切削力計算的經(jīng)驗公式

./切削力計算的經(jīng)驗公式通過試驗的方法,測出各種影響因素變化時的切削力數(shù)據(jù),加以處理得到的反映各因素與切削力關(guān)系的表達式,稱為切削力計算的經(jīng)驗公式。在實際中使用切削力的經(jīng)驗公式有兩種：一是指數(shù)公式,二是單位切削力。1．指數(shù)公式主切削力<2-4>背向力<2-5>進給力<2-6>式中Fc————主切削力〔N；Fp————背向力〔N；Ff————進給力〔N；Cfc、Cfp、Cff————系數(shù),可查表2-1；xfc、yfc、nfc、xfp、yfp、nfp、xff、yff、nff指數(shù),可查表2-1。KFc、KFp、KFf修正系數(shù),可查表2-5,表2-6。2．單位切削力單位切削力是指單位切削面積上的主切削力,用kc表示,見表2-2。kc=Fc/Ad=Fc/<ap·f>=Fc/<bd·hd><2-7>式中AD切削面積〔mm2；ap背吃刀量〔mm；f-進給量〔mm/r；hd切削厚度〔mm；bd切削寬度〔mm。已知單位切削力kc,求主切削力FcFc=kc·ap·f=kc·hd·bd<2-8>式2-8中的kc是指f=0.3mm/r時的單位切削力,當實際進給量f大于或小于0.3mm/r時,需乘以修正系數(shù)Kfkc,見表2-3。表2-3進給量?對單位切削力或單位切削功率的修正系數(shù)Kfkc,Kfpsf/<mm/r>0.10.150.20.250.30.350.40.450.50.6Kfkc,Kfps1.181.111.061.0310.970.960.940.9250.9切削力的來源、切削分力金屬切削時,切削層及其加工表面上產(chǎn)生彈性和塑性變形；同時工件與刀具之間的相對運動存在著摩擦力。如圖2-15所示,作用在刀具上的力有兩部分組成：1.作用在前、后刀面上的變形抗力Fnγ和Fnα;2.作用在前、后刀面上的摩擦力Ffγ和Ffα。這些力的合力F稱為切削合力,也稱為總切削力?？偳邢髁可沿x,y,z方向分解為三個互相垂直的分力Fc、Fp、Ff,如圖2-16所示。主切削力Fc總切削力F在主運動方向上的分力；背向力Fp總切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力；進給力Ff總切削力在進給運動方向上的分力。車削時各分力的實用意義如下：主切削力Fc作用于主運動方向,是計算機床主運動機構(gòu)強度與刀桿、刀片強度及設(shè)計機床夾具、選擇切削用量等的主要依據(jù),也是消耗功率最多的切削力。背向力Fp縱車外圓時,背向力Fp不消耗功率,但它作用在工藝系統(tǒng)剛性最差的方向上,易使工件在水平面變形,影響工件精度,并易引起振動。Fp是校驗機床剛度的必要依據(jù)。進給力Ff作用在機床的進給機構(gòu)上,是校驗進給機構(gòu)強度的主要依據(jù)。影響切削力的主要因素1.工件材料的影響工件材料的物理機械性能、加工硬化能力、化學(xué)成分和熱處理狀態(tài),都對切削力產(chǎn)生影響。由表2-2可以看出,工件材料的硬度愈高,則切削力愈大。工件材料雖然硬度、強度較低,但塑性、韌性大,加工硬化能力大,其切削力仍很大。如1Cr18Ni9Ti等不銹鋼。在普通鋼中添加含硫或鉛等金屬元素的易切鋼,其切削力比普通鋼降低20～30％。同一種材料熱處理狀態(tài)與金相組織不同,切削力也有很大差異。切削脆性材料〔如鑄鐵時,塑性變形小,加工硬化小,切屑與前刀面接觸少,摩擦小,因此切削力也較小。2．切削用量的影響如圖2-17所示,背吃刀量ap和進給量f是通過對切削面積和單位切削力的變化而影響切削力的。