金属切削原理 4第四章 切削力
《金属切削原理与刀具》知识点总结
《金属切削原理与刀具》知识点总结第一章金属切削原理金属切削原理是金属切削工艺的基础，本章主要介绍了金属切削的基本原理，包括金属切削过程、刀具与被切削材料接触形式、切削能量与热力学原理、切削硬度与切削力的关系等。
第二章刀具材料与结构刀具材料与结构对切削加工的质量和效率有重要影响，本章主要介绍了刀具材料的选择与评价，以及刀具的结构与分类。
刀具材料的选择包括一般刀具材料、质子刀具材料和陶瓷刀具材料等。
第三章切削力分析与测定切削力是切削加工过程中的重要参数，正确定量和测定切削力对于提高切削加工的效率和质量至关重要。
本章主要介绍了切削力的分析与计算方法，以及切削力的测定方法，包括间隙力法、应力传感器法、功率法和应力波法等。
第四章刨削刨削是一种通过切削工具的多齿切削运动将金属材料切割成所需形状和尺寸的加工方法。
本章主要介绍刨削的工艺流程、刨削用刀具和切削参数的选择，以及刨削的切削力分析与测定方法。
第五章车削车削是一种利用车床刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工领域。
本章主要介绍了车削的工艺流程、车削刀具的选择和切削参数的确定，以及车削的主要工艺规律和效果评定方法。
第六章铣削铣削是一种通过旋转刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工和模具制造等领域。
本章主要介绍了铣削的工艺流程、铣削刀具的选择和切削参数的确定，以及铣削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第七章钻削钻削是一种利用钻头进行切削的加工方法，广泛应用于孔加工和螺纹加工等领域。
本章主要介绍了钻削的工艺流程、钻头的选择和切削参数的确定，以及钻削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第八章线切割线切割是一种利用细金属丝进行切削的加工方法，主要用于金属板材的切割。
本章主要介绍了线切割的工艺流程、线切割刀具的选择和切削参数的确定，以及线切割中的切削质量评价方法和切削速度对切割效果的影响。
此外，本书还包括金属切削中的润滑与冷却、数控机床中的刀具管理、切削机床中的刀具装夹等内容，为读者提供了全面的金属切削工艺和刀具知识。
金属切削屑理
金属切削原理定义金属切削的过程是工件和刀具相互作用的过程。
刀具要从工件上切去一部分金属，并在保证高生产率和低成本的前提下，使工件得到符合技朮要求的形状、尺寸精度、和表面质量﹔为了实现这一切削过程必须具备以下三个条件：（1）工件与刀具要有相对运动即切削运动﹔（2）刀具材料必须具备一定的切削性能﹔（3）刀具必须具备适当的几何参数。
即切削角度等。
第一章 第一节 切削运动与切削用量 一、切削运动外圆切削和平面刨削是金属切削加工中常见的加工方法。
现以它们为例来分析工件与刀具的切削运动。
图1-1表示外圆切削时的情况，工件旋转，车刀连续纵向进给，于是形成工件的外圆柱表面。
图1-2表示的是在牛头刨床上刨平面的情况，刀具作直线往复运动，工件作间歇的直线进给运动。
圖1-1外圓車削的切削運動与加工表面圖1-2平面刨削的切削運動与加工表面在其它各种切削加工方法中,刀具或工件同样必须完成一定的切削运动.通常切削运动按其所起的作用可分为以下两种:1.主运动 使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动.称为主运动.这个运动的速度最高,消耗的功率最大.2.进给运动 使主运动能够继续切除工件上多余的金属,以便形成工件表面所需的运动,称为进给运动. 二.切削用量所谓切削用量是切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。
它们分别定义如下：1. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度。
刀刃上各点的切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度由下式确定：m i n )//(1000m s m dnV 或π=式中 d —完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm ） n —主运动的转速（r/s 或r/min ）2.进给量f 它是工件或刀具的主运动每转或每一行程时，工件或刀具在进给运动方向上的相对位移量。
例如外圆车削时的进给量f 是工件每转一转时车刀相对于工件在进给运动方向上的位移量，其单位为mm/r;又如在牛头刨床上刨削时的进给量f 是刨刀每往复一次，工件在进给方向上相对刨刀的位移量，其单位为mm/双行程。
金属切削刀具第4-5章王老师课件
压电（晶体）传感器 9/52
第4章 切削力
• 4.2 切削力的测量及经验公式
– 4.2.3 切削力经验公式的建立
• 在生产实际中需要知道切削力的具体数值时，不可能每种情况都 进行测量而需要有一种在各种切削条件下都能对切削力进行估算 的通用公式。 • 切削力的经验公式是利用测力仪测得的切削力数据，经图解法、 线性回归法进行处理后所得到的。 • 回归分析（regression analysis)是确定两种或两种以上变量间相互 依赖的定量关系的一种统计分析方法。 • 按照自变量和因变量之间的关系类型，可分为线性回归分析和非 线性回归分析。
vf
vc
此式可用于求机床电机功率
PE
c
机床总传动效率
5/52
Pc
第4章 切削力
• 4.1.4 单位切削力
