第二章第三節(jié)_切削力與切削溫度

1、切削力及其影響因素切削熱與切削溫度 切削力切削力：金屬切削時(shí)，刀具切入工件，金屬切削時(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使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。的力，稱為切削力。切削力來源切削力來源三個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生的三個(gè)變形區(qū)產(chǎn)生的彈、塑性變形抗力彈、塑性變形抗力切屑、工件與刀具間切屑、工件與刀具間摩擦力摩擦力rFzFrFyFxyFxFxyFxyfv圖3-15 切削力的分解Fr總切削力Fz主切削力Fy吃刀抗力Fx走刀抗力切削力分解切削力分解rFzFrFyFxyFxFxyFxyfv圖3-15 切削力的分解Fr總切削力Fz主切削力Fy吃刀抗力Fx走刀抗力 主切削力主切削力

2、Fz（切向力）（切向力） 總切削力在主運(yùn)動(dòng)方向上的投影。消耗動(dòng)力最多，占機(jī)床總功率的95%99%。 走刀抗力走刀抗力Fx （軸向力（軸向力/進(jìn)給力）進(jìn)給力） 總切削力在進(jìn)給方向上的投影。它一般只消耗總功率的1%5%。 吃刀抗力吃刀抗力Fy （徑向力（徑向力/背向力背向力 ） 總切削力在吃刀方向上的投影。因?yàn)檫@個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)速度為零，所以不做功。但它一般作用在工件剛度較弱的方向上，容易使工件變形，引起振動(dòng)，影響加工精度。 將總切削力將總切削力Fr分解為三個(gè)互相垂直的分力：分解為三個(gè)互相垂直的分力：吃刀抗力吃刀抗力Fy （徑向力（徑向力/背向力背向力 ）的影響）的影響?圖11-10?切削力對(duì)工件的影

3、響各切削力的關(guān)系：各切削力的關(guān)系：zxzyFFFF)60. 010. 0()70. 015. 0(rxyxrxyyxyzxyzrFFFFFFFFFFsin ;cos22222rFzFrFyFxyFxFxyFxyfv圖3-15 切削力的分解Fr總切削力Fz主切削力Fy吃刀抗力Fx走刀抗力主偏角不同時(shí)主偏角不同時(shí)Fxy力的分解力的分解 （a）Kr小小 （b） Kr大大rxyxrxyyFFFFsin cosxR 1R 3 影響切削力切削力的主要因素是吃刀深度吃刀深度ap和進(jìn)給量進(jìn)給量f，首先改變一個(gè)因素，其它因素固定不變，測(cè)得一組切削力數(shù)據(jù)。然后再僅僅改變另一個(gè)因素，又測(cè)得一組切削力數(shù)據(jù)。最后綜合兩

4、組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出包含兩個(gè)可變因素的切削力實(shí)驗(yàn)公式。243.2 179.2 115.2 60 (kgf) 4 3 2 1 (mm) /3 . 0zpFarmmf時(shí)102.4 83.2 64 45 26 (kgf) 0.5 0.4 0.3 2 0. 0.1 (mm/r) 1zpFfmma時(shí)例如：例如：兩邊取對(duì)數(shù)：1)1)固定進(jìn)給量固定進(jìn)給量f=0.3mmf=0.3mm，僅改變吃刀深度，僅改變吃刀深度a ap p進(jìn)行實(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，求吃刀深度對(duì)切削力的影響。驗(yàn)，求吃刀深度對(duì)切削力的影響。zFpxpazaCFpzapFzCaxFlglglgu假設(shè)主切削力假設(shè)主切削力Fz與吃刀深度與吃刀深度a ap的關(guān)系的

5、關(guān)系對(duì)數(shù)坐標(biāo)對(duì)數(shù)坐標(biāo)對(duì)數(shù)坐標(biāo)23456798pzaFCXxYlglglg243.2 179.2 115.2 60 (kgf) 4 3 2 1 (mm) /3 . 0zpFarmmf時(shí)1)1)固定進(jìn)給量固定進(jìn)給量f=0.3mmf=0.3mm，僅改變吃刀深度，僅改變吃刀深度a ap p進(jìn)行實(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，求吃刀深度對(duì)切削力的影響。驗(yàn)，求吃刀深度對(duì)切削力的影響。1pzaF 60pzapFzCaxFlglglgzFpxpazaCF1000 a1 b11111batgxzF60 601zpapCFa，得：處兩邊取對(duì)數(shù)：ZFyfzfCFfFzCfyFzlglglgu假設(shè)主切削力假設(shè)主切削力Fz與進(jìn)給量與進(jìn)給量

