車床切削力與切削功率計(jì)算

1、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(jì)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(shí)，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(shí)，切屑沿前刀面流出，刀具與工件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(jiǎn)稱切削力。F受很多因素影響，其大小和方向都是不固定。便于分析切削力作用和測(cè)量切削力大小，常常將總切削力F分解為如圖1-9所示三個(gè)互相垂直切削分力：1）切削力Fc是總切削力主運(yùn)動(dòng)方向上分力。，它垂直與基面，是切削力中最大一個(gè)切削分力。其所消耗功

2、 率占總功率95%99%。它是計(jì)算機(jī)床動(dòng)力，校核刀具、夾具強(qiáng)度與剛度主要依據(jù)之一。2）背向力Fp是總切削力切削深度方向上分力。它基面內(nèi)，與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向垂直。圖1-9切削力分解此力作用機(jī)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(dòng)與加工誤差，它是設(shè)計(jì)和校驗(yàn)系統(tǒng)剛度和精度基本參數(shù)。3）進(jìn)給力Ff是總切削力進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上分力。它基面內(nèi)，與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向一致。Ff作用機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)上,是計(jì)算和校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力、強(qiáng)度及剛度主要依據(jù)之一。由圖1-9可知，總切削力F與三個(gè)切削分力之間關(guān)系為(1-1)（2）切削功率消耗切削過程中功率稱為切削功率Pm。切削功率為切削力 Fc_和進(jìn)給力Ff所消耗功率之12

3、和，因背向力Fp沒有位移，不消耗功率。切削功率（ W ）為式中：Fc切削力（N）u切削速度（m/s ）Ff進(jìn)給力（N）u進(jìn)給速度（mm/s ）。一般情況下，F(xiàn)f所消耗功率（約占Pm1%2% ）遠(yuǎn)小于Fc所消耗功率，式（1-2）可簡(jiǎn)化為Pm 10玉譏（化）按上式求Pm后，如要計(jì)算機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率Pe，還應(yīng)將Pm除以機(jī)床傳動(dòng)效率nm （一般取如=0.750.85 ），F(xiàn)ig2.切削分力經(jīng)驗(yàn)公式目前，生產(chǎn)中計(jì)算切削分力經(jīng)驗(yàn)公式可分為兩類：一類是按單位切削力進(jìn)行計(jì)算。（1 ）計(jì)算切削力指數(shù)公式 用指數(shù)公式計(jì)算切削力是生產(chǎn)實(shí)際中或廣泛作用，其形式為尺=Cm；寸啊y- S吟護(hù)啊”心卩卜,S&F護(hù)嘰W町-（1

4、-5）式中Cfc、CfP、CFf 決定于被加工材料和切削條件系數(shù)：xfc、yFc、nFc、XFp、yEP、nFP、XFf、yFf、nFf、一分別為三個(gè)分力公式中切削深度ap、進(jìn)給量f和切削速度u指數(shù)：kFC、kFP、kFf、一分別為三個(gè)分力計(jì)算式中，當(dāng)實(shí)際加工條件與求經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)條件不符時(shí)，各種因素對(duì)切 削分力修正系數(shù)積。設(shè)kMF、KyOF、kKRF、k；SF、 kR g F、kTF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(shí)對(duì)切削分力修正系數(shù)，并以kF表示kFC、kFP、kFf,則KF=k MF、KyOF、kKRF、k ?SF、 kRg F、kTF（ 1-6

5、）式（1-5 ）中各系數(shù)、指數(shù)數(shù)值，以及式（1-6）中各種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(jì)算切削力和功率單位切削力p是單位切削層公稱橫截面積（m2）上切削力（N），（1-7）:（1-8）式中Fc 切削為（N）:Ad切削層公稱橫截面積（m2）:bD切削層公稱寬度（mm）:hD切削層公稱厚度（mm）:ap切削深度（mm）:f進(jìn)給量（mm/r）。單位切削功率pc是單位時(shí)間內(nèi)切除單位體積材料所需切削功率（W/（m3/s）.巴（1-9）3式中Q 材料切除率（m /s）:u切削速度（m/s）:pc切削功率（W）:P. - F,vr = 10 5此（1-10 ）將Q、Pc、代入