切削力的大小可采用测力仪测量，也可用经验公式计算出来。 单位切削力是指单位切削面积的切削力。
Fc kc ( N / mm2 ) AD
AD : 切削层公称横截面积 AD hDbD fa p hD : 切削厚度 bD : 切削宽度
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第4章 切削力
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第4章 切削力
– 4.3.3 其他因素
• 刀具材料
主要通过摩擦系数影响切削力。 在各类刀具材料中，摩擦系数是按金刚石、陶瓷、硬质合金、高速钢的顺序加 大的。
• 后刀面磨损程度
• 前刀面刃磨质量
• 使用切削液
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第4章 切削力
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第4章 切削力
31/51
第5章 切削热与切削温度
Fc s hDbD s hDbD (1.4h C)
ap 和 f 的增大都导致切削力增大，但两者的影响程度不同。 ap增加1倍，切削宽度增加1倍， ap 对变形系数没有影响，切削 力增大1倍。 f的增加对切削力的影响有正反两方面：f 增加1倍，切削厚度也 增加1倍，切削力也应增大1倍； f 增加将使变形系数减小，切削 力又会减小。综合上述两反面的影响，随着f的增加，切削力不会 成正 比增大。
金属加工切削力
Fp
F
sin
o
AD sin o sin cos o
2．切削力经验公式
➢切削力的经验公式的建立 切削力的经验公式是通过
测力实验——数据归纳分析——模型化处 理的过程 （线性回归法）得到的。
F C a c
Fc
xFc p
f
yFc
F C a p
Fp
xFp p
f
yFp
F C a f
F
f
xFf p
Fc 2795 31.0 0.56 0.75 106 .80.15 0.95 0.94N 2406 N
Fp 1940 30.9 0.560.6 106.80.3 0.85 0.77N 594N
Ff 2880 31.0 0.560.5 106.80.4 0.851.11N 942N
4900 CFc 0.3 1633
取平均值得
16331650
CFc
2
1640
Fc 1640ap f 0.84
表2-3 车削力公式中的系数和指数
切削力经验公式
F C
a f v K xFc
y Fc n Fc
c
Fc p
c
Fc
F
C
a f v K xFp
y Fp n FP
p
Fp p
c
Fp
F f
C a x Ff Ff p
（2）f-Fc的关系
在同样的条件下，如果背吃刀 量ap=3mm，依次改变进给量f，将 测得的数据标在双对数坐标上，则
得到的f-Fc的关系图同样是一组直 线，表明Fc与f成指数关系
Fc Cff 0.84 即 log Fc log C f yFc log f
金属切削原理中切削力效果的仿真模拟研究
金属切削原理中切削力效果的仿真模拟研究随着工业技术的快速发展，金属切削加工在各个领域中都扮演着重要的角色。
而在金属切削加工过程中，切削力效果的研究对于提高切削加工的效率和质量具有重要的影响。
本文将以金属切削原理中切削力效果的仿真模拟研究为题，探讨金属切削过程中切削力的影响因素以及仿真模拟的方法。
首先，我们需要了解金属切削加工中切削力的概念和作用。
切削力是指在金属切削过程中刀具对工件产生的力。
它是通过与工件表面接触形成的摩擦力和切削力的合力，用于克服金属材料的强度和硬度，从而将金属材料切削成预定形状和尺寸的零件。
切削力直接影响着切削加工的效率、切削工具的寿命以及加工表面质量等方面。
在金属切削过程中，切削力的大小和方向受到多种因素的影响。
首先是刀具的几何形状和刀具材料的选择。
刀具的刃角、刃宽以及刀具材料的硬度和耐磨性等因素都会直接影响切削力的大小。
其次是被切削材料的性质。
材料的硬度、塑性和热导率等特性都会对切削力产生影响。
此外，切削速度、进给量和切削深度等工艺参数也会对切削力产生影响。
因此，研究这些影响因素对切削力的影响是非常必要的。
为了研究金属切削过程中切削力效果，研究人员常常采用仿真模拟的方法。
仿真模拟可以通过建立切削力的数学模型和计算机模拟技术，准确预测切削过程中的切削力大小和方向，并分析各种影响因素对切削力的影响。
其中，有限元法是一种常用的仿真模拟方法。
有限元法是一种数值计算方法，广泛应用于工程领域中的结构力学和材料力学问题。
在金属切削过程中，有限元法可以通过将切削区域划分成许多小块，建立小块上的切削力模型，并通过求解数学方程组来计算切削力的大小和方向。
通过调整模型中的参数，如刀具几何形状、工件材料特性、切削速度等，可以得到不同情况下的切削力效果。
此外，还可以使用商业仿真软件来进行金属切削过程中切削力效果的仿真模拟研究。
这些软件通过提供各种切削过程的模型和计算工具，能够更加方便地进行切削力的预测和分析。
第4章切削力
2 主偏角的影响
r =300 ～600 增大r Fc 减小
hD 增大 Λh减小
r = 600 ～700时 Fc 最小 r＞700
增加r
增大r Fc增加
Ff 增加 Fp减小
切削力Fc / N
刀尖圆弧切削占比例增加
F F p Dcos r
F F sin f D r
1960 1764 1586 1372 1176 980 784 588 392 196
切削HT200的 FC 比45﹟ 下降了40%
切削厚度压缩比 Lh
二 切削用量影响 1 υc对Λh、Fc 影响规律相同 积屑瘤生长区
υc<17 m/min