6、f的關(guān)系的關(guān)系2)2)固定吃刀深度固定吃刀深度a ap p=1mm=1mm，僅改變進(jìn)給量，僅改變進(jìn)給量f f進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，求進(jìn)給量求進(jìn)給量f f對(duì)切削力的影響。對(duì)切削力的影響。2)2)固定吃刀深度固定吃刀深度a ap p=1mm=1mm，僅改變進(jìn)給量，僅改變進(jìn)給量f f進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，求進(jìn)給量求進(jìn)給量f f對(duì)切削力的影響。對(duì)切削力的影響。102.4 83.2 64 45 26 (kgf) 0.5 0.4 0.3 2 0. 0.1 (mm/r) 1zpFfmma時(shí)2184. 0177 fFzfFzCfyFzlglglg100084. 0222batgyzF177 7711zfCFf，得

7、：處ZFyfzfCF a2 b2zFzFyxpzFzfaCF式中 CFz 與工件、刀具材料有關(guān)系數(shù)； xFz 切削深度ap 對(duì)切削力影響指數(shù)； yFz 進(jìn)給量 f 對(duì)切削力影響指數(shù)； pzaF 6084. 0177 fFz(f=0.3mm)(f=0.3mm)(a(ap p=1mm)=1mm)84. 0faCFpzFz84. 0171faFpzpzaF 6084. 0177 fFz(f=0.3mm)(f=0.3mm)(a(ap p=1mm)=1mm)84. 03 . 060 ) 1pzFpaCa84. 00.841177 )2fCfzF165zFC177zFC取平均值：取平均值：17121771

8、65zFC46. 084. 0171171ffafafaFAFppppzcz 切除單位切削層面積的主切削力（令修正系數(shù)KFc =1）84. 0171faFpz式中式中 Fz 主切削力主切削力（N）；）； v 主運(yùn)動(dòng)速度主運(yùn)動(dòng)速度（m/s）。）。 )(103kWvFPzm消耗在切削過程中的切削功率稱為切削功率消耗在切削過程中的切削功率稱為切削功率Pm 消耗在切削過程中的切削功率稱為切削功率消耗在切削過程中的切削功率稱為切削功率P Pm m Pm切削功率切削功率( (kW) ) Fz切削力（切削力（N N） v切削速度（切削速度（m/sm/s） Fx走刀抗力（走刀抗力（N N） n工件轉(zhuǎn)速（工件轉(zhuǎn)

9、速（r/sr/s） f進(jìn)給量（進(jìn)給量（mm/rmm/r） 310)1000(fnFvFPxzm式中 m 機(jī)床傳動(dòng)效率，通常= 0.750.85 指單位時(shí)間切除單位體積金屬所消耗的功率)( kWPPmmE)/( 3*smmkWZPPwmsZw單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量（mm3/s） )/(10003smmfavZpwap加大一倍，F(xiàn)Z約增大一倍；f加大一倍， FZ只增大68%86%；切削速度對(duì)切削力影響復(fù)雜強(qiáng)度、硬度高塑性、加工硬化大切削力大5 19 28 35 55 100 130 切削速度 v（m/min） 981784588主切削力Fc（N）圖3-16 切削速度對(duì)切削力的影響zFzFzyxpF

10、zfaCF)9 . 075. 0, 1(zzFFyx 所以，如果欲提高生產(chǎn)率而受到機(jī)床動(dòng)力限制時(shí)，則增加所以，如果欲提高生產(chǎn)率而受到機(jī)床動(dòng)力限制時(shí)，則增加進(jìn)給量比提高切削深度有利。進(jìn)給量比提高切削深度有利。 前角前角0 增大，切削力減小。主偏角主偏角r 對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和走刀抗力影響顯著（ r Fy，F(xiàn)x）圖3-17 前角對(duì)0切削力的影響前角0切削力F0 - Fz0 Fy0 Fx圖3-18 主偏角r對(duì)切削力的影響主偏角r / 切削力/ N3045607590r - Fzr Fxr Fy2006001000140018002200rrrrrrrxyxrxyyFFFFsin cos

11、與主偏角相似，刃傾角刃傾角s對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和走刀抗力影響顯著（ s Fy ，F(xiàn)x ） 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑 r 對(duì)主切削力影響不大，對(duì)吃刀抗力和走刀抗力影響顯著（ r Fy，F(xiàn)x） ；rr AB 弧長(zhǎng)rrxyxrxyyFFFFsin coslfoooo1o11lf1lf 后刀面磨損后刀面磨損：使切削力增大，對(duì)吃刀抗力Fy的影響最為顯著 ；刀具材料刀具材料：與工件材料之間的親和性影響其間的摩擦，而影響切削力 ；切削液切削液：有潤(rùn)滑作用，使切削力降低 ；oo 比較：比較： 1）YT硬質(zhì)合金刀具切削鋼材硬質(zhì)合金刀具切削鋼材 2）高速鋼刀具切削鋼材）高速鋼刀具切削鋼材 切削熱和由它

