車床切削力與切功率計算

cpffmc--fpccfffmcpffmc--fpccfffmc切削力與切削功率切削力與切削功率切削力與切削功率計算切削力及其分解、切削功率（1）切削力產(chǎn)生與切削力分解切削加工時，刀具作用下，被切削層金屬、切屑和工件已加工表面金屬都要產(chǎn)生彈性變形和塑性變形這些變形所產(chǎn)生抗力分別作用前刀面和后刀面上同時切屑沿前刀面流出，刀具與工件之間有相對運動，還有摩擦力作用刀面和后刀面上。這些作用刀具上合力就是總切削力F，簡稱切削力。F很多因素影響，其大小方向都是不固定。便于分析切削力作用和測量切削力大小，常常將總切削力F分為如圖1-9示三個互相垂直切削分力：1)削力F是總切削力主運動方向上分力垂直與基面，是切削力中最大一個切削分力。其所消耗功率占總功率95%~99%。它是計算機床動力，校核刀具、夾具強度與剛度主要依據(jù)之一。2)背向力F是總切削力切削深度方向上分力。它基面內(nèi)，與進給運動方向垂直。圖1-9切削力分解此力作用機床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)剛度最弱方向上，容易引起振動與加工誤差，它是設(shè)計和校驗系統(tǒng)剛度和精度基本參數(shù)。3)進給力F是總切削力進給運動方向上分力。它基面內(nèi)，與進給運動方向一致。作用機床進給機構(gòu)上，是計算和校驗機床進給系統(tǒng)動力、強度及剛度主要依據(jù)之一。由圖1-9可知，總切削F與三個切削分力之間關(guān)系為（）（2）切削功率消耗切削過程中功率稱為切削功率p。切削功率為切削力F和進給力F所消耗功率之和，因背向力F沒有位移，不消耗功率。切削功率（）為（1-2式中：F—切削力（N）υ—切削速度（m/s）F—進給力（）υ—進給速度（mm/s一般情況下，F(xiàn)所消耗功率（約占1%~2%遠小于F所消耗功率，（1-2可簡化為mEmmmFcFPFfFCFCFCFpEPmEmmmFcFPFfFCFCFCFpEPFPFfFfFfpcFCFPFfMFyOFKRFSF∈FTFFFCFPFfK=k、K、、k、k、DDDpc（1-3）按上式求P后，如要計算機床電動機功率P，還應(yīng)將P除以機床傳動效率（一般取=0.75~0.85即(1-4)2.削分力經(jīng)驗公式目前，生產(chǎn)中計算切削分力經(jīng)驗公式可分為兩類：一類是按單位切削力進行計算。（1計算切削力指數(shù)公式用指數(shù)公式計算切削力是生產(chǎn)實際中或廣泛作用，其形式為(1-5)式中、C、C—決定于被加工材料和切削條件系數(shù)：x、y、n、x、y、n、x、y、n、—分別為三個分力公式中切削深度a、進給量f和切削速度指數(shù)：k、k、k、—分別為三個分力計算式中，當(dāng)實際加工條件與求經(jīng)驗公式時條件不符時，各種因素對切削分力修正系數(shù)積。設(shè)k、K、k、k、k、k分別為被加工材料力學(xué)性能，刀具前角、主偏角、刃傾角、刀尖圓弧半徑、耐用度改變時對切削分力修正系數(shù)，并以表示k、k、k，則FMFyOFKRFλSFR∈FTF

（1-6式（1-5中各系數(shù)、指數(shù)數(shù)值，以及式（1-6）中各切削條件下修正系數(shù)數(shù)值可本書有關(guān)章節(jié)中查。（2）用單位切削力計算切削力和功率位切削力p是單位切削層公稱橫截面積m2(1-7)：

）上切削力（N(1-8)式中

Fc—切削為（N）:A—切削層公稱橫截面積（m）:b—切削層公稱寬度（h—切削層公稱厚度（a—切削深度（f—進給量（mm/r單位切削功率是單位時間內(nèi)切除單位體積材料所需切削功率W/(m3/s)).cccCcc0rsy10p0rsy10cccCcc0rsy10p0rsy10(1-9)式中

Q材料切除率（m

/sυ—切削速度（m/sp—切削功率（（1-10）將Q、P、代入式（1-9），知道了單位切削力p，就可由式（1-8計算出切削力F，并用式（1-10）計算出切削功率p。單位切削力具體數(shù)值可有關(guān)文獻中查到。表1-1是硬質(zhì)合金圓車刀車削幾種常用材料單位切削力和單位切削功率。表1-1硬質(zhì)合金外圓車切削常用金屬材料時單位切削力與單位切削功率單位切工件材料

