金属切削原理 4第四章 切削力

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 ⋅⋅⋅=