12、產(chǎn)生的切削溫度會(huì)使整個(gè)工切削熱和由它產(chǎn)生的切削溫度會(huì)使整個(gè)工藝系統(tǒng)的溫度升高，一方面會(huì)引起工藝系統(tǒng)的藝系統(tǒng)的溫度升高，一方面會(huì)引起工藝系統(tǒng)的變形，另一方面會(huì)加速刀具的磨損，從而影響變形，另一方面會(huì)加速刀具的磨損，從而影響工件的加工精度、表面質(zhì)量及刀具的耐用度。工件的加工精度、表面質(zhì)量及刀具的耐用度。切削熱的產(chǎn)生切削熱的產(chǎn)生 切削過程變形和摩擦所消耗的功轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢鳠帷９ぜ行嫉毒邎D3-19 切削熱的來源與傳導(dǎo) 主要來源主要來源 第一變形區(qū)內(nèi)被切削金屬層的彈、塑性變形所消耗的功轉(zhuǎn)變成的熱；第二變形區(qū)內(nèi)切削底層與刀具前刀面摩擦所產(chǎn)生的的熱；第三變形區(qū)內(nèi)刀具后刀面與工件已加工表面摩擦所產(chǎn)生的熱。 塑性

13、材料：主要來源于第變形區(qū)內(nèi)切屑的變形功。 脆性材料：主要來源于第變形區(qū)內(nèi)工件與后刀面的摩擦功。?切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質(zhì)（切削液、空氣)等傳散出去工件產(chǎn)生熱變形，影響加工精度;刀具溫度升高，磨損加劇，甚至使刀具喪失切削能力;切屑形成的熱源，影響機(jī)床精度。切削熱對(duì)加工的影響切削熱對(duì)加工的影響 工件和刀具材料不同，組成熱電偶兩極，切削時(shí)刀具與工件接觸處的高溫產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，通過電位差計(jì)測(cè)得切削區(qū)的平均溫度。自然熱電偶法測(cè)量切削溫度示意圖自然熱電偶法測(cè)量切削溫度示意圖 將兩種預(yù)先經(jīng)過標(biāo)定的金屬絲組成熱電偶，熱端焊接在刀具或工件的預(yù)定要測(cè)量溫度的點(diǎn)上，冷端串聯(lián)毫伏表。mV人工熱電偶測(cè)溫示意圖

14、工件刀具金屬絲小孔 可測(cè)量刀具或工件指定點(diǎn)溫度。 切削塑性材料 前刀面靠近刀尖處溫度最高。 切削脆性材料 后刀面靠近刀尖處溫度最高。750刀具切削中的溫度分布 工件材料：低碳易切鋼； 刀具：o=30，o=7； 切削用量：ap=0.6mm， vc =0.38m/s； 切削條件：干切削 剪切面上各點(diǎn)溫度幾乎相同，說明剪切面上各點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律基本相同 前刀面上溫度最高點(diǎn)不在切削刃上，而是在離切削刃有一定距離的地方。淬火調(diào)質(zhì)正火v(m/min)（C）45鋼的切削溫度鋼的切削溫度比較：比較：不銹鋼不銹鋼 高溫合金高溫合金 有色金屬有色金屬灰鑄鐵灰鑄鐵非金屬非金屬 說明切削速度對(duì)切削溫度的影響最大，進(jìn)給

15、量說明切削速度對(duì)切削溫度的影響最大，進(jìn)給量的影響較小，切削深度的影響最小。的影響較小，切削深度的影響最小。 )( CafvCzpyx.04. 0 ;14. 0 ;41. 026. 0 45YT15zyx鋼，得指數(shù)如下：硬質(zhì)合金車刀加工使用 因此為了有效地控制切削溫度以提高刀具壽命，在機(jī)床允許地條件下，選用較大的吃刀深度和進(jìn)給量，比選用大的選用較大的吃刀深度和進(jìn)給量，比選用大的切削速度更為有利切削速度更為有利。 （1）切削速度vc 隨著切削速度的提高，切削溫度將顯著上升。這是因?yàn)?，切屑沿前刀面流出時(shí)，切屑底層與前刀面發(fā)生強(qiáng)烈摩擦從而產(chǎn)生大量切削熱；由于切削速度很高，在一個(gè)很短時(shí)間內(nèi)切屑底層的切削熱來不及向切屑內(nèi)部傳導(dǎo)，而是大量積聚在切屑底層，從而使切屑溫度顯著升高。另外，隨著切削速度的提高，金屬切除量成正比例增加，消耗的機(jī)械功增大，使切削溫度上升。（2）進(jìn)給量f 隨著進(jìn)給量的增大，金屬切除量增多，切削熱增加，使切削溫度上升。但單位切削力和單位切削功率隨f的增大而減小，切除單位體積金屬產(chǎn)生的熱量也減??；另外，f增大使切屑變厚，切屑的熱容量增大，由切屑帶走的熱量增加，故切削區(qū)的溫度上升得不顯著。（3）背吃刀量ap 背吃刀量ap對(duì)切削