削力P/（N/mm2）F=0.3m

單位切削功率p/(kw/(mm3/8))f=0.3mm/r

實驗條件m/r類別

牌號

制造、熱處理狀態(tài)

硬度HBS

刀具幾何參數(shù)

切削用量范圍易Y40切Mn鋼Q235-A45碳40Cr素40M結(jié)nB構(gòu)38Cr鋼MoA，IA

熱軋熱軋或正火

20216681668x10-613410187212207~21219621962x10241~269

Y=15°K°λ=0°b=0前刀具帶卷屑槽

υ=90~150m/mina=1~5mmf=0.1~0.5mm/r鋼45金40Cr結(jié)38Cr構(gòu)Si

調(diào)質(zhì)（淬火及高溫回火

229285292

23052197

2305x102197x10

Y=15°,k=75°,λ=0°=0.1~0鋼

45

淬硬（淬火及低溫回火）

44(HRC)

26492649x10

.15mmY=-20°前刀面帶卷屑crsylcp0rsyl0rcrsylcp0rsyl0rc槽單位切工作材料

削力p/（N/mm2）f=0.3m

單位切削功率p/(kw/(mm/s)f=0.3mm/r

實驗條件m/r硬類名別稱

牌號

制造、熱處理狀態(tài)

度HB

刀具幾何參數(shù)

切削用量范圍S60SiMnT10A9CrSi

熱軋

269~2719627189223~228

1962x10工具鋼

Cr12Cr12MoV

退火

223~2282622060

2060x10

у°=15κ°λ=0°b=0刀面卷

υ=90~150m/mina=1~5mmf=0.1~0.5mm/r鋼

3Cr2W8

248

屑槽5CrNiMoW18Cr4VCCr15

退火

209235~2411962109

2109x10-6у=20°不銹鋼

1Cr18Ni9Ti

淬火及回火

170~1724539

2453x10

κ°,λ=0°b=0,前刀面帶卷屑槽鑄灰

HT200

退火

1701118

-6

у=15°κ=

υ=1.17~1.42m/s(70~85m/mpsyl0rsyl0rsylcp00000rsylcp0rsylcp0rpsyl0rsyl0rsylcp00000rsylcp0rsylcp0rsyl01cp鐵鑄鐵

75°λ=0°

in),a=2~10mm,f=0.1~0.5mm/r球墨鑄鐵

QT450-10

170~2014137

1413x10-6

b=0,平前刀面無卷屑槽可

у=15°κ=75°鍛鑄

KTH300-06

1701344

1344x10-6

λ=0°b=0,前刀鐵

面上帶卷屑槽鋁合金銅及銅合金

冷硬鑄鐵鑄鋁合金硬鋁合金黃銅鉛黃銅錫青銅加工銅

軋輥用ZL110ZA12H62HPb59-1ZQSn5-5-5T2

表面硬化鑄造淬或及時效冷拔熱軋鑄造熱軋

3434{f=52~0.8}553139{f=（H1}RC）2845{f=1.2}814.2{=15}45706.3{=25}833.9{801=15°}07765.2{=25}80142278735.874686.785~161990

3434x10-63139x10-62845x10-6814.2x10706.3x10833.9x10765.2x101422x10-6735.8x10686.7x101619x10-6

у=0°κ2~14°λ=0°,b=0前刀面無卷希望槽у=15°25°，κ°λ=0°=0平前刀面，無卷屑槽у=15°κ°λ=0°=0平前刀面無卷屑槽

υ=0.117m/s(7m/min)a=1~3mm,f=0.1~1.2mm/rυ=180m/min,a=2~6mm,f=0.1~0.5mm/rυ=1.83m/s(110m/min),a=2~6mm,f=0.1~0.5mm/rу=20°=90°λ=0°鉬

純鉬

粉末冶金

109

2413

2413x10-6

b=0.15mm,y=-5°,

υ=40m/min,a=1~5mm,f=0.1~0.4mm/r前刀面上帶卷屑槽pppcccc0rcrcrpsscsp∈c∈pppcccc0rcrcrpsscsp∈c∈pλ注：切削各種鋼，YT15刀片：切削不銹鋼、各種鑄鐵與銅、鋁，用YG8或YG6刀片：用片。2不加切削液。表1-2影響切削力因素影響因素工件材料切削深度、進給量f切削速度υ前角y

