机械制造技术基础（第3章）.ppt

由于影响切削力的因素很多，切削过程很复杂，因此，对于切削力的理论计算，国内外学者做了大量的工作，但是计算结果和实验结果还有很大的差距，因此在实际生产中都以实验测得的结果为依据，建立经验公式，现在主要测量方法有：一类是间接测量，如将应变片贴在滚动轴承外环上进行测量、测量刀架变形量等。另一类是直接测量，常用的测力仪有电阻应变片式测力仪和压电式测力仪。 3.6.3 切削力的测量 1. 电阻应变片式测力仪 将若干电阻应变片紧贴在测力仪的弹性元件的不同受力位置上，分别连接成电桥。在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生变形，使应变片的电阻值改变，破坏了电桥的平衡，即有与切削力大小相应的电流输出，经放大、标定后就可读出三个方向上的切削分力值。这种测力仪具有灵敏度高、量程范围大、测量精度高等特点。如图所示为八角环车削测力仪的测量原理。 1. 电阻应变片式测力仪 1. 电阻应变片式测力仪 2. 压电式测力仪 压电式测力仪的工作原理是利用石英晶体或压电陶瓷的压电效应来进行测量。受力时，压电材料的表面将产生电荷，电荷的多少与所受的压力成正比而与压电晶体的大小无关，用电荷放大器转换成相应的电压参数从而测量出切削力的大小。这种测力仪具有灵敏度高、线性度高和抗干扰性较好、无惯性等特点，特别适合于测量动态力和瞬间力。 3.6.4 切削力计算的经验公式和估算 1.计算切削力的指数公式: 2. 单位切削力 单位切削力 指单位切削面积上的切削力 切削力 3.6.5 影响切削力的因素 1. 工件材料的影响 工件材料的强度、硬度越高，加工硬化的程度越大，切削力越大。切削脆性材料时，被切材料的塑性变形及与前刀面的摩擦都比较小，切削力相对较小。同一材料的热处理状态不同、金相组织不同也会影响切削力的大小。 2. 切削用量的影响 （1）背吃刀量ap和进给量f 背吃刀量ap和进给量f增大时，变形抗力和摩擦力随之增大，会使切削力增大，但两者的影响程度不同。ap增大时，变形系数不变，切削力成正比增大；f增大时，切削力只增加68%～86%。 。 2. 切削用量的影响 （2）切削速度vc 切削塑性金属时，切削速度对切削力的影响与切削速度范围有关。在无积屑瘤产生的切削速度范围（高速）内，随着vc的增大，切削力减小。这是因为vc增大时，切削温度升高，摩擦因数?减小，从而使?h减小，切削力下降。在产生积屑瘤的切削速度（低速或中速）内，随着vc的增大，积屑瘤逐渐长大，刀具的实际前角也逐渐增大，从而切削力减小。当积屑瘤增长到一定程度后会自行脱落，此时刀具实际前角减小，切削力会突然增大。因此在积屑瘤形成的切削速度范围内，切削力有所波动。 3. 刀具角度的影响 （1）前角?o ?o增大，切削层的变形减小，切削力下降。同时，前角对切削力的影响程度随着切削速度的增大而减小。前角增大对切削力减小的影响程度与被加工材料的力学性能有关。切削塑性材料时，?o对切削力的影响较大；切削脆性材料时，由于切削变形很小，?o对切削力的影响不显著。 3. 刀具角度的影响 （2）主偏角 从切削力分解中可以看出，主偏角增大，切削力Fc减小，背向力Fp减小，进给力Ff增大。但是当大到一定程度后，刀尖圆弧半径的作用加大，将导致Fc增大。 （3）刃倾角 在很大范围内（?45°～10°）内变化时，对Fc基本没有什么影响。但是继续增大，Fp减小，Ff增大。 （4）刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径增大，切削变形增大。在圆弧切削刃上各点的主偏角的平均值减小，背向力增大。 4. 其他因素 （1）刀具磨损 后刀面磨损将使刀具与工件已加工表面的摩擦和挤压加剧，后刀面上的法向力和摩擦力都增大，故切削力增大。但前刀面影响比后刀面磨损对切削力的影响小。 （2）切削液 使用以冷却作用为主的切削液（如水溶液）对切削力影响很小，使用润滑作用强的切削液（如切削油）能减小刀具与工件、切屑的摩擦，从而减小切削力。 （3）刀具材料 刀具材料与工件材料间的摩擦因数直接影响切削力的大小。在相同切削条件下，陶瓷刀具切削力最小，硬质合金次之，高速钢的切削力最大。 除上述因素外，当切屑的卷曲和排屑不畅时也会使切削力增大。 3.7 金属切削过程中的切削热和切削温度 3.7.1 切削热的产生和传导 1、切削热的产生 被加工工件所消耗的能量除了一部分消耗在克服切屑的弹、塑性变形所需要的外，主要变成了热，因此说切削热的主要来源有： ① 被加工材料的弹、塑性变形产生的热量Qb。 ② 刀具前刀面与切屑摩擦所产生的热量Qm。 ③ 刀具后刀面与工件已加工表面摩擦所产生的热量Qn。 2. 切削热的传导 切削热由切屑、