υc 增大 Λh 变小 Fc 变小 积屑瘤消退区 17m/min<υc<30 m/min υc 增大 Fc 增大 无瘤区 υc ≧35 m/min υc增大 Fc 降低 υc＞90 m/min Fc 略降趋向平稳
三 切削功率
n f 3 w P F u F 0 F u ( F u F ) 10 K W c cc p f f cc f 1000
外圆车削时 因Fp方向没有位移 故消耗功率为零
uf uc
3 P F u 10 KW c c c
四 单位切削力实验公式 目前国内外都用 实用简便
金属切削原理与刀具
第
教学内容 第4章 切削力 教学重点 合力、分力、切削功率的计算方法 主要因素对切削力的影响规律
5 讲
导言
切削力是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力
是影响工艺系统强度、刚度、加工质量的重要因素
切削力使工件变形 加工时产生让刀 使工件加工尺寸、精度变化 是设计机床 刀具 夹具和计算动力消耗的主要数据 机床结构设计与部件强度、电机功率计算主要参数 自动化精密加工用来检测监控刀具磨损、表面质量
第四章切削力
进给力Fx (Ff)
旧称轴向力或走刀力，用Fx表示——总切削力在进给方 向的分力，它作用于基面Pr内，与进给方向平行，与 走刀方向相反。是设计、校核机床进给机构，计算刀 具、机床进给功率不可缺少的依据。
背向力 Fy（Fp）
旧称径向力、切深抗力、吃刀力等，用Fy表示 ——它 作用于基面Pr内，与进给方向垂直。是进行加工精 度分析、计算工艺系统刚度以及分析工艺系统振动 时，所必须的依据。 它能使工件产生变形或振动，是校验机床主轴在水 平面内刚度及相应零部件强度的依据；
图为单一压电传感器原理图。压力F通过小球1及金 属薄片2传给压电晶体3。两压电晶体间有电极4，由 压力产生的负电荷集中在电极4上，通过有绝缘层的 导体5传出，而正电荷则通过金属片2或测力仪体接 地传出。导体5输出的电荷通过电荷放大器放大后用
记录仪器记录下来，在事先标定的标定曲线图上即 可查出切削力的数值。在测力仪中沿Fc、Ff和Fp三个 方向上都装有传感器，可以分别测出三向分力。
按测力仪的工作原理可以分为机械、液压和电气测 力仪(电阻、电感、电容、压电或电磁式测力仪)。目前 常用的是电阻式测力仪和压电测力仪。以下分别进行介 绍。
1）电阻应变式测力仪 电阻应变式测力仪具有灵敏度高、线性度好、量程范围
大、使用可靠、测量精度较高等优点，适用于切削力的动态、 静态测量。
这种测力仪常用的电阻元件叫做电阻应变片。其特点是
在没有专用测力仪器的情况下，可以使用功
率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率
PE后，可按式 Pm＝PEηm
PE
Pm
m
算出切削功率Pm，即：
在切削速度Vc为已知的情况下，将Pm代人式
Pm Fzvc 103 即可求出主切削力Fz。这种方法只
第四章 切削力
式中
CFc , CFp , CFf —— 与工件、刀具材料有关系数；
xFc , xFp , xFf —— 切削深度ap 对切削力影响指数；
yFc , yFp , yFf —— 进给量 f 对切削力影响指数； KFc , KFp , KFf —— 考虑切削速度、刀具几何参数、 刀具磨损等因素影响的修正系数。
Pc＝Fc vC
式中 vC──主运动的切削速度。
计算切削功率Pc是为了核算加工成本和计算能 量消耗，并在设计机床时根据它来选择机床电机功率。 机床电机的功率PE可按下式计算:
PE P / c c
式中 ηc──机床传动效率，一般取ηc＝0.75～0.85。
4.单位切削功率
“单位时间内切下单位体积金属所需的 功率”
背吃刀量asp ↑ 进给量f↑
AD ↑
变形抗力 ↑ 摩擦力
↑ 切削力
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二、影响切削力的因素
标准切削试验：刀具材料P10，工件材料45钢 σ b = 650 Mpa，车刀几何参数为o =10°、
r = 45°、ls =0°。
FC CFC
1.0 f 0.75 v -0.15 K aSP C FC
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谢
谢！
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刀刃锋利↑
变形抗力↓
切削力↓
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二、影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响。 a） 前角o对切削力的影响;
图1-25 前角对切削力的影响 asp = 4 mm f = 0.25 mm / r
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二、影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响 b） 主偏角r 对切削力的影响
二、影响切削力的因素
金属切削原理中的切削力分析
金属切削原理中的切削力分析金属切削是一种常见的制造过程，用于在金属工件上去除材料并形成所需的形状。
在切削过程中，切削力是一个重要的物理量，它对切削性能和刀具寿命有着巨大的影响。
因此，对切削力进行准确的分析和控制对于提高切削效率和质量至关重要。
切削力是指切削工具在切削过程中所受到的力的大小和方向。
它由垂直于切削刀具切向的剪切力和垂直于切削速度方向的进给力组成。