背吃刀量ap增大,切削寬度bd也增大,剪切面積As和切屑與前刀面的接觸面積按比例增大,第一變形區(qū)和第二變形區(qū)的變形與摩擦相應(yīng)增大。當背吃力量增大一倍時,切削力也增大一倍。進給量f增大,切削厚度hd增大,而切削寬度bd不變,這時剪切面積雖按比例增大,第二變形區(qū)的變形未按比例增大。而進給量增大,平均變形變小,單位切削力降低,因此,進給量f增大一倍,切削力約增加70～80％。從上述分析可知,ap和f對切削面積的影響相同,但對單位切削力的影響不同。ap增加時單位切削力不變,f增加時,單位切削力減小,當切削面積Ad相等時,為了減小切削力,可以選擇大的進給量f,小的背吃刀量ap,即采用窄而厚的切屑斷面形狀。圖2-18為車削45鋼時,ap與f對切削力影響的實驗曲線。切削速度vc對切削力的影響呈波浪形變化,如圖2-19所示。由切削變形一節(jié)所述可知,切削速度vc小于50m/min的圍,隨著速度的增加,積屑瘤由小變大又變小,切削力則隨之由大變小又變大。速度vc繼續(xù)增高,切削溫度上升,切削力又下降,但變化較小。如vc從50m/min增加至500m/min時,切削力減少約10％。生產(chǎn)中的高速切削技術(shù)就可減小切削力,提高切削效率。3.刀具幾何參數(shù)的影響<1>前角的影響在刀具幾何參數(shù)中前角對切削力的影響最大。如圖2-20所示。前角愈大,切屑易于從前刀面流出,切削變形小,從而使切削力下降,但前角γ0對三個切削分力的影響是不同的。同時,工件材料不同,前角的影響也不同,對塑性較大的材料,如紫銅、鋁合金等,切削時塑性變形大,前角的影響較顯著；而對脆性材料,如鑄鐵、脆黃銅等,前角的影響就較小?！?主偏角的影響如圖2-21所示為主偏角κr對三個切削分力的影響。從圖中看出主偏角對主切削力的影響不大,當kr=600～750時,主切削力最小。但主偏角對Fp、Ff的影響較大。隨著主偏角的增加,進給力Ff增加,而背向力Fp減小。當κr=900,理論上背向力Fp=0,實際上由于有刀尖圓弧半徑rε和副切削刃參與切削,即使κr=900,Fp還是存在的。在車削剛性較差的細長軸時,應(yīng)選用較大的主偏角,就是為了減小Fp的影響。表2-4所示為Fp/Fc、Ff/Fc的比值。表2-4切削鋼和鑄鐵時FP/FC,FF／FC比值工件材料主偏角κr45°75°90°鋼FP／FC0.55~0.650.35~0.50.25~0.4FF／FC0.25~0.40.35~0.50.4~0.55鑄鐵FP／FC0.3~0.450.2~0.350.15~0.3FF／FC0.1~0.20.15~0.30.2~0.35〔3刃傾角的影響圖2—22所示為刃傾角對三個切削分力的影響。從圖可見,刃傾角λs對主切削力Fc的影響很小,但對進給力Ff和背向力Fp的影響較大。當λs從正值變?yōu)樨撝?Fp將增加,Ff將減小。所以車削剛性較差的工件時,一般不取負的刃傾角?！?刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑大小將影響切削刃上的圓弧部分長度和影響平均主偏角κrB。如圖2—23所示。在切削深度ap,進給量f和主偏角κr一定的情況下,增大刀尖圓弧半徑rε,刀刃曲線部分長度增大,切削刃平均主偏角減小,使切屑斷面形狀中bD增長,hD減小,成為薄而寬的切屑,從而使切削變形增加,所以切削力也增加,其中Fp明顯增加,Ff降低。因此在工藝系統(tǒng)剛性較差時,應(yīng)選用較小的刀尖圓弧半徑。4．其它影響因素刀具材料不同時,切屑與刀具間的摩擦狀態(tài)也不同,從而影響切削力。如用YT硬質(zhì)合金刀具切削鋼料比用高速鋼刀具切削,Fc約降低5～10%。使用適宜的切削液可降低切削力。刀具后刀面磨損大,切削力也增加。刀具具有負倒棱時,切削變形增大,切削力也增大。