6、式（1-9 ），知道了單位切削力p，就可由式（1-8 ）計(jì)算出切削力Fc，并用式（1-10 ）計(jì)算出切削功率Pc。單位切削力具體數(shù)值可有關(guān)文獻(xiàn)中查到。表1-1是硬質(zhì)合金外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)合金外圓車刀切削常用金屬材料時(shí)單位切削力與單位切削功率工件材料單位單位切削功率切削pc/（kw/（mm 3/8實(shí)驗(yàn)條件牌號(hào)制造、熱處理狀態(tài)硬度HBSY40熱軋202MnQ235-A1341374518740Cr熱軋或正21240MnB20721238CrMoA241269力P/(N/2) mm )F=0.3mm/r166818841962)f=0.3mm/r1668x

7、101884x101962x10-6-6-6刀具幾何參數(shù)Yo=15Kr=75 =0 by1 =0前刀具帶卷屑合45229-62305x10Y0=15 :kr=75 :40Cr調(diào)質(zhì)（淬2852305金火及高溫38Cr-620 by結(jié)回火29221972197x10IASi1=0.10構(gòu).15mm45淬硬（淬火及低溫4426492649x10-6回火）(HRC)單位切削力p/單位切削功率Y0=-20 前刀面帶卷屑工作材料(N/mm2)3pc/(kw/(mm /s)f=0.3mm/r硬mm/r度類名牌號(hào)制造、熱處理狀態(tài)H刀具幾別稱何參數(shù)BS工269y=15 60Si熱軋19_6鋼具/、271962x

8、10k=75 Mn762=0 鋼T10退火18920-62060x10byi=0 前f=0.3切削用量范圍u=90150m/minap=15mmf=0.10.5mm/r實(shí)驗(yàn)條件切削用量范圍uc=90150m/minap=15mmf=0.10.5mm/r609CrSiCr12Cr12MoV3Cr2W85CrNiMoW18Cr4VCCr15退火銹 1Cr18N淬火及回火i9Ti灰鑄 HT200鐵球墨QT450-鑄 10鐵鑄可鐵鍛 KTH30鑄 0-06鐵退火冷硬軋輥用鑄鐵表面硬化22322822322826224820923524121-61962109 x1009刀面卷屑槽y=20170-624

9、53x10屁=0 , byi=0,前刀 面帶卷屑槽1792453-6y=15 r1075 心=0 170byi=0,平前201413-61413 x10刀面，無卷7屑槽k=75y=15 r=u=1.171.42m/s(7085m/min),a p=210mm,f=0.10.5mm/x10-6343452f=0.8553139(Hf=1 RC)28453434 x103139 x102845 x10-6-6-675 心=0 byl=0,前刀面上帶卷屑槽y=0 r=1214 s=0:byl=0 平前刀面，無卷希望槽u=0.117m/s(7m/mi

10、n)a p=13mm,f=0.11.2mm/rf=1.2鑄y=1814.2 x10-6鋁鑄造5 合ZL11045706.3y=15 金y=2706.3 x10-625 鋁合5 k=75 s啟0833.9byi=0金-6硬y=1833.9 x10平前刀面，鋁8015 無卷屑槽合ZA12淬或及時(shí)效07765.2金y=2765.2 x10-65 黃-6銅H62冷拔8014221422 x10y=15 鉛銅黃HPb59-熱軋78735.8735.8 x10-6k=75 s啟0及銅銅錫1yi=0，平前刀面，無合青ZQSn5鑄造-6卷屑槽74686.7686.7 x10金銅-5-5814.2-6u=180

11、m/min,a p=26mm,f=0.10.5mm/ru=1.83m/s(110m/min),ap=26mm,f=0.10.5mm/r工T2熱軋9016191619 x10銅純粉末鉬10924132413 x10鉬冶金加y=20 k =90 夫0 byi=0.15m m,yoi=-5 前刀面上 帶卷屑槽uc=40m/min,a p=15mm,f=0.10.4mm/r注：1、切削各種鋼，用 YT15刀片：切削不銹鋼、各種鑄鐵與銅、鋁，用YG8或YG6刀片：用YW2刀片2、不加切削液。影響因素工件材料切削深度ap、進(jìn) 給量f切削速度u表1-2影響切削力因素說明別加工材料強(qiáng)度越高，硬度越大，切削力就

