金属切削原理第四章切削力
《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
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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。
第四章 切削力 金属切削原理第2版华中科技大学出版社
－10° 0°
10°
15°
20°
30°
45号钢 灰铸铁
Kγ0Fz
Kγ0Fy Kγ0Fx Kγ0Fz Kγ0Fy Kγ0Fx
1.28 1.18 1.05 1.00 0.89 0.85
1.41 1.23 1.08 1.00 0.79 0.73 2.15 1.70 1.24 1.00 0.50 0.30 1.37 1.21 1.05 1.00 0.95 0.84 1.47 1.30 1.09 1.00 0.95 0.85 2.44 1.83 1.22 1.00 0.73 0.37
负倒棱－提高切削力 通过其宽度br1和进给量f的比值来影响切削力。
lf－切屑沿前刀面流出时与前刀面的接触长度。 切钢： lf＝（4～5）f；切铸铁： lf＝（2～3）f
（2）主偏角
Kr
加工细长轴？
Kr 900
主偏角kr在30°～60°范围内增大，由切削厚度ac的影响 起主要作用，促使主切削Fz减小；
2.80
45°
1.05 1.60 0.80 1.00 1.80 1.80
60°
1.00 1.25 0.90 1.00 1.17 1.17
75°
1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
90°
1.05 0.85 1.15 1.00 0.70 0.70
（3）刀尖圆弧半径 r
Kr、ap、f一定的情况下，rε↑： Fc变化不大； 曲线刃上各点的处的Kr ↓ ，Fp ↑ 、Ff↓
Fp—会造成工件变形或引起振动，影响加工精度和已加 工表面质量。
Ff—作用在进给机构上，在设计进给机构或校核其强度 时用到它。
3. 切削功率
切削功率Pm是指车削时在切削区域内消耗的功率，通
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。
第四章切削力
切削过程中，切削层金属之所以会产生变形，主要 在于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。
切削力不仅使切削层金属产生变形、消耗了功，产 生了切削热，使刀具磨损变钝，影响已加工表面质量和 生产效率。同时，切削力也是机床电动机功率选择、机 床主运动和进给运动机构设计的主要依据。切削力的大 小，可以作为衡量工件和刀具材料的切削加工性指标之 一，也可以作为切削加工过程适应控制的可控因素。
按上式求得切削功率后，如要计算机床电机的功率以便 选择机床电机时,还应除以机床的传动效率，即:
PE
Pm
m
式中： m ——机床总传动效率，一般取0.75～0.85，
新机床用大值，旧机床用小值。
切削力的大小，可采用测力仪进行测量，也可通过
经验公式或理论分析公式进行计算。
第二节、切削力的测量
一、测定机床功率及计算切削力
而最小二乘法的指导思想是求一条直线方程：使
实验所测各点到该直线的误差平方和为最小。即
必须使：
n
[ yi (b X FZ X i )]2 最小
i 1
式中：ε为误差值的平方和，满足ε最小的条件
是：
b
0
X
FZ
0
三．关于切削力的预报和估算 通过微型计算机来进行即按上述通过试验求指数公式的方
➢切削速度继续在20～50m/min范围内增加，积屑瘤逐渐
化学成分会影响材料的物理力学性能，从而影响切削力的
大小，如碳钢中含碳量的多少，是否含有合金元素都会影响钢 材的强度和硬度，影响切削力。此外，在正常钢中增加了含硫 量或添加了铅等金属元素的易削钢，在钢中存在的这些杂质引 起结构成份间的应力集中，容易形成挤裂切屑，其切削力约比 正常钢减小20％-30％。
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
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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
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）。
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。
金属切削原理中的切削力分量的解析计算方法
金属切削原理中的切削力分量的解析计算方法在金属切削加工过程中，切削力是一个重要的物理量，它直接影响切削质量、刀具寿命和机械设备的稳定性。
准确地计算切削力分量对于优化金属切削过程、提高生产效率具有重要意义。
本文将介绍金属切削原理中常见的三个切削力分量：主切削力、侧切削力和进给力，并阐述其解析计算方法。
1. 主切削力的解析计算方法主切削力是切削加工中最主要的切削力分量，它沿工件的切削方向生效。
主切削力的计算依赖于切削力系数（Kc）、切削宽度（ao）和切削厚度（t）。
