切削力与切削功率

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种因素对切削分力修正系数积。
设 kMF、KyOF、kKRF、kλSF、 kR∈F、kTF 分别为被加工材料力学性能,刀具前角、主偏角、刃倾 角、刀尖圆弧半径、耐用度改变时对切削分力修正系数,并以 kF 表示 kFC、kFP、kFf,则 KF=kMF、KyOF、kKRF、kλSF、 kR∈F、kTF (1-6)
热轧
85~90
1619
钼纯 钼
粉末冶金
109
2413
1118x10-6
1413 x10-6
1344 x10-6 3434 x10-6 3139 x10-6 2845 x10-6 814.2 x10-6 706.3 x10-6 833.9 x10-6 765.2 x10-6 1422 x10-6 735.8 x10-6 686.7 x10-6 1619 x10-6
ap—切削深度(mm): f—进给量(mm/r)。
单位切削功率 pc 是单位时间内切除单位体积材料所需切削功率(W/(m3/s)).
式中
(1-9) Q—材料切除率(m3/s):
υc—切削速度(m/s): pc—切削功率(W):
(1-10) 将 Q、Pc、代入式(1-9)
,知道了单位切削力 p,就可由式(1-8)计算出切削力 FC,并用式(1-10)计算出切削功率 pc。

IA
钢合
45
调质(淬
金 40Cr
火及高温
结 38CrSi
回火

淬硬(淬
钢 45
火及低温
回火)
60SiMn
热轧
硬度 HBS
202
134~137 187 212
207~212 241~269
229 285 292 44 (HRC)
269~277
单位切削 力 P/
(N/mm2 )
F=0.3m m/r
单位切削功率 pc/(kw/(mm3/8)
(1-2) 式中:Fc—切削力(N)
υc—切削速度(m/s) Ff—进给力(N)
υf—进给速度(mm/s)。 一般情况下,Ff 所消耗功率(约占 pm1%~2%)远小于 Fc 所消耗功率,,式(1-2)可简化为
(1-3) 按上式求 Pm 后,如要计算机床电动机功率 PE,还应将 Pm 除以机床传动效率 ηm(一般取
(1) 电阻应变片式测力仪这种测量仪具有灵敏高度,量程范围大,既可用语静态、也可用于 动态测量,以及测量精度较高等特点。
测量仪常用电阻软件叫做电阻应变片。将若干电阻应变片紧贴测量仪弹性元件发生变形,使应 变片电阻值改变,破坏了电桥平衡,有与切削力大小相应电流输出,经放大、标定后就可读出
三向切削力之值。
262 248 209
235~241
196
170~179
2060
2109 2453
2060x10-6
у°=15°
κr=75° λs=0° byl=0前刀面卷 屑槽
2109 x10-6 2453x10-6
у0=20°, κr=75°, λs=0°, byl=0,前刀面
带卷屑槽
υc=90~150m/min ap=1~5mm
单位切削力具体数值可有关文献中查到。表1-1是硬质合金外圆车刀车削几种常用材料单位 切削力和单位切削功率。
表1-1硬质合金外圆车刀切削常用金属材料时单位切削力与单位切削功率
工件材料
类名 别称
牌号
制造、热 处理状态

切 Y40Mn 钢
热轧
Q235-A

45
素 结 40Cr 构 40MnB
热轧或正 火
钢 38CrMoA
ηm=0.75~0.85),即 (1-4)
2.切削分力经验公式 目前,生产中计算切削分力经验公式可分为两类:一类是按单位切削力进行计算。 (1) 计算切削力指数公式 用指数公式计算切削力是生产实际中或广泛作用,其形式为
(1-5) 式中 CFc、CFP、CFf—决定于被加工材料和切削条件系数:
xFC、yFC、nFC、xFp、yEP、nFP、 xFf、yFf、nFf、—分别为三个分力公式中切削深度 ap、进给量 f 和切削速度 υc 指数: kFC、kFP、kFf、—分别为三个分力计算式中,当实际加工条件与求经验公式时条件不符时,各
ZL110 ZA12 H62Biblioteka 铸造淬或及时 效 冷拔
45 80107
80
2} 814.2{у0
=15°} 706.3{у0
=25°} 833.9{у0
=15°} 765.2{у0
=25°}
1422

