机械制造技术基础课件(贾振元)lectu.pptVIP

2.4切削力与切削功率

2.4.1切削力及其来源；切削合力及其分解；

切削功率

切削力

切削加工时，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。

切削力的实际意义

计算功率消耗；

设计机床、刀具、夹具；

制定合理的切削用量；

优化刀具几何参数；

监控切削过程和刀具工作状态。;切削力的来源

1）克服被加工材料弹性变形的抗力。

2）克服被加工材料塑性变形的抗力。

3）克服切屑与前刀面的摩擦力、后刀面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦力。;切削合力F及其分解

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。

为了便于测量与应用，F可分解为相互垂直的三个分力（矢量关系）。;主切削力Fz（切向力）

与过渡表面相切并与基面垂直。

用于计算刀具强度、设计机床零件、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、机床零件强度等。

使工件在切削过程中产生振动的主要因素之一。;各分力之间的关系

F2＝Fz2＋FN2＝Fz2＋Fx2＋Fy2

外圆车削实验

当κr=45°，λs=0°，γ0=15°时：

Fy＝（0.4~0.5）Fz

Fx＝（0.3~0.4）Fz

计算得到：

F＝（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。;切削功率Pc（kW）

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。

Pc＝（Fzv＋Fxnwf/1000）×10ˉ3

进给运动消耗的功率很小，可以忽略。

Pc＝Fzv×10ˉ3

考虑机床的传动效率η，机床电动机功率：

PE≥Pc/η

η一般取0.75~0.85。;2.4.2切削力的测量;2021/4/9;常用的切削力测量仪

电阻应变片测力仪：灵敏度较高，量程范围较大，测量精度较高。

电阻应变仪——电流参数

压电晶体测力仪：灵敏度高，刚度大，线性度和抗干扰性都较好且无惯性的高精度测量仪，特别适用于测量动态力及瞬时力。

电荷放大器——电压参数;2.4.3切削力经验公式和切削力估算;2021/4/9;2021/4/9;表2.2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。;2021/4/9;（2）按照单位切削力计算切削力和切削功率

单位切削力kc（N/mm2）：单位切削面积上的主切削力。

kc＝Fz/Ac＝Fz/apf＝Fz/acaw

单位切削功率Ps（kW/mm2s-1）：单位时间内切除单位体积金属所消耗的功率。

Ps＝Pc/Qz

Qz（mm3/s）：单位时间内的金属切除量。

Qz≈1000vapf

切削功率Pc＝Fzv×10-3＝kcapfv×10-3

Ps＝kcapfv×10-3/1000vapf＝kc×10-6;2021/4/9;2.4.4影响切削力的因素;2021/4/9;2021/4/9;2021/4/9;2021/4/9;1）背吃刀量

背吃刀量增大，切削面积增大，变形力、摩擦力增大，切削力增大；不影响变形系数和摩擦系数；影响指数基本为1，与切削力成正比。

2）进给量

进给量增大，切削面积增大，变形力、摩擦力增大，切削力增大；进给量增大，变形系数和摩擦系数减小；影响指数小于1大于0，与切削力成正比。

3）切削速度

无积屑瘤条件下，切削速度提高，变形系数和摩擦系数减小，切削力减小；切削温度提高，被加工材料强度硬度降低，切削力减小；影响指数小于0，与切削力成反比。;（3）刀具几何参数

前角

主偏角

刃倾角

负倒棱

刀尖圆弧半径

1）前角

前角增大，变形系数减小，摩擦系数减小，切削力减小。

;2021/4/9;2）负倒棱;2021/4/9;3）主偏角

主偏角增大，受几何关系影响，进给力增大，背向力减小。;主偏角增大，切削厚度增大（图2.34），变形减小，主切削力减小；继续增大，受刀尖圆弧半径影响，主切削力增大。总体变化较小。

;2021/4/9;4）刀尖圆弧半径

刀尖圆弧半径增大相当于主偏角减小对切削力的影响。;5）刃倾角

刃倾角增大：主切削力不变；进给方向前角减小，进给力增大；背向方向前角增大，背向力减小。;;（5）切削液

降低摩擦力

润滑性能：矿物油，植物油。

（6）刀具磨损

前刀面月牙洼磨损，前角增大，切削力减小。

后刀面磨损，