〔閱讀次數(shù)：車刀切削力計算舉例例

用YT15硬質(zhì)合金車刀縱車σb=0.588GPa的熱軋鋼外圓,切削速度vc=100m/min,背吃刀量ap=4mm,進給量f=0.3mm/r。車刀幾何參數(shù)γ0=10°、κr=75°、λs=-10°、rε=0.5mm,求切削分力Fc、FP、Ff。解：根據(jù)式〔2-4、式〔2-5、式〔2-6及表2-1得切削力公式：Fc=9.81×270×4×0.30.75×100-0.15KfcFp=9.81×199×40.9×0.30.6×100-0.3KfpFf=9.81×294×4×0.30.5×10-0.4Kff切削力修正系數(shù)Kfc、Kfp、Kff是各種因素對切削力的修正系數(shù)的乘積。如由表,由表2-5、表2-6查得：<查高速鋼代入>于是得：KFc=0.7537；KFp=0.5509；KFf=0.7822代入上式切削力計算公式得Fc=1620<N>FP=456.7<N>Ff=783.32<N>

〔閱讀次數(shù)：切削溫度及其主要影響因素切削溫度是切削過程中的又一基本物理現(xiàn)象。切削溫度的變化,能改變工件材料的性能,影響積屑瘤的產(chǎn)生和消失,以及影響已加工表面質(zhì)量。因此認識它的變化規(guī)律,具有重要的實用意義?！惨磺邢鳠岬漠a(chǎn)生與傳出如圖2—24所示,在三個變形區(qū)中,因變形和磨擦所作的功絕大部分都轉(zhuǎn)化成熱能。切削區(qū)域產(chǎn)生的熱能通過切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)傳出。切削熱傳出時由于切削方式的不同,工件和刀具熱傳導(dǎo)系數(shù)的不同等,各傳導(dǎo)媒體傳出的比例也不同。表2—7為切削熱在車削和鉆削時各傳熱媒體切削熱傳出的比例。〔二切削溫度的分布切削溫度一般指切削區(qū)域的平均溫度。切削溫度的分布指切削區(qū)域各點溫度的分布〔即溫度場。圖2-25a為切削鋼時所測得的正交平面的溫度分布；b是車削不同材料時,前、后刀面上溫度分布情況。從圖中可以看出：〔1前刀面上的最高溫度不在切削刃上,而距離切削刃有一段距離；〔2溫度分布不均勻,溫度梯度大。工件材料塑性大,分布較均勻,反之,工件材料脆性大,分布不均勻?！踩邢鳒囟鹊闹饕绊懸蛩?.工件材料的影響工件材料的強度、硬度高,導(dǎo)熱率低,高溫下的強度、硬度高,都會使變形功增加,使切削溫度升高。切削脆性材料,因變形小,摩擦小,故其切削溫度較低。如圖2-26所示。2.切削用量的影響〔1背吃刀量apap對切削溫度的影響很小。背吃刀量ap增加,產(chǎn)生的熱量按比例增加。ap增大一倍,切削寬度bD也增加一倍,刀具的傳熱面積也增大一倍,改善了刀頭的散熱條件,切削溫度只是略有提高?！?進給量ff對切削溫度的影響比ap大。進給量f增加,產(chǎn)生的熱量增加。雖然f增加使切削厚度hD增加,切屑的熱容量增大,切屑能帶走較多的熱量,但由于切削寬度bD不變,刀具散熱面積未按比例增加,刀具的散熱條件未得到改善,所以切削溫度會升高。由以上分析可知,為控制切削溫度,應(yīng)采用寬而薄的切削層剖面形狀有利?！?切削速度vcvc對切削溫度的影響最大。切削速度增加,變形功與摩擦轉(zhuǎn)變的熱量急劇增多,雖然切屑帶走的熱量也相應(yīng)增多,然而刀具傳熱的能力無什么變化,切削溫度顯著提高。因此切削用量三要素中,控制切削速度vc是控制切削溫度最有效的措施。圖2-27所示是vc、f、ap對切削溫度的影響。3.刀具幾何參數(shù)的影響〔1前角γ0γ0增大,切削刃鋒利,切屑變形小,前刀面摩擦減小,產(chǎn)生的熱量減小,所以切削溫度隨γ0增大而降低。但前角過大時,由于刀具楔角變小,刀具散熱體積減少,切