铜 及
黄 HPb59-1


合 金

青 ZQSn5-5

-5
热轧 铸造
78
735.8
74
686.7
加 工 T2 铜
进给机构上,是计算和校验机床进给系统动力、强度及刚度主要依据之一。
由图1-9可知,总切削力 F 与三个切削分力之间关系为 (1-1)
(2) 切削功率 消耗切削过程中功率称为切削功率 pm。切削功率为切削力 Fc--和进给力 Ff 所 消耗功率之和,因背向力 Fp 没有位移,不消耗功率。切削功率(W)为
2413 x10-6
у0=15°κr=75° λs=0°
byl=0,平前刀 面,无卷屑槽
у0=15°κr=75° λs=0°
byl=0,前刀面 上带卷屑槽
υc=1.17~1.42m/s(70~85m/ min),ap=2~10mm,f=0.1~0.
5mm/r
у0=0°κr=12~1 4°λs=0°, byl=0 平前刀面,无
切削力与切削功率 切削力与切削功率
切削力与切削功率计算 切削力及其分解、切削功率 (1) 切削力产生与切削力分解 切削加工时,刀具作用下,被切削层金属、切屑和工件已加 工表面金属都要产生弹性变形和塑性变形,这些变形所产生抗力分别作用前刀面和后刀面上: 同时,切屑沿前刀面流出,刀具与工件之间有相对运动,还有摩擦力作用刀面和后刀面上。这 些作用刀具上合力就是总切削力 F,简称切削力。 F 受很多因素影响,,其大小和方向都是不固定。便于分析切削力作用和测量切削力大小, 常常将总切削力 F 分解为如图1-9所示三个互相垂直切削分力: 1)切削力 Fc 是总切削力主运动方向上分力。,它垂直与基面,是切削力中最大一个切削分力。 其所消耗功率占总功率95%~99%。它是计算机床动力,校核刀具、夹具强度与刚度主要依据
图1-10 八角环车削测力仪及应变片布置 (2) 压电式测力仪这是一种灵敏度高,刚度大,自振频率高,线性度和抗相互干扰都较好且 无惯性高精度测力仪,特别适用于测量动态力及瞬时力。其缺点是易受湿度影响,连续测量稳 定或变化不大力时,会产生因电荷泄漏而引起零点漂移,影响测量精度。压电测力仪工作原理 是利用石英晶体或压电陶瓷压电效应。受力时,她们表面将产生电荷,电荷多少与所施加压力
影响因素 工件材料
2、不加切削液。
表1-2 影响切削力因素
说明 别加工材料强度越高,硬度越大,切削力就越大:工件材料加工硬化倾向性大,则切削力 将增大:工件材料中添加硫,铅等元素(易切削钢),切削力减小,加工铸铁等脆性材料时, 切削层塑性变形很小,加工硬化小,形成崩碎切屑与前刀面摩擦力小,故切削力小:同意 材料热处理状态不同、金相组织不同,也会影响切削力大小。
卷希望槽
υc=0.117m/s(7m/min)ap=1 ~3mm,f=0.1~1.2mm/r
у0=15°,25°, κr=75°λs=0°byl
=0 平前刀面,无
卷屑槽
υc=180m/min,ap=2~6mm,f =0.1~0.5mm/r
у0=15°, κr=75°λs=0°byl =0,平前刀面,
f=0.1~0.5mm/r
灰 铸 HT200 铁
170
1118