切削力的大小受到金属材料的性质、切削工艺参数和切削刀具的几何特征等因素的影响。
在进行切削力分析时，首先需要考虑金属材料的力学性质。
常用的金属切削力分析模型包括麦克沃尔特戴勒模型和李格尔-彼得森模型。
麦克沃尔特戴勒模型将切削力与切削速度和切削刀具的几何特征相关联。
李格尔-彼得森模型则利用切削力的经验公式将切削力与切削深度、切削速度和材料性质等参数联系起来。
这些模型在工程实践中提供了一种简易而有效的方式来预测和控制切削力。
其次，切削工艺参数对切削力的影响也是不可忽视的。
切削深度、进给速度和切削速度是常见的切削工艺参数。
切削深度是指切削刀具在单次切削过程中进入金属工件的深度。
进给速度是指切削刀具在单位时间内移动的距离。
切削速度是指切削刀具与金属工件表面的相对速度。
当切削深度、进给速度和切削速度增加时，切削力也会增加。
因此，合理选择和控制切削工艺参数可以降低切削力，并提高切削效率。
此外，切削刀具的几何特征也对切削力产生重要影响。
切削刀具的刃数、前角、刀尖半径和刃倾角等几何参数会改变切削过程中金属材料的切削形态。
例如，多刃刀具可以降低单刃切削时的切削力，而较小的刀尖半径会导致更大的切削力。
因此，在选择切削刀具时应综合考虑切削力和切削效果的平衡。
了解切削力的分布情况也是切削力分析的重要内容。
切削力在切削过程中不均匀地分布在切削刀具和金属工件之间。
通常，切削力最大的区域在切削刀具的刀尖附近。
了解切削力的分布情况有助于优化刀具设计和切削工艺参数的选择。
总之，在金属切削原理中，切削力的分析对于提高切削效率、保护刀具和改善切削质量都至关重要。
5.第四章 切削力
切削力来源 切削力的分解与合成 切削力实验公式的建立 影响切削力的因素及规律
第六讲 切削力
1、切削力的来源： 切削力的来源： 1） 切削层金属 、 切 ） 切削层金属、 屑和工件表面层金属的 塑性变形； 弹、塑性变形； 2） 刀一屑、 刀一工 ） 刀一屑 、 件间的摩擦阻力。 件间的摩擦阻力。
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响 刀具几何参数对切削力的影响。 对切削力的影响 对切削力的影响; a） 前角γo对切削力的影响;
前角γo↑
刀刃锋利↑
变形抗力↓
切削力↓
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响 刀具几何参数对切削力的影响。 对切削力的影响 切削力的影响; a） 前角γo对切削力的影响;
3. 影响切削力的因素
3）刀具几何参数对切削力的影响 刀具几何参数对切削力的影响。 对切削力的影响 对切削力的影响; e）使用切削液 对切削力的影响;
3. 影响切削力的因素
切削用量对切削力的影响 对切削力的影响。 2）切削用量对切削力的影响 切削速度Vc对切削力的影响; Vc对切削力的影响 b）切削速度Vc对切削力的影响;
切削塑性材料时
3. 影响切削力的因素
切削用量对切削力的影响 对切削力的影响。 2）切削用量对切削力的影响 切削速度Vc对切削力的影响; Vc对切削力的影响 b）切削速度Vc对切削力的影响;
3. 切削力的测量及指数经验公式
（1）切削力的测量
切削力单因素实验
切削力单因素实验对数坐标图
（2） 切削力指数实验公式
xF Fc = C Fc ⋅ a p c ⋅ f γFc ⋅ vcnFc ⋅ K Fc γF p xF p nF p F p = C Fp ⋅ a p ⋅ f ⋅ vc ⋅ K Fp γF f xF f nF f F f = C F f ⋅ a p ⋅ f ⋅ vc ⋅ K Ff —切削力、背向力和进给力； 切削力、 切削力 背向力和进给力； F F F
《金属切削原理及刀具》图文课件-ppt-第4章
2022年7月26日星期二
4.4.2 刀具几何参数的影响
1.前角的影响 在刀具几何参数各项中，前角对切削力的影响最大。前角越大，
切削层的变形越小，故切削力越小，但对于切削不同的材料，前角的 变化对切削力的影响并不相同。切削塑性金属时，前角变化1°，切 削力将改变1.5%左右，金属的塑性越大，改变的幅度越大。例如，当 切削45钢时，前角增加1°，切削力减小1%；当切削紫铜时，前角增 加1°，切削力减少2%～3%；当切削铅黄铜时，前角增加1°，切削力 减小0.4%。此外，前角减小，工件材料和切削条件对切削力的影响系 数减小，切削力减小，因此，随着前角增加，切削力较显著减小。
（4-11）
2022年7月26日星期二
2022年7月26日星期二
图解法
2.切削力的计算 实际生产中，常用指数公式来计算切削力，即：
F C a f v K xFc yFc zFc
c
Fc p
c
Fc
F C a f v K xFp yFp zFp
p
Fp p
c
Fp
F C a f v K xFf yFf zFf
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前角γo对切削分力的影响规律曲线
4.4.3 切削用量的影响
1.切削速度的影响
切削塑性金属时，切削速度vc对切削力的影响如同对切削变形影响
的规律，即是通过积屑瘤与摩擦的作用造成的，如图所示。
YT15外圆车刀车削45钢时的切削速度与切削力的关系曲线 2022年7月26日星期二
2022年7月26日星期二
第4章 切削力
建立Fc与ap、f之关系的主要步骤如下： 首先建立Fz与ap、f之单独关系。为此，实验时， 固定ap以外的所有其他切削条件，选取若干个ap 进行切削实验，用测力仪量取不同ap时的切削力 Fz，得到若干组Fc与ap的对应数据，然后处理数 据，建立经验公式。 处理数据的方法很多，这里仅介绍一种精度较高 的方法—最小二乘法。
