機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件賈振元lecture7

1、2.4 2.4 切削力與切削功率切削力與切削功率2.4.1 2.4.1 切削力及其來源；切削合力及其分解；切削力及其來源；切削合力及其分解； 切削功率切削功率n切削力切削力切削加工時(shí)，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生切削加工時(shí)，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力。變形并成為切屑所需的力。n切削力的實(shí)際意義切削力的實(shí)際意義計(jì)算功率消耗；計(jì)算功率消耗；設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具、夾具；設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具、夾具；制定合理的切削用量；制定合理的切削用量；優(yōu)化刀具幾何參數(shù)；優(yōu)化刀具幾何參數(shù)；監(jiān)控切削過程和刀具工作狀態(tài)。監(jiān)控切削過程和刀具工作狀態(tài)。n切削力的來源切削力的來源1 1）克服被加工材料彈性變形的

2、抗力。）克服被加工材料彈性變形的抗力。2 2）克服被加工材料塑性變形的抗力。）克服被加工材料塑性變形的抗力。3 3）克服切屑與前刀面的摩擦力、后刀面與過渡）克服切屑與前刀面的摩擦力、后刀面與過渡表面和已加工表面之間的摩擦力。表面和已加工表面之間的摩擦力。n切削合力切削合力f及其分解及其分解由切屑變形過程所需各力的總和，形成作用在刀由切屑變形過程所需各力的總和，形成作用在刀具上的合力。具上的合力。為了便于測(cè)量與應(yīng)用，為了便于測(cè)量與應(yīng)用， f可分解為相互垂直的三可分解為相互垂直的三個(gè)分力（矢量關(guān)系）。個(gè)分力（矢量關(guān)系）。主切削力主切削力fzfz（切向力）（切向力）與過渡表面相切并與基面垂直。與過渡

3、表面相切并與基面垂直。用于計(jì)算刀具強(qiáng)度、設(shè)計(jì)機(jī)床零件、確定機(jī)床功用于計(jì)算刀具強(qiáng)度、設(shè)計(jì)機(jī)床零件、確定機(jī)床功率等。率等。進(jìn)給力進(jìn)給力f fx（軸向力）（軸向力）處于基面內(nèi)并與工件軸線平行，方向與進(jìn)給方向處于基面內(nèi)并與工件軸線平行，方向與進(jìn)給方向相反。相反。用于設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)、計(jì)算進(jìn)給運(yùn)動(dòng)功率等。用于設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)、計(jì)算進(jìn)給運(yùn)動(dòng)功率等。背向力背向力f fy（徑向力）（徑向力）處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直。處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直。用于計(jì)算工件撓度、刀具強(qiáng)度、機(jī)床零件強(qiáng)度等。用于計(jì)算工件撓度、刀具強(qiáng)度、機(jī)床零件強(qiáng)度等。使工件在切削過程中產(chǎn)生振動(dòng)的主要因素之一。使工件在切削過程中產(chǎn)生振動(dòng)的主要因素之一。n

4、各分力之間的關(guān)系各分力之間的關(guān)系f fz fn fz fx fy外圓車削實(shí)驗(yàn)外圓車削實(shí)驗(yàn)當(dāng)當(dāng)r=45=45，s=0=0，0=15=15時(shí)：時(shí)：fy （0.40.40.50.5）fzfx （0.30.30.40.4）fz計(jì)算得到：計(jì)算得到：f （1.121.121.181.18）fz比例系數(shù)的變化范圍與刀具材料、工件材料、比例系數(shù)的變化范圍與刀具材料、工件材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量、刀具磨損程度等刀具幾何參數(shù)、切削用量、刀具磨損程度等因素有關(guān)。因素有關(guān)。n切削功率切削功率pc（kwkw）消耗在切削過程中的功率，為主切削力和進(jìn)給消耗在切削過程中的功率，為主切削力和進(jìn)給力所消耗的功率之和。力所消耗