12、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)，切削力減小，加工鑄鐵等脆性材料時(shí)，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(huì)影響切削力大小。切削深度ap進(jìn)給量f增加時(shí)，抗力和摩擦力增大，切削力也隨之增大，但二者對(duì)切削力 影響程度不同，一般情況下，當(dāng)ap增加一倍時(shí)，切削力約增加一倍，而當(dāng)f增加一倍時(shí)，切削力只增加68%86%。加工塑性金屬時(shí)，切削速度 u對(duì)切削力影響呈波浪形。低速范圍內(nèi)(uv 50m/min)時(shí)，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。U對(duì)切削

13、力影響也小。前角yo主偏角kr刃傾角k刀尖圓弧半徑刀具前角越大，切削層變形越小，故切削力也減小，前角對(duì)切削力影響程度切削速度增 大而減小，這是高度切削時(shí)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(shí)，前角對(duì)切削力影響不顯著。當(dāng)切削層公稱橫截面積不變時(shí)kr增大，切削層公稱厚度增大，切削層變形減小，故切削力Fc減小，但當(dāng)kr大于60 75。時(shí)，至1尖圓弧半徑作用比重加大，F(xiàn)c又略有上升：kr增大、Fp減小，F(xiàn)f增大且增大較多。為很大范圍（從-40+40 ）內(nèi)變化時(shí)，對(duì)Fc沒有什么影響，但 k減小時(shí)，F(xiàn)p增大，F(xiàn)f減 小。k對(duì)Fc影響不大。k增大時(shí)，F(xiàn)p將增大。切

14、削脆性金屬時(shí)，因塑性變形很小，切削與前刀面摩擦也小，故刀具材料切削液刀具磨損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，接觸摩擦增大，切削力增大：刀具前刀面上因磨損而形成月牙洼時(shí), 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(cè)量測(cè)量切削分力方法有兩類：一類是間接測(cè)量法，例如把應(yīng)變片貼滾動(dòng)軸承外環(huán)上、用為移計(jì)測(cè)量主軸或刀 架變形量、測(cè)量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)耗電功率或轉(zhuǎn)差率、測(cè)量靜壓軸承壓力等，利用這些方法便可間接測(cè)量切削力 大小：另一類是直接測(cè)量法，主利用各

15、種測(cè)力儀來進(jìn)行測(cè)量。常用測(cè)量?jī)x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(cè)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(cè)量各切 削分力。（1）電阻應(yīng)變片式測(cè)力儀這種測(cè)量?jī)x具有靈敏高度，量程范圍大，既可用語靜態(tài)、也可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量，以及測(cè)量精度較高等特點(diǎn)。測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x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)電流輸岀，經(jīng)放大、標(biāo)定后就可讀岀三向切削力之值。圖1-10八角環(huán)車削測(cè)力儀及應(yīng)變片布置（2）壓電式測(cè)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(cè)力儀，

16、特別適用于測(cè)量動(dòng)態(tài)力及瞬時(shí)力。其缺點(diǎn)是易受濕度影響，連續(xù)測(cè)量穩(wěn)定或變化不大力時(shí)，會(huì) 產(chǎn)生因電荷泄漏而引起零點(diǎn)漂移，影響測(cè)量精度。壓電測(cè)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(shí)，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(cè)出力大小（見圖1-11a）。將幾個(gè)石英元件按次序機(jī)械排列一起，就可構(gòu)成多向力傳感器（見圖1-11b）加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(cè)出各個(gè)切割分力。圖1-11 壓電式傳感器a）但向測(cè)力傳感器及測(cè)力系統(tǒng)b ）三向測(cè)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聚四氟套 7 晶片8 蓋9 電子束焊縫10 基座不同直徑的鉆頭鉆孔時(shí)的轉(zhuǎn)速直徑越小轉(zhuǎn)速越高反之就低直徑2mm二萬轉(zhuǎn) 直徑40mm 32轉(zhuǎn) 主要是看出屑 鐵屑出來只能是原色的 不能發(fā)焦 也不 能是一塊塊的 發(fā)焦說明轉(zhuǎn)速太高 需要降速 一塊塊說明 進(jìn)刀量不夠 抖動(dòng)說明轉(zhuǎn)