墨 QT450-1

0

退火
170~207
1413
可 铸 铁 锻 KTH300-
铸 06 铁
170
1344
冷 硬 轧辊用 铸 铁
表面硬化
3434{f=0. 8}
52~55(HRC) 3139{f=1 }
2845{f=1.
铸 铝 合 铝金 合 金硬 铝 合 金 黄 铜
影响切削力因素(见表1-2) 切削力测量
测量切削分力方法有两类:一类是间接测量法,例如把应变片贴滚动轴承外环上、用为移计测 量主轴或刀架变形量、测量驱动电动机耗电功率或转差率、测量静压轴承压力等,利用这些方 法便可间接测量切削力大小:另一类是直接测量法,主利用各种测力仪来进行测量。常用测量
仪是应变片式和压电式两种,其工作原理是利用切削力作用测力仪弹性元件上所产生变形,或 作用压电晶体上产生电荷转换后,来测量各切削分力。
刀尖圆弧半径 λ∈ λ∈对 Fc 影响不大。λ∈增大时,Fp 将增大。
刀具材料
刀具与被加工材料间摩擦因数,直接影响着切削力大小。同样切削条件下,高速钢刀具切 削力最大,硬质合金次之,陶瓷刀具最小。
切削液 刀具磨损
切削液润滑性能越高,切削力降低越明显。
刀具后 刀面磨损后,接触摩擦增大,切削力增大:刀具前刀面上因磨损而形成月牙洼时, 增大了前角,切削力减小。
υc=1.83m/s(110m/min), ap=2~6mm,f=0.1~0.5mm/r
无卷屑槽
у0=20°κr =90°λs=0°byl= 0.15mm,y01=5°,前刀面上带
卷屑槽
υc=40m/min,ap=1~5mm,f= 0.1~0.4mm/r
注:1、切削各种钢,用 YT15刀片:切削不锈钢、各种铸铁与铜、铝,用 YG8或 YG6刀片: 用 YW2刀片。
~0.15mm Y0=-20°前刀 面带卷屑槽
1962x10-6
υ0=90~150m/min ap=1~5mm
f=0.1~0.5mm/r
T10A
9CrSi
工 Cr12 具 Cr12MoV 钢 3Cr2W8

5CrNiMo
W18Cr4
V
CCr15
退火 退火

锈 1Cr18Ni9

Ti
淬火及回 火
189 223~228 223~228
主偏角 kr
当切削层公称横截面积不变时 kr 增大,切削层公称厚度增大,切削层变形减小,故切削力 Fc 减小,但当 kr 大于60°~75°时,到尖圆弧半径作用比重加大,Fc 又略有上升:kr 增大、 Fp 减小,Ff 增大且增大较多。
刃倾角 λs
λs 很大范围(从-40~+40)内变化时,对 Fc 没有什么影响,但 λs 减小时,Fp 增大,Ff 减 小。
式(1-5)中各系数、指数数值,以及式(1-6)中各种切削条件下修正系数数值可本书有关章 节中查。
(2) 用单位切削力计算切削力和功率 单位切削力 p 是单位切削层公称横截面积(m2)上切 削力(N), (1-7):
(1-8) 式中 Fc—切削为(N): AD—切削层公称横截面积(m2): bD—切削层公称宽度(mm): hD—切削层公称厚度(mm):
)f=0.3mm/r
实验条件
刀具几何参数
切削用量范围
1668 1884
1962
1668x10-6 1884x10-6
1962x10-6
Y0=15° Kr=75° λs=0° by1=0 前刀具带卷屑

2305 2197 2649
1962
2305x10-6 2197x10-6
2649x10-6
Y0=15°,kr=75° ,λs=0°by1=0.1
成正比而与压电晶体大小无关。用电荷放大器转换成相应电压参数,可测出力大小(见图 1-11a)。
将几个石英元件按次序机械排列一起,就可构成多向力传感器(见图1-11b)。加传感器上力作 用石英片上,石英晶体切割方向选择不同,各受力方向上灵敏度不同,故能分别测出各个切割
切削深度 ap、进 给量 f
切削速度 υc
切削深度 ap 进给量 f 增加时, 抗力和摩擦力增大,切削力也随之增大,但二者对切削力 影响程度不同,一般情况下,当 ap 增加一倍时,切削力约增加一倍,而当 f 增加一倍时, 切削力只增加68%~86%。
加工塑性金属时,切削速度 υc 对切削力影响呈波浪形。低速范围内(υc<50m/min)时,切削 速度增大,切削温度升高,摩擦力逐渐减小,切削力又随之减小。
切削脆性金属时,因塑性变形很小,切削与前刀面摩擦也小,故 υc 对切削力影响也小。
前角 y0
刀具前角越大,切削层变形越小,故切削力也减小,前角对切削力影响程度切削速度增大 而减小,这是高度切削时切削温度增高,使摩擦、加工硬化程度和塑性变形都减小缘故: 加工铸铁等脆性金属材料时,前角对切削力影响不显著。
之一。 2) 背向力 Fp 是总切削力切削深度方向上分力。它基面内,与进给运动方向垂直。
图1-9 切削力分解 此力作用机床一夹具一工件一刀具系统刚度最弱方向上,容易引起振动与加工误差,它是设计
和校验系统刚度和精度基本参数。 3) 进给力 Ff 是总切削力进给运动方向上分力。它基面内,与进给运动方向一致。Ff 作用机床
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