主切削力的计算公式如下：Fc = Kc × ao × t其中，Fc为主切削力，单位为牛顿（N）；Kc为切削力系数，其值与切削材料、切削条件等有关；ao为切削宽度，单位为毫米（mm）；t为切削厚度，单位为毫米（mm）。
2. 侧切削力的解析计算方法侧切削力是与主切削力垂直的切向力，它的大小直接影响切削刀具的振动和工件表面质量。
侧切削力的计算需要考虑刀具的几何参数、刀具偏角等因素。
侧切削力的计算公式如下：Fs = Ks × ae × t × tan(φ)其中，Fs为侧切削力，单位为牛顿（N）；Ks为侧切削力系数，其值与切削条件、刀具材料等有关；ae为侧切削宽度，单位为毫米（mm）；t为切削厚度，单位为毫米（mm）；φ为刀具偏角。
3. 进给力的解析计算方法进给力是将工件推入切削区域所需的力量，它直接影响工件的进给速度和加工精度。
进给力的计算需要考虑刀具尺寸、进给速度、切削宽度等因素。
进给力的计算公式如下：Ff = Kf × f × ae其中，Ff为进给力，单位为牛顿（N）；Kf为进给力系数，其值与切削条件、刀具材料等有关；f为进给速度，单位为毫米/转（mm/rev）；ae为切削宽度，单位为毫米（mm）。
在实际切削过程中，切削力的计算可以通过试验测量和模拟仿真方法进行。
试验测量需要使用专用的力测量设备，并进行一系列的实验来获取切削力分量的准确值。
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。
金属切削中的加工力学与切削力分析
金属切削中的加工力学与切削力分析金属切削是工业生产中常见的一种加工方法，它通过刀具对金属材料进行切削，将工件加工成所需形状和尺寸。
而在金属切削过程中，加工力学和切削力起着至关重要的作用。
本文将深入探讨金属切削中的加工力学原理，并对切削力分析进行详细介绍。
首先，我们需要了解金属切削中的加工力学原理。
加工力学是研究材料在受力下的变形和断裂行为的科学。
在切削过程中，金属材料受到了切削力、切削温度和切削速度等多种力的作用。
其中，切削力是最重要且常常关注的力之一。
切削力分析是研究切削过程中切削力的来源、大小和变化规律的一种方法。
切削力的大小直接影响到切削加工的质量和效率。
切削力分析主要从以下几个方面进行研究。
首先，切削力的来源。
切削力主要来源于金属材料的塑性变形和切削区域的摩擦力。
在金属切削中，作用在刀具与金属工件接触面上的力分为主切削力和切削沿进给方向的切向力。
主切削力是指切削物质在刀具前沿断裂形成切屑时所产生的力，而切向力则是刀具与工件接触面上相对运动所产生的力。
其次，切削力的大小。
切削力的大小与多个因素有关，包括金属材料的物理性质、切削条件、刀具几何形状和尺寸等。
通常情况下，金属材料的硬度越高，切削力越大。
切削条件包括切削速度、进给量和切削深度等，这些因素的变化也会直接影响到切削力的大小。
然后，切削力的变化规律。
切削力在切削过程中会发生变化，通常情况下呈现出先增大后减小的趋势。
在切削开始时，刀具与金属工件接触面上的切削力逐渐增大；当刀具的前沿与金属材料形成切屑后，切削力达到峰值；随着切屑的形成和断裂，切削力逐渐减小。
这种变化规律主要受切削材料的性质和切削条件的影响。
另外，切削力分析还需要考虑到切削温度对切削力的影响。
切削过程中，金属材料受到切削工具的高速运动和巨大压力作用，产生大量的摩擦热。
这会导致切削区域温度升高，从而影响切削力的大小和变化规律。
切削温度过高会导致材料变软，增加切削力和工具磨损，降低切削加工的质量和效率。
金属切削中的切削力平衡分析
金属切削中的切削力平衡分析在金属加工过程中，切削是最常见的加工方法之一，它利用刀具与工件的相对运动，在切削区域对工件进行削除材料的操作。
在切削过程中，存在着各种力的作用，其中切削力是最重要的一种力。
切削力的平衡对于加工质量和效率的控制至关重要。
本文将对金属切削中的切削力平衡进行分析。
首先，切削力的来源可以从切削区域的物理过程理解。
切削区域包括了刃口与表面之间的接触区域，刀具在这个区域内与工件接触并削除材料。
在切削过程中，切削力可以分为三个主要分量：径向力、切向力和主轴方向力。
径向力是指刀具在切削过程中沿着刀具刃口方向施加在工件上的力。
它的大小与刀具入口角、表面质量等因素有关。
当切削过程中，刀具刃口进入工件，径向力会使得工件在切削区域产生弹性变形和塑性变形。
同时，径向力还影响着切削过程中的切削温度分布。
合理控制径向力的大小，可以保证工件表面质量良好，并提高工件的切削加工效率。
切向力是指刀具在切削过程中与工件接触面垂直方向施加的力。
它对于切削过程中的切削力平衡至关重要。
切向力的大小与刀具刃口的刃磨状态、切削速度等因素密切相关。
过大或过小的切向力都会对切削过程产生不利影响。
过大的切向力会使切削区域过热，增加切削温度，降低工件表面质量。
过小的切向力则会导致切削失效，降低切削效率。
主轴方向力是指刀具在切削过程中与工件接触面法向施加的力。
它主要影响着工件表面的质量和工件的加工精度。
主轴方向力的大小与切削过程中刀具与工件接触长度、切削速度等因素有关。
控制好主轴方向力的大小，可以保证工件的表面质量良好，并提高工件的加工精度。
在金属切削中，切削力的平衡是一项复杂的工作。
它受到多个因素的影响，包括工件材料、刀具材料、刀具几何形状等。
为了实现切削力的平衡，需要根据具体的切削工艺参数进行合理的选择和调整。
首先，选择适当的刀具材料和几何形状是实现切削力平衡的关键。