课外练习P51—4.5题。
325
300
切削力 Fc (9.8N)
275
250
40
80
120
160
200
υ 切削速度 c(m/min)
三、 刀具几何参数
1、前角γO ：对切削力影响最大。切削力随 着前角的增大而减小。这是因为前角的增大， 切削变形与摩擦力减小，切削力相应减小。 2、刀具主偏角κr ：对切削力Fc的影响不大， κr＝ 60 o～75 o 时， Fc最小，因此，主偏角 κr ＝75 o 的车刀在生产中应用较多。 背向力Fp随主偏角κr的增大而减小。 进给力Ff随主偏角κr的增大而增大。
通常，在求得回归方程之后，还应检查 试验点对回归直线的离散程度，即还需 进行显著性检验，以判断Y与X有无明显 的线性关系。 建立三个以上因素的经验公式时，应采 用多因素实验法，即正交实验法。
教材上用单位切削力公式计算总切削力的部分 请同学们自己看书，这一部分我不讲。这一部 分主要是根据已知条件来查表，其实切削手册 上这样的表很多，如有实际问题，请同学们查 阅切削手册。
金属切削原理及刀具
山东英才学院
第四章 切削力¤1
第一节 概述 一、切削力的来源
切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切
屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所
机械制造技术基础金属切削原理
机械制造技术基础金属切削原理金属切削是机械加工中常见的一种工艺，广泛应用于机械制造领域。
金属切削的原理主要包括金属材料的切削力、金属切削的切削速度和金属切削的切削温度等方面。
本文将以机械制造技术基础为主题，详细介绍金属切削的原理。
一、金属切削的切削力在金属切削过程中，切削力是指作用在切削刃上的力。
切削力是切削过程中最重要的性能之一，它直接影响到加工精度、表面质量和切削工具的寿命。
切削力的大小与切削深度、进给量、切削速度、切削力角等因素有关。
1.切削深度：切削深度是指切削刀具与原材料表面的距离。
切削深度的增大会使得切削力增大，但是切削力增加并不是线性关系，切削深度较小时，切削力随着切削深度的增大呈线性增大；切削深度较大时，切削力随着切削深度的增大呈指数增大。
2.进给量：进给量是指切削刀具在单位时间内与工件的相对运动位移，通常用每转进给量表示。
进给量的增大会使得切削力增加，但是这种关系是线性关系。
3.切削速度：切削速度是指切削刀具与工件相对运动的速度。
切削速度的增大会使得切削力增加，但是这种关系并不是线性关系，一般呈现出二次方的增长。
4.切削力角：切削力角是指切削刃与切削面之间的夹角。
切削力角的大小主要取决于材料的性质，一般情况下切削硬材料时，切削力角偏大，切削软材料时，切削力角偏小。
二、金属切削的切削速度切削速度是指切削刀具与工件之间相对运动的速度。
切削速度对于金属切削的性能和加工效果具有重要影响。
切削速度的选择要根据切削材料的硬度、材料的大面积、工件的形状和工件表面的粗糙度等因素来进行选择。
1.切削硬度：切削硬度越大，切削速度越低。
这是由于硬度大的材料在切削过程中会提供更大的阻力，增加切削过程中所需的能量。
2.材料的大面积：当切削材料的大面积增大时，切削速度应适当降低，以避免因切削速度过高导致的工件变形、断裂等问题。
3.工件的形状：工件形状的不同会导致切削刃与工件之间的接触面积不一样，从而影响切削力的大小。
金属切削原理PPT全套课件
实际上，除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外，还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前，后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便，可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的 大小也就不同。
测量平面和参考平面系就组成了所谓的刀具 标注角度参考系。目前各个国家由于选用的测量 平面不同，所以采用的刀具标注角度参考系也不 完全同意。现在以常用的外圆车刀为例，来说明 几种不同的刀具标注角度参考系。
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度，进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下：
１. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度．刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定：
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 （mm）；
度参考平面的切削平面和基面定义如下：
１. 切削平面是通过刀刃上选定点，切于工 件过渡表面的平面。在切削平面内包含有刀刃在 该定点的切线，和由主运动与进给运动合成的切 削运动向量（简称合成切削运动向量）。
２. 基面是通过刀刃上选定点，垂直于该点 合成切削运动向量的平面。显然，刀刃上同一点 的基面和切削平面是相互垂直的。
在基本技能方面，应具有根据加工条件合理 选择刀具材料，刀具几何参数的能力；应具有根 据加工条件，和用资料，手册及公式，计算切削 力和切削功率的能力；应具有根据加工条件，从 最大生产率或最低加工成本出发，合理选择切削
用量的能力；应初步具有利用常用仪器设备进行 切削变形，切削力，切削温度，刀具磨损和砂轮 磨损等测试的技能，并具有对实验数据进行处理 和分析的能力。
