第四章 切削力

1、金屬切削原理與刀具程程祥祥山東理工大學機械工程學院山東理工大學機械工程學院20122012年年3 3月月 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容切削力的來源、切削合理及其分解，切削功率切削力的來源、切削合理及其分解，切削功率切削力的測試及切削力的計算切削力的測試及切削力的計算切削力的指數(shù)公式和切削力的預(yù)報及估算切削力的指數(shù)公式和切削力的預(yù)報及估算影響切削力的因素影響切削力的因素 3個變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力 切屑、工件與刀具間摩擦力 車刀上的合力為Fr，分解為Fx, Fy, Fz Fz （國標Fc ）切向力，切于過渡表面，強度和功率計算依據(jù)。 Fx （Ff ）進給力，處于基面內(nèi)，與工件軸線平行，與走刀方

2、向相反的力，是設(shè)計走刀機構(gòu)和進給功率計算依據(jù)。Fy （Fp ）切深抗力，處于基面內(nèi)，與工件軸線垂直的力，預(yù)測工件加工精度有關(guān)的工件撓度，計算機床零件和車刀強度依據(jù)。 切削功率為Fx, Fz所消耗功率之和， Fy不做功 其中Fx所做功率小于 Fz所做功率，僅占1%-2%，因此一般略去不計書上單位有錯誤（書上單位有錯誤（m/sm/s）P.57P.57式中 機床傳動效率，通常= 0.750.85 ()mEPPKW 式中 機床傳動效率，通常= 0.750.85 v 切削速度 m/s()mEPPKW310()mcPFKNv常用的測力儀有：電阻應(yīng)變片式和壓電式測力儀計算機僅起到輔助作用，如數(shù)據(jù)采集和處理式

3、中 CFz , CFy , CFx 與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)； xFz , xFy , xFx 切削深度ap 對切削力影響指數(shù)； yFz , yFy , yFx 進給量 f 對切削力影響指數(shù)； KFz , KFy , KFx 考慮切削速度、刀具幾何參數(shù)、刀具磨損等因素影響的修正系數(shù)。 式中各系數(shù)、指數(shù)見表式中各系數(shù)、指數(shù)見表4-1表表4-4P61；或通過相關(guān)手冊進行查詢；或通過相關(guān)手冊進行查詢 切除單位切削層面積的主切削力（令修正系數(shù)KFc =1）指單位時間切除單位體積 V0 材料所消耗的功率 切削力的指數(shù)公式及其預(yù)報和估算切削力的指數(shù)公式及其預(yù)報和估算指數(shù)公式的建立有許多途徑：單因素實驗法，

4、多因素實驗法實驗數(shù)據(jù)的處理方法：圖解法，回歸分析法，計算機處理法以下以單因素實驗法中的圖解法和最小二乘法為例說明。1.圖解法圖解法圖解法和最小二乘法在車削中只改變ap，用測力儀進行測量，結(jié)果標在雙對數(shù)坐標紙上，如圖所示，形成近似一條直線，方程為：即：同理，可以得到切削力與進給量的經(jīng)驗關(guān)系式：綜合以上，可得到綜合了兩者的經(jīng)驗公式：圖解法特點：簡單，直觀，但誤差較大圖解法特點：簡單，直觀，但誤差較大切削力的指數(shù)公式及其預(yù)報和估算切削力的指數(shù)公式及其預(yù)報和估算2.最小二乘法最小二乘法是一種較精確的經(jīng)驗公式建立方法如圖所示，以各個實驗點與直線間距離的偏差（di）的平方和為最小的最小二乘法原理進行擬合，

5、得到較為精確的回歸直線，求出回歸系數(shù)a和b，從而得到公式。具體步驟：建立平方和公式偏微分=0得到a和b按照如圖解法中那樣得到公式用多因素實驗法時，一般采用正交設(shè)計或者Taguchi 方法來設(shè)計實驗，采用多元回歸分析來處理各個變量之間的相互關(guān)系。 4.4 影響切削力的因素影響切削力的因素強度高 硬度大加工硬化傾向大切削力大化學成分、熱處理狀態(tài)、塑性等 例如：60Si2Mn，熱處理前HRC25-30，淬火后HRC40-4545鋼：正火HBS187，調(diào)質(zhì)HBS229，淬火HRC44 4.4 影響切削力的因素影響切削力的因素以主切削力Fz來看：背吃刀量（切削深度）與切削力近似成正比；進給量增加，切削力

6、增加，但不成正比； 4.4 影響切削力的因素影響切削力的因素切削速度對切削力影響復(fù)雜 5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）切削速度對切削力的影響（塑性材料） 前角0對切削力影響最大， 0增大，切削力減小 前角對0切削力的影響前角0切削力F0 - Fc0 Fp0 Ff 負倒棱b1的影響 通過寬度通過寬度b b1 1 與與f f 之比之比來影響切削力的，比值來影響切削力的，比值增大增大, ,切削力增大。切削力增大。當切鋼當切鋼b b11/ /f f 55或或切鑄鐵切鑄鐵b b11/ /f f 33時，時，切削力趨于穩(wěn)定，接切削力趨于穩(wěn)定，接近于負前角的狀態(tài)。近于負前角的狀態(tài)。 負倒棱b1的影響 主偏角r 對主切削力影響不大（10%），對吃刀抗力和進給抗力影響顯著（ r Fy，F(xiàn)x expand the content） 刀尖圓弧半徑 r 對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著 （ r Fy，F(xiàn)x）刃傾角s的影響與主偏角相似，刃傾角s對主切削力影響不大，對吃刀抗力和進給抗力影響顯著 （s Fy，F(xiàn)x） 刀具材料：與工件