刀具材料的硬度、抗磨性等指标会直接影响切削力的大小和刀具的使用寿命。
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图 λ s对切削力的影响
◆ 前角γ0 ↑ ，切削力↓
◆ 负倒棱br1 ↑ ，切削力↑ ◆主偏角κr 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗 力影响显著（ κr ↑—— Fy↓，Fx↑） ◆ 与主偏角相似，刃倾角 λ s 对主切削力影响不大，对 吃刀抗力和进给抗力影响显著（ λ s ↑ —— F y ↓， Fx↑）
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切削力大
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工件材料的塑性或韧性越高，切屑越不易折断，使 切屑与前刀面间摩擦增加，故切削力增大。例如，不锈 1Cr18Ni9Ti的硬度接近 45钢， 但延伸率是 45钢的 4 倍，所以同样条件下产生的切削力较45钢增大25％。 在切削铸铁等脆性材料，由于塑性变形很小， 崩碎 切屑与前刀面的摩擦小，故切削力小。
（c）非自由切削
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三、切削功率
(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： y x
FZ p AD
C Fz asp
Fz
f
Fz
asp f
C Fz
f
1 y FZ
N / m m2
表明，单位切削力p与进给量f有关，它随着进给量f增加而减小。 单位切削力p不受背吃刀量asp的影响，这是因为背吃刀量改变后， 切削力Fz与切削层面积AD以相同的比例随着变化。而进给量f增 大，切削层面积AD随之增大，而切削力Fz增大不多。 利用单位切削力p来计算主切削力Fz较为简易直观。
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图 rε 与刀刃曲线部分的关系 (a) rε 小; (b) rε 大
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图 rε 对切削力的影响
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5、刃倾角λs。
实验证明，λs对Fz的影响不大，但对Fx、 Fy的影响较大。
λ s 增大，背吃刀力 F y 方向的前角 γ p 增大， F y 减小；而进给抗
力Fx方向的前角γf减小，则Fx增大。
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（3）单位切削功率 单位切削功率Ps是指单位时间内切除金属体积Zw所消耗的功率。
Ps=Pm/Zw
kW/（ mm3· s-1）
单位时间内切除金属量Zw
Zw=1000vc· asp· f （ mm3/s）
另外可导出Pm， Ps之间的关系式：
p asp f vc Pm Ps 103 p 106 kW /(mm3 s 1 ) Z w 1000asp f vc
第四章 切削力
第一节 第二节 切削力的来源、切削合力及其分解、切削功率 切削力的测量及切削力的计算
第三节
第四节 第五节
切削力的指数公式和切削力的预报及估算
影响切削力的因素 切削力的理论研究
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第一节 切削力的来源、切削合力及其分解、切 削功率
一、切削力的来源
切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成： ① 变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力 ② 切屑、工件与刀具间的摩擦力。
切削力的测量
切削力的测量
第三节
切削力的指数公式和切削力的预报及估算
v K Fz x Fy y Fy n Fy Fy C Fy a p f vc K Fy x Fx y Fx nFx Fx C Fx a p f vc K Fx
y Fz nFz c
一、切削力指数公式 x Fz Fz C Fz a p f
圆弧部分成比例增大 (如图所示)，切屑向圆弧中心排挤量增加， 加剧了变形；圆弧部分的切削厚度 ac 是变化的，且比直线刃的 小。 故变形力大些。
κr与Fx、Fy的关系，由图可得
Fx=FNsinκ
r r
Fy=FN cosκ
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其影响规律见图。Fx随κr增大而增大，Fy随κr增大而减小。 长径比超过 10 的细长轴，刚性差，加工时为避免振动， 提高
式中:
Fz、Fy、Fx:分别为主切削力、切深抗力、进给抗力； CFz , CFy , CFx :决定于被加工材料和切削条件的有关系数； xFz、yFz、nFz、xFy、yFy、nFy、xFx、 yFx、 nFx:分别为三 个分力公式中，背吃刀量ap、进给量f和切削速度vc的指数； KFz , KFy , KFx :考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因