金属切削原理与刀具(第四版)习题册答案
金属切削原理与刀具（第四版）习题册答案中国劳动社会保障出版社目录第一章金属切削加工的基本知识 (1)第一节切削运动 (1)第二节切削要素 (1)第二章金属切削刀具的基本知识 (3)第一节刀具材料 (3)第二节切削刀具的分类及结构 (4)第三节刀具的几何角度 (4)第四节刀具的工作角度 (6)第三章切削加工的主要规律 (7)第一节切削变形 (7)第二节切屑的类型与控制 (7)第三节积屑瘤 (9)第四节切削力与切削功率 (10)第五节切削热和切削温度 (12)第六节刀具磨损与刀具耐用度 (12)第四章切削加工质量与效率 (14)第一节工件材料的切削加工性 (14)第二节已加工表面质量 (14)第三节切削用量的选择 (15)第四节切削液 (16)第五章车刀 (18)第一节焊接式车刀 (18)第二节可转位车刀 (18)第三节成形车刀 (20)第六章孔加工刀具 (21)第一节麻花钻 (21)第二节深孔钻 (22)第三节铰刀 (23)第四节镗刀 (24)第五节其他孔加工刀具 (24)第七章铣刀 (26)第一节铣刀的种类及用途 (26)第二节铣刀的几何参数及铣削要素 (27)第三节铣削方式 (28)第八章拉刀 (30)第一节拉刀的种类 (30)第二节拉刀的结构组成及主要参数 (30)第三节拉削方式 (31)第四节拉刀的使用与刃磨 (32)第九章螺纹刀具 (34)第一节螺纹车刀 (34)第二节丝锥和板牙 (35)第三节螺纹铣刀 (35)第四节塑性变形法加工螺纹 (35)第十章齿轮加工刀具 (37)第一节齿轮刀具的种类 (37)第二节齿轮滚刀 (37)第三节蜗轮滚刀 (38)第四节插齿刀 (39)第五节剃齿刀 (40)第十一章数控机床用刀具 (41)第一节数控车床用刀具 (41)第二节数控铣床用刀具 (42)第三节数控加工中心用刀具 (43)第一章金属切削加工的基本知识第一节切削运动一、填空题1．刀具、工件、主、进给2．待加工、已加工、过渡二、判断题*1．√*2．√3．× 4．× 5．√ 6．×三、选择题*1．B *2．C 3．A *4．A *5．A *6．B *7．A四、简答题写出下表中各种切削加工方法具备的主运动。
金属切削原理知识点总结
金属切削原理知识点总结一、切削力分析切削力是切削加工过程中刀具对工件产生的力，切削力的大小和方向直接影响加工质量和刀具的寿命。
切削力的大小受到刀具几何形状、刀具材料、切削速度、进给量和切削深度等因素的影响。
切削力的分析可以帮助工程师了解切削加工过程的机理，优化切削参数，提高加工效率和加工质量。
1.1 切削力的计算切削力的计算是切削过程中的重要内容，可以根据切削力的计算结果来选择合适的刀具和切削参数，从而达到理想的加工效果。
切削力可以分为主切削力和辅切削力，主切削力是指在切削方向上的切削力，而辅切削力是指与切屑流方向垂直的切削力。
切削力的计算可以通过力的平衡关系，切削力的大小与切削过程中的材料变形和切削屑形成有关，因此需要进行深入的力学分析和实验研究。
1.2 切削力的影响因素切削力的大小与切削条件、切削材料、刀具几何形状等因素有关，切削速度和进给量是影响切削力的重要因素。
切削速度的增加会导致切削力的增加，但切削力的增加并不是线性的，而是随着切削速度的增加呈指数增加。
进给量的增加也会导致切削力的增加，因为进给量的增加会导致材料的切削屑变厚，从而增加切削力。
1.3 切削力的测量切削力的测量是对切削过程中切削力的实时监测和记录，可以通过直接力传感器或间接力传感器来测量切削力。
直接力传感器可以直接测量刀具上的切削力，而间接力传感器则可以通过测量机床上的力来间接计算切削力。
切削力的测量可以帮助工程师了解切削过程的特点，对刀具和加工参数进行优化调整，减小切削力，提高加工效率和刀具寿命。
二、切削热切削热是在金属切削过程中产生的热量，是由于切削过程中的塑性变形和切削摩擦所产生的。
切削热会直接影响刀具的温度和寿命，同时也会影响加工表面的质量。
切削热的分析可以帮助工程师了解切削过程中的热特性，以便进行刀具选择和切削参数优化。
2.1 切削热的产生切削热的产生主要包括两个方面，一是切削变形热，二是切削摩擦热。
切削变形热是在金属切削过程中由于金属材料的塑性变形产生的热量，切削摩擦热是由于切削过程中刀具与工件表面的摩擦所产生的热量。
金属切削刀具切削力-2022年学习资料
4.3切削力的指数公式和切削力的预报及估算-切削力指数公式-F=C.a。fvKe-F,=Cr.Kn-F=C a f-式中：-F2、F火F分别为主切削力、切深抗力、进给抗力；-Cz,Cy,Cx决定于被加工材料和切削 件的有关系数；-XFz、yFz、nFz xFy yFy.nFy xFx.yFx.nFx分别为-三个分力公式 ，背吃刀量a。、进给量和切削速度V的指数；-Kz,Ky,Kx考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素-影 的修正系数。
第四章切削力-4.1切削力的来源，切削合力及其分解，-切削功率-切削加工时刀具刀具切入工件，使被加工材料发 -变形成为切屑所需的力。-一、切削力来源-女3个变形区产生的弹、塑性变形抗力。即工件材料被切过程-中所发生 弹性变形和塑性变形的抗力。-女切屑、工件与刀具间摩擦力。即切屑对刀具前刀面的摩擦-力和刀具后刀面对过渡表面 已加工表面之间的摩擦力。-弹性压力-塑性压-塑性压力
二、切削合力及其分解-F=F2+FN=F2+F2+2-Fx FNsinKy-Fy FNCOSKy-切削分力 主切削力Fz-切于过渡表面并与基面垂直-切削力或切向力-进给抗力Fx-处于基面内并与工件轴线平行-进给力或 向力-切深抗力Fy处于基面内并与工件轴线垂直-背向力、径向力、吃刀力
