切削用量对切削力的影响比较教材.doc

切削用量对切削力的影响比较 （陕西理工学院 机械工程学院 ） 摘 要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律；同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。 关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律 引言 金属机械加工过程中，产生的切削力直接影响工件的粗糙度和加工精度，同时也是确定切削用量的基本参数。所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。 2.金属切削加工机理 金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。 2.1切削加工原理 利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。 2.2切削变形 根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。 第Ⅰ变形区：剪切滑移区。该变 形区包括三个过程，分别是切削层弹 性变形、塑性变形、成为切屑。 第Ⅱ变形区：前刀面挤压摩擦区。 该变形区的金属层受到高温高压作用， 使靠近刀具前面处的金属纤维化。 第Ⅲ变形区：后刀面挤压摩擦区。 该变形区造成工件表层金属纤维化与 图1-2 切削层的变形区 加工硬化，并产生残余应力。 3.切削力 切削力是指切削过程中作用在刀具或工件上的力，它是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。 3.1切削力来源 根据切削变形的不同，切削过程中刀具会受到三种力的作用，即： （1）克服切削层弹性变形的抗力 （2）克服切削层塑性变形的抗力 （3）克服切屑对刀具前面、工件对刀具后面的摩擦力 3.2切削力的合成与分解 图2 - 2 切削力合力和分力 图2-2为车削外圆时切削力的合力与分力示意图。图中字母分别表示： 、——作用在车刀前刀面的正压力、摩擦力 、——作用在车刀后刀面的正压力、摩擦力 、——N1与、与的合力 ——与的合力，即总切削力 一般地，为了研究方便，将总切削力F按实际运动效果分为以下三个分力： 切削力——垂直于水平面，与切削速度的方向一致，且该分力最大。 径向切削力——在基面内，与进给方向垂直，沿切削深度方向，不做功，但能使工件变形或造成振动。 轴向切削力——在基面内，与进给方向平行。 由图2-2可知，合力与各分力之间的关系为： 其中： 。式中：——合力在基面上的分力。 3.3切削力的测定实验——单因素实验法 在切削过程中，影响切削力的因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数等。单因素实验法就是只改变一个因素，固定其它因素不变，进行试验；如此测得多组数据。最后综合考虑实验数据，得出包含多个可变因素的切削力实验公式。 以下是我搜集的部分实验数据处理后的关系曲线，如图2-3-1。从曲线中，可以得出结论：（1）背吃刀量增大，切削力 增大 （2）进给量f增大，切削力增大 （3）不同的切削速度范围，切削力变化不同 （4）与和f与成某种函数关系 图2-3-1 切削三要素对切削力的影响曲线 为了了解、f、v与可能成的函数关系，我们搜集了切削力单因素实验的部分原始数据，如下表所示。根据表中数据，利用MATLAB编程可作出对应的散点图和曲线图，如图2-3-2所示。观察曲线图，猜测、f、v与可能成指数函数关系或一次函数关系。 表1-1 f=0.2mm，v=100m/min 实验 f(mm) v(m/min) (mm) (kN) 1 0.2 100 0.5 0.023 2 1.0 0.043 3 1.5 0.063 4 2.0 0.082 5 2.5 0.101 6 3.0 0.119 7 3.5 0.137 表1-2 =1mm，v=100m/min 实验 (mm) v(m/min) f(mm) (kN) 1 1 100 0.1 0.346 2 0.2 0.562 3 0.3 0.746 4 0.4 0.912 5 0.5 1.067 6 0.6 1.212 7 0.7 1.351 表1-3 =1mm，