5、的功率之和。pc（fzvfxnwf/1000）10進(jìn)給運(yùn)動(dòng)消耗的功率很小，可以忽略。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)消耗的功率很小，可以忽略。pc fzv10考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率考慮機(jī)床的傳動(dòng)效率，機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率：，機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率：pe pc/一般取一般取0.750.85。 2.4.2 切削力的測(cè)量切削力的測(cè)量n切削力的理論計(jì)算切削力的理論計(jì)算n切削力的測(cè)量方法切削力的測(cè)量方法通過測(cè)定機(jī)床功率計(jì)算切削力通過測(cè)定機(jī)床功率計(jì)算切削力采用測(cè)力儀測(cè)量切削力采用測(cè)力儀測(cè)量切削力測(cè)量原理：利用切削力作用在測(cè)力儀的彈性元件測(cè)量原理：利用切削力作用在測(cè)力儀的彈性元件上所產(chǎn)生的變形，或作用在壓電晶體上產(chǎn)生的上所產(chǎn)生的變形，或作用在壓電晶

6、體上產(chǎn)生的電荷經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理后，得到各切削分力電荷經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理后，得到各切削分力fz、fx、fy的值。的值。n常用的切削力測(cè)量儀常用的切削力測(cè)量儀電阻應(yīng)變片測(cè)力儀：靈敏度較高，量程范圍較大，電阻應(yīng)變片測(cè)力儀：靈敏度較高，量程范圍較大，測(cè)量精度較高。測(cè)量精度較高。 電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀電流參數(shù)電流參數(shù)壓電晶體測(cè)力儀：靈敏度高，剛度大，線性度和壓電晶體測(cè)力儀：靈敏度高，剛度大，線性度和抗干擾性都較好且無慣性的高精度測(cè)量儀，特抗干擾性都較好且無慣性的高精度測(cè)量儀，特別適用于測(cè)量動(dòng)態(tài)力及瞬時(shí)力。別適用于測(cè)量動(dòng)態(tài)力及瞬時(shí)力。 電荷放大器電荷放大器電壓參數(shù)電壓參數(shù) 2.4.3 切削力經(jīng)驗(yàn)公式和切削力估算切削

7、力經(jīng)驗(yàn)公式和切削力估算（1）計(jì)算切削力的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式）計(jì)算切削力的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式表表2.2刀具幾何參數(shù)刀具幾何參數(shù)硬質(zhì)合金刀具：硬質(zhì)合金刀具：r=45=45，0=10=10，s=0=0；高速鋼刀具：高速鋼刀具：r=45=45，0=20=202525，r r=1.0mm=1.0mm。當(dāng)當(dāng)?shù)毒邘缀螀?shù)等條件不符時(shí)，可進(jìn)行相應(yīng)修刀具幾何參數(shù)等條件不符時(shí)，可進(jìn)行相應(yīng)修正，修正系數(shù)的積正，修正系數(shù)的積kfz、kfy、kfx受到工件材受到工件材料、刀具材料和刀具幾何參數(shù)等條件的影響，料、刀具材料和刀具幾何參數(shù)等條件的影響，可查閱切削用量手冊(cè)（金屬切削原理）計(jì)算。可查閱切削用量手冊(cè)（金屬切削原理）計(jì)算。（2）

8、按照單位切削力計(jì)算切削力和切削功率）按照單位切削力計(jì)算切削力和切削功率單位切削力單位切削力kc（n/mm）：?jiǎn)挝磺邢髅娣e上的）：?jiǎn)挝磺邢髅娣e上的主切削力。主切削力。kcfz/acfz/apffz/acaw單位切削功率單位切削功率ps（kw/mms）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)切除單位體積金屬所消耗的功率。切除單位體積金屬所消耗的功率。pspc/qzqz（mm/s）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的金屬切除量。）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的金屬切除量。qz1000vapf切削功率切削功率pcfzv10kcapfv10pskcapfv10/1000vapfkc106 2.4.4 影響切削力的因素影響切削力的因素第一變形區(qū)：塑性變形。