FN-Kr-F.进给抗力-吃刀抗力F,-Fy-主切削力-切削合力-切削力的分解
1、背吃刀量a。进给量f-ap、增大，切削完度aw、1-切削厚度a增大，切削面积A增-大，抗力和摩擦力增加 则切削力增大，但影响程度不一。-因刀刃钝圆半径r的关系，刃口处的变形大，，所示），该-处变形比例基本不变，而a变大，变形减小。所以增加a,时切-削力的增大较的增 影响明显。一般切削力实验公式中a,的-指数接近于1；的指数接近于0.75也可说明这一点。-可见，在同样切削 积下，采用大的较采用大的，省力。
你知道金属切削的切削力的来源、切削合力及分解，切削功率计算吗？
你知道金属切削的切削力的来源、切削合力及分解，切削功率计算吗？切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率(见图）(一）切削力的来源研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。
金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。
切削力来源于三个方面：1．克服被加工材料对弹性变形的抗力；2．克服被加工材料对塑性变形的抗力；3．克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。
（二）切削合力及其分解上述各力的总和形成作用在刀具上的合力Fr（国标为F）。
为了实际应用，Fr可分解为相互垂直的Fx（国标为Ff）、Fy（国标为Fp）和Fz（国标为Fc）三个分力。
在车削时：Fz——主切削力或切向力。
它切于过渡表面并与基面垂直。
Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。
Fx——进给抗力、轴向力或走刀力。
它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。
Fx是设计进给（走刀）机构，计算车刀进给功率所必需的。
Fy——切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。
它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。
Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度（详见第七章），计算机床零件和车刀强度。
它与工件在切削过程中产生的振动有关。
（三）切削功率（见公式）1、单位切削力单位切削力p是指切除单位切削层面积所产生的主切削力，可用下式表示：单位切削力p可查手册，利用单位切削力P来计算主切削力Fz较为简易直观。
2、切削功率Pm消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm(国标为Po)。
切削功率为力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗功率。
于是Pm=(Fz*Vc+Fx*nw*f/1000)×10-3其中：Pm—切削功率（KW）；Fz—切削力（N）；Vc—切削速度（m/s）；Fx—进给力（N）；nw—工件转速（r/s）；f—进给量（mm/s）。
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金属切削原理与刀具Principle of Metal Cutting and Cutting Tools
第四章切削力
4.1 切削力的来源、切削合力及分力、切削功率4.2 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试4.3 切削力的指数（实验）公式
4.4 影响切削力的因素
4.1 切削力的来源、切削合力及分力、切削功率
一、切削力的来源
切削过程中，刀具施加于工件使工件材料产生变形，并使多余材料变为切屑所需的力，称为切削力。
★3个变形区产生的弹、塑性变形抗力★切屑、工件与刀具间摩擦力
图4-1 切削力的来源
二、切削合力及其分解
通常将合力Fr分解为相互垂直的三个分力：切削力F z 、进给力F x 、背向力Fy
切削分力的作用-Fz （F c ）
主切削力(切向
分力)：切于过
渡表面并与基面
垂直，Fz使车
刀产生弯矩，是
计算车刀强度，
设计机床零件，
确定机床功率的
依据。
切削分力的作用-Fy（F p）
切深抗力、或背向
力、径向力、吃刀力
Fy：处于基面内并与
工件轴线垂直的力，
使工件产生弯曲，用
来确定与加工精度有
关的工件挠度，计算
机床零件和车刀强
度。
切削过程中产生
振动的力。
影响加工精度，是计
算系统刚度的依据。
切削分力的作用-Fx （F f）
刀力Fx：处于基面内
并与工件轴线平行与
走刀方向相反的力，
作用在进给机构上，
是计算进给机构强
度、计算车刀进给功
率的依据。
Fx、Fy 和Fz 的比较
Fz :Fy :Fx= 1: ( 0.4～0.5 ) : ( 0.3 ～0.4 )
Fr= ( Fz2 +Fy2 +Fx2 )0.5
Fr= ( 1.12 ～1.18 ) Fz
随车刀材料、几何参数、切削用量、工件材料和车刀磨损等情况不同，Fx、Fy和Fz之间的比例变化较大。
三、切削功率
测定机床功率，计算切削力
用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率P E 后，计算出切削功率Pm。
这种方法只能粗略估算切削力的大小，不够精确。
当要求精确知道切削力的