說明別加工材料強度越高，硬度越大，切削力就越大：工件材料加工硬化傾向性大，則切削力將增大：工件材料中添加硫，鉛等元素（易切削鋼削力減小，加工鑄鐵等脆性材料時，切削層塑性變形很小，加工硬化小，形成崩碎切屑與前刀面摩擦力小，故切削力?。和獠牧蠠崽幚頎顟B(tài)不同、金相組織不同，也會影響切削力大小。切削深度a進給量f增時，抗力和擦力增大，切削力也隨之增大，但二者對切削力影響程度不同，一般情況下，a增加一倍時，切削力約增加一倍，而f加一倍時，切削力只增加。加工塑性金屬時，切削速度υ對切削力影響呈波浪形。低速范圍內(nèi)(＜50m/min)時，切削速度增大，切削溫度升高，摩擦力逐漸減小，切削力又隨之減小。切削脆性金屬時，因塑性變形很小，切削與前刀面摩擦也小，故υ對切削力影響也小。刀具前角越大，切削層變形越小，故切削力也減小，前角對切削力影響程度切削速度增大而減小，這是高度切削時切削溫度增高，使摩擦、加工硬化程度和塑性變形都減小緣故：加工鑄鐵等脆性金屬材料時，前角對切削力影響不顯著。主偏角k刃傾角λ

r

當(dāng)切削層公稱橫截面積不變時增大，切削層公稱厚度增大，切削層變形減小，故切削力F減小，但當(dāng)k大于60°~75時，到尖圓弧半徑作用比重加大，又略有上升：k增大、F減小，F(xiàn)f增且增大較多。λ很大范圍（-40~+40）變化時，F(xiàn)沒有什么影響，但減小時，增大，減小。刀尖弧徑∈刀具材料切削液刀具磨損

λ對F影響不大。λ增大時，F(xiàn)將增大。刀具與被加工材料間摩擦因數(shù)，直接影響著切削力大小。同樣切削條件下，高速鋼刀具切削力最大，硬質(zhì)合金次之，陶瓷刀具最小。切削液潤滑性能越高，切削力降低越明顯。刀具后刀面磨損后觸摩擦增大切削力增大具前刀面上因磨損而形成月牙洼時，增大了前角，切削力減小。影響切削力因素（見表1-2）切削力測量測量切削分力方法有兩類：一類是間接測量法，例如把應(yīng)變片貼滾動軸承外環(huán)上、用為移計測量主軸或刀架變形量、測量驅(qū)動電動機耗電功率或轉(zhuǎn)差率、測量靜壓軸承壓力等，利用這些方法便可間接測量切削力大?。毫硪活愂侵苯訙y量法，主利用各種測力儀來進行測量。常用測量儀是應(yīng)變片式和壓電式兩種，其工作原理是利用切削力作用測力儀彈性元件上所產(chǎn)生變形，或作用壓電晶體上產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)換后，來測量各切削分力。（1）電阻應(yīng)變片式測力儀這種測量儀具有靈敏高度，量程范圍大，既可用語靜態(tài)、也可用于動態(tài)測量，以及測量精度較高等特點。測量儀常用電阻軟件叫做電阻應(yīng)變片。將若干電阻應(yīng)變片緊貼測量儀彈性元件發(fā)生變形，使應(yīng)變片電阻值改變，破壞了電橋平衡，有與切削力大小相應(yīng)電流輸出，經(jīng)放大、標定后就可讀出三向切削力之值。aa圖-10八角環(huán)車削測力儀及應(yīng)變片布置（2）壓電式測力儀這是一種靈敏度高，剛度大，自振頻率高，線性度和抗相互干擾都較好且無慣性高精度測力儀，特別適用于測量動態(tài)力及瞬時力。其缺點是易受濕度影響，連續(xù)測量穩(wěn)定或變化不大力時，會產(chǎn)生因電荷泄漏而引起零點漂移，影響測量精度。壓電測力儀工作原理是利用石英晶體或壓電陶瓷壓電效應(yīng)。受力時，她們表面將產(chǎn)生電荷，電荷多少與所施加壓力成正比而與壓電晶體大小無關(guān)。用電荷放大器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電壓參數(shù)，可測出力大?。ㄒ妶D1-11將幾個石英元件按次序機械排列一起，就可構(gòu)成多向力傳感器（見1-11b傳感器上力作用石英片上，石英晶體切割方向選擇不同，各受力方向上靈敏度不同，故能分別測出各個切割分力。圖-11壓電式傳感器a)

但向測力傳感器及測力系統(tǒng)

b三向測力傳感器1—壓電傳感器

2電荷放大器3—峰值電壓表4—陰極射線示波器5—光線示波器6—四氟套晶片8蓋電子束焊縫—基座

7不同直徑的鉆頭鉆孔時的轉(zhuǎn)速直徑越小轉(zhuǎn)速越高反就低直徑2二轉(zhuǎn)直徑0mm