得,三、单位切削功率 单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率称为单位切削功率Ps。,通过实验求得p后，反过来可以求得Pm

4、，然后再计算Fz。,四、 机床电机功率 在设计机床选择电机功率PE时，应按下式计算,式中 m 机床传动效率，通常= 0.750.85,4.4 影响切削力的因素,切削力来源于工件材料的弹塑性变形及刀具与切屑、工件表面的摩擦，因此凡是影响切削过程中材料的变形及摩擦的因素都影响切削力。 影响因素主要为：工件材料；切削用量；刀具几何参数；其他因素。,由 可知， 被加工材料的抗剪变形、 切削面积愈大， 剪切角、 前角愈小， 则切削力愈大。 具体分析如下：,一、工件材料 工件材料是通过材料的剪切屈服强度s、塑性变形、切屑与前刀面间摩擦系数等条件影响切削力的。 工件材料强度、硬度愈高，材料的剪切屈服强度s越

5、高大,切削力越大。材料的制造和热处理状态不同，得到的硬度也不同，切削力随着硬度提高而增大。 还受加工硬化程度的影响。,工件材料的塑性或韧性越高，切屑越不易折断，使切屑与前刀面间摩擦增加，故切削力增大。例如，不锈钢1Cr18Ni9Ti的硬度接近45钢， 但延伸率是45钢的4倍，所以同样条件下产生的切削力较45钢增大25。 在切削铸铁等脆性材料，由于塑性变形很小， 崩碎切屑与前刀面的摩擦小，故切削力小。,背吃刀量与切削力近似成正比； 进给量增加，切削力增加，但不成正比； 切削速度对切削力影响复杂,二、切削用量,1、 背吃刀量ap、进给量f ap、f增大，切削宽度aw、切削厚度ac增大，切削面积Ac

6、增大，抗力和摩擦力增加， 则切削力增大，但影响程度不一。因刀刃钝圆半径r的关系，刃口处的变形大，ap增大时(如图 (a)所示)，该处变形成比例增大；f增大时(如图(b)所示)，该处变形比例基本不变，而ac变大，变形减小。所以增加ap时切削力的增大较f的增大影响明显。一般切削力实验公式中ap的指数接近于1；f的指数接近于0.75也可说明这一点。 可见，在同样切削面积下，采用大的f较采用大的ap省力。,图 ap、f对切削力的影响 (a) ap; (b)f,2、 切削速度vc 切削塑性金属时，vc对切削力的影响如同对切削变形影响的规律，是由积屑瘤与摩擦的作用所造成的。当vc35 m/min时，vc大

7、，切削温度高，减小，增大，则减小，致使切削力减小。 加工铸铁时曲线如图412（P69） v对切削力影响不大。,三、 刀具几何参数 1、 前角o 前角0 增大，切削力减小 加工钢料时，由式可知，o增大，减小，则切削力减小；加工铸铁等脆性材料时，因变形和加工硬化小，o对力的影响不显著。,负倒棱为沿主切削刃磨出负前角和宽度为br1 的窄棱面，即第一前面。 前刀面上的负倒棱 (如图所示)有利于增强刀刃强度，但也增加了切屑变形程度，所以使切削力增大。,2、 负倒棱,负倒棱是通过其宽度对进给量之比来影响切削力的。br1/f增大时，切削力增大。到一定值后趋于稳定，临界值取决于刀屑接触长度。当大于接触长度时，

8、前刀面上的正前角不起作用。,3、主偏角r r的变化将改变切削层形状和分力Fx、Fy的比值(如图所示)。,图 r对切削面积和分力的影响 (a) 改变切削层形状; (b）影响分力比值,r对Fz的影响规律：在ap、f相同的情况下，r增大，ac增大，变形减小，Fz减小；但当r增至6075之间时，曲线上出现了转折， Fz逐渐增大。这是因为：r增大使刀尖圆弧部分成比例增大(如图所示)，切屑向圆弧中心排挤量增加，加剧了变形；圆弧部分的切削厚度ac是变化的，且比直线刃的小。 故变形力大些。 r与Fx、Fy的关系，由图可得,Fx=FNsinr Fy=FN cosr,其影响规律见图。Fx随r增大而增大，Fy随r增

9、大而减小。长径比超过10的细长轴，刚性差，加工时为避免振动， 提高加工精度，宜用大r，如常用的r 93的偏刀。,图 r对切削力的影响,图 r与刀刃曲线部分的关系 (a) r小; (b) r大,当ap、 f、r不变时， r增大，将使曲线部分各点的ac、r减小。 r增大对Fx、Fy要比对Fz的影响大。 所以当工艺系统的刚性较差时， 宜用小r。 刀尖圆弧半径对切削力的影响与 r/ ap有关。,4、刀尖圆弧半径r。,图 r对切削力的影响,5、刃倾角s。 实验证明，s对Fz的影响不大，但对Fx、 Fy的影响较大。s增大，背吃刀力Fy方向的前角p增大，Fy减小；而进给抗力Fx方向的前角f减小，则Fx增大。

10、,图 s对切削力的影响, 前角0 ，切削力 负倒棱br1 ，切削力 主偏角r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ r Fy，Fx）, 与主偏角相似，刃倾角s对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ s Fy，Fx） 刀尖圆弧半径 r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗力影响显著（ r Fy，Fx） ；,四、其它 刀具材料：刀具材料与被加工材料间的摩擦系数影响切削力的变化。如硬质合金的值随钴含量的增多和碳化钛含量的减少而提高，故使用含钴量多的硬质合金刀片，切削力将增大；YT类硬质合金的摩擦系数较高速钢小，可使Fz下降510，而YG类硬质合金则基本与高速钢相同，陶瓷刀片导热性小，在较高的温度下工作时因摩擦降低， 切削力减小图425。 切削液：有润滑作用，可减小摩擦，使切削力降低 ； 后刀面磨损：刀具的磨损量加大时， 使切削力增大，对吃刀抗力Fp的影响