9、第一變形區(qū)：塑性變形。第二變形區(qū)：摩擦。第二變形區(qū)：摩擦。（1）工件材料）工件材料物理機(jī)械性能物理機(jī)械性能加工硬化加工硬化化學(xué)成分（含碳量，易切鋼）化學(xué)成分（含碳量，易切鋼）熱處理狀態(tài)及金相組織熱處理狀態(tài)及金相組織（2）切削用量）切削用量背吃刀量和進(jìn)給量背吃刀量和進(jìn)給量切削速度切削速度1）背吃刀量）背吃刀量背吃刀量增大，切削面積增大，變形力、摩擦背吃刀量增大，切削面積增大，變形力、摩擦力增大，切削力增大；不影響變形系數(shù)和摩力增大，切削力增大；不影響變形系數(shù)和摩擦系數(shù)；影響指數(shù)基本為擦系數(shù)；影響指數(shù)基本為1，與切削力成正，與切削力成正比。比。2）進(jìn)給量）進(jìn)給量進(jìn)給量增大，切削面積增大，變形力、摩

10、擦力進(jìn)給量增大，切削面積增大，變形力、摩擦力增大，切削力增大；進(jìn)給量增大，變形系數(shù)增大，切削力增大；進(jìn)給量增大，變形系數(shù)和摩擦系數(shù)減小；影響指數(shù)小于和摩擦系數(shù)減?。挥绊懼笖?shù)小于1大于大于0，與，與切削力成正比。切削力成正比。 3）切削速度）切削速度無積屑瘤條件下，切削速度提高，變形系數(shù)和無積屑瘤條件下，切削速度提高，變形系數(shù)和摩擦系數(shù)減小，切削力減?。磺邢鳒囟忍岣?，摩擦系數(shù)減小，切削力減?。磺邢鳒囟忍岣?，被加工材料強(qiáng)度硬度降低，切削力減小；影被加工材料強(qiáng)度硬度降低，切削力減??；影響指數(shù)小于響指數(shù)小于0，與切削力成反比。，與切削力成反比。（3）刀具幾何參數(shù)）刀具幾何參數(shù)前角前角主偏角主偏角刃傾角

11、刃傾角負(fù)倒棱負(fù)倒棱刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑1）前角）前角前角增大，變形系數(shù)減小，摩擦系數(shù)減小，前角增大，變形系數(shù)減小，摩擦系數(shù)減小，切削力減小。切削力減小。2）負(fù)倒棱）負(fù)倒棱 3 3）主偏角）主偏角n主偏角增大，受幾何關(guān)系影響，進(jìn)給力增大，主偏角增大，受幾何關(guān)系影響，進(jìn)給力增大，背向力減小。背向力減小。n主偏角增大，切削厚度增大（圖主偏角增大，切削厚度增大（圖2.342.34），變形），變形減小，主切削力減小；繼續(xù)增大，受刀尖圓弧減小，主切削力減?。焕^續(xù)增大，受刀尖圓弧半徑影響，主切削力增大。總體變化較小。半徑影響，主切削力增大?？傮w變化較小。4）刀尖圓弧半徑）刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑增大相當(dāng)

12、于主偏角減小對(duì)切削力的刀尖圓弧半徑增大相當(dāng)于主偏角減小對(duì)切削力的影響。影響。5）刃傾角）刃傾角刃傾角增大：主切削力不變；進(jìn)給方向前角減小，刃傾角增大：主切削力不變；進(jìn)給方向前角減小，進(jìn)給力增大；背向方向前角增大，背向力減小。進(jìn)給力增大；背向方向前角增大，背向力減小。 （4）刀具材料）刀具材料摩擦系數(shù)：超硬材料摩擦系數(shù)：超硬材料 陶瓷陶瓷 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 高速鋼高速鋼 （5）切削液）切削液降低摩擦力降低摩擦力潤滑性能：礦物油，植物油。潤滑性能：礦物油，植物油。（6）刀具磨損）刀具磨損前刀面月牙洼磨損，前角增大，切削力減小。前刀面月牙洼磨損，前角增大，切削力減小。后刀面磨損，與被加工工件接觸面積增大，切削后刀面磨損，與被加工工件接觸面積增大，切削力增大。力增大。切削力變化，在線檢測(cè)刀具磨損