大小时，通常采用测力仪直接测量用测力仪测量切削力。
4.2 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试
应变式、压电式
式中：C Fz 、C Fy 、C Fx :系数
x Fz 、y Fz 、n Fz 等:对应指数，表示对切削力的影响程度
系数、指数查表4-1
K Fz 、K Fy 、K Fx 实际条件与所求得经验公式的条件不
符时修正系数，查表4-2、4-3、4-4，下式计算：
x x x x x y
y
y
y y
n x n
n F y x p F F y
x p F z
F y x p
F z K v f a C
F K
v f a
C
F K v
f
a C F F F F F F F z
z
F z F z
F z ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=一、计算切削力的指数公式
第四章切削力
4.3 切削力的指数（实验）公式
Fz
Fz Fz s Fz Fz Fz F K K K K K K K br1r m ⋅⋅⋅⋅⋅=ελγκ计算切削功率
负倒棱
不同材料，单位切削力不同。
即使同一种材料，切削用量不同，刀具几何参数不同，单位切削力也不同。
修正系数
9切削力的大小计算有理论公式和实验公式。
理论公式通常供定性分析用，一般使用实验公式计算切削力。
9常用的实验公式分为两类：一类是用指数公式计算；另一类是按单位切削力进行计算。
9在金属切削中广泛应用指数公式计算切削力。
不同的加工方式和加工条件下，切削力计算的指数公式可在切削用量手册中查得。
车削时的切削分力及切削功率的指数公式见表4-1。
9若已知单位切削力p ，即可求得单位切削功率p。
表4-5为
s
硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功率。
实际切削条件与表中不符时, 须引入修正系数修正。
9实际应用工作中，切削力的计算可查阅有关手册。
二、指数公式的建立
切削力实验方法
1)单因素法：改变一个因素而使其他因素保持不
变，测出切削力；
2)多因素法：同时改变多个因素，测出切削力。
数据处理方法
1)图解法，有误差
2)最小二乘法，精确
1）指数公式的建立示例-图解法
切削力指数公式
z
z
F z
F z
F
y x
p F z K f a C F ⋅⋅⋅=(1)确定试验条件
(2) 固定f ，测量a p 与Fz 关系(3) 确定Fz 与a p 的关系
(4) 固定a p ，测量f 与Fz 关系(5) 确定Fz 与f 的关系(6) 求系数C Fz
(7) 修正系数的获得
z
F z
F y x f
a C F ⋅⋅⋅=
z
F z
F y x f
a C
F ⋅⋅⋅=
(6) 求系数C Fz
当f=f 0=0.3mm/r
C Fz ·a p ·(0.3) 0.84=600 ·a p
C Fz =600/(0.3)0.84≈1648
当a p ＝3mm 时
C Fz ·(3)1 ·f 0.84=4900 ·f 0.84
C Fz =4900/3=1640
C Fz =(1648+1640)/2 ≈1640 得经验公式Fz=1640 ·ap ·f 0.84
z
z
F z
F z
F y x p F z
K
f
a
C
F ⋅⋅⋅=
(7) 修正系数的获得
经验公式是在一定条件下获得的，条件改变计算力肯定有误差，必须修正
z
z
F z
F z
F y
x
p F z
K
f
a
C
F ⋅⋅⋅=Fz
Fz Fz s Fz Fz Fz F K K K K K K K O r z br1r m ⋅⋅⋅⋅⋅=ελγκ负倒棱
2）最小二乘法，精确
第四章切削力
4.4 影响切削力的因素
1. 工件材料
2. 切削用量
3. 刀具几何参数
4. 刀具材料
5. 切削液
6. 刀具磨损
一、工件材料
影响较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性
强度硬度↑⇒τs ↑⇒Fr ↑
强度硬度相同，塑性↑⇒μ↑⇒Fr ↑
（3）切削速度V
BUE ↑⇒r oe ⇒F ↓
↓⇒F ↑
μ↓，ф↑，ξ↓，T ↑⇒F ↓
A
B A ：BUE （积屑瘤）最大切削速度υ
切削速度υ
（4）切削用量对切削力F的影响比较
a p>f>v
从降低切削力出发，选用大的v和f比a p有利
三、刀具几何参数
↑→切削变形↓
1. 前角的影响：塑性材料，γ
o
→切削力↓
脆性材料，切屑变形和加工硬化小，对切削力影响不大。
图4-14 负倒棱对切削力的影响2. 负倒棱的影响：
负倒棱参数大大提高了正前角刀具的刃口强度，但同时也增加了负倒棱前角(负前角)参加切削的比例，负前角的绝对值↑→切削变形程度↑→切削力↑。
3. 主偏角的影响：
图4－17主偏角对切削力的影响刀尖圆弧半径r
ε
图4-21 主偏角不同时Fx 、Fy 力的分解
（a ）K 小（b ）K 大F y =F xy cosK r F x =F xy SinK r
K r ↑→F y ↓, F x ↑
4. 刃倾角的影响：
λs ↓→F
y ↑, F
x
↓, F
z
基本不变
5. 刀尖圆弧半径r
ε
刀尖圆弧半径r
ε
↑→切削刃圆弧部分的长度↑→切削变形↑→
切削力↑。
此外r
ε
增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值
减小，从而使F
y 增大、F
x
减小。
本章小结
1.切削力分解
2.切削力指数（经验）公式建立
3.切削力计算
4.影响切削力的因素：工件材料、切削用
量、刀具几何参数、刀具材料、切削
液、刀具磨损
本章习题：P80：3, 4, 6。