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二、切削用量
◆背吃刀量与切削力近似成正比； ◆进给量增加，切削力增加，但不成正比； ◆切削速度对切削力影响复杂
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1、 背吃刀量ap、进给量f
a p 、 f 增大，切削宽度 a w 、切削厚度 a c 增大，切削面积 A c 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 rβ 的关系，刃口处的变形大， a p 增大时 ( 如图 (a)所示)，该处变形成比例增大；f增大时(如图(b)所示)，该 处变形比例基本不变，而ac变大，变形减小。所以增加ap时切 削力的增大较 f 的增大影响明显。一般切削力实验公式中 a p 的 指数接近于1；f的指数接近于0.75也可说明这一点。 可见，在同样切削面积下，采用大的f较采用大的ap省力。
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第二节 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试
• 测定机床功率及计算切削力 Pm=PEηm • 用测力仪（机械、液压和电气测力仪）测量切削力 多采用电阻应变片式测力仪，压电式测力仪 采用单片机微机进行切削力数据采集和处理
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电阻应变片测力仪测量切削力
压电晶体测力仪测量切削力
进给抗力Fx ——轴向力
进给方向的分力 切深抗力Fy ——径向力 切深方向的分力 主切削力Fz ——切向力 主运动切削速度方向的分力 非自由切削合力及其分力
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在铣削平面时，上述分力亦称为：Fz－切 向力、Fy－径向力、Fx－轴向力。
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切削力的分解
v
Fc
Ff · p f 吃刀抗力 Fp
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（2）切削功率 切削功率Pm是指车削时在切削区域内消耗的功率，通常计 算的是主运动所消耗的功率。
Fz vc 10 Pm kW 60
式中 Fz－主切削力（N）;
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vc－主运动切削速度。
机床电动机所需功率PE应为：
PE≧Pm/η kW
式中η——机床传动效率
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三、 刀具几何参数
1、 前角γo
◆ 前角γ0 增大，切削力减小
π 加工钢料时，由式 ( o )可知， γ o 增大， ξ 减小， 4 则切削力减小；加工铸铁等脆性材料时，因变形和加工硬化小，
切削力F
γo对力的影响不显著。
γ0 - Fz
γ0 – Fy γ0 – Fx 前角γ0
图4－25。
◆ 切削液：有润滑作用，可减小摩擦，使切削力降低 ； ◆ 后刀面磨损：刀具的磨损量加大时， 使切削力增大，对 吃刀抗力Fp的影响最为显著 。
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第五节 切削力的理论研究
剪切角()理论 (从固体力学出发)
式中: Zw——单位时间内的金属切除量（mm3· s-1）。
Z w 1000 vc fa p
整理后得
Ps p 10
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通过实验求得p后，反过来可以求得Pm，然后再计算Fz。
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四、 机床电机功率
在设计机床选择电机功率PE时，应按下式计算
PE
m
Pm
式中
ηm —— 机床传动效率，通常η= 0.75～0.85
◆ 刀尖圆弧半径 rε 对主切削力影响不大，对吃刀抗力 和进给抗力影响显著（ rε ↑ —— Fy↑，Fx↓） ；
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四、其它
◆ 刀具材料：刀具材料与被加工材料间的摩擦系数影响切削
力的变化。如硬质合金的μ值随钴含量的增多和碳化钛含量 的减少而提高，故使用含钴量多的硬质合金刀片，切削力将 增大； YT 类硬质合金的摩擦系数较高速钢小，可使 F z 下降 5 ％～ 10 ％，而 YG 类硬质合金则基本与高速钢相同，陶瓷刀片 导热性小，在较高的温度下工作时因摩擦降低， 切削力减小
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第四节
影响切削力的因素
切削力来源于工件材料的弹塑性变形及刀具与切屑、 工件表面的摩擦，因此凡是影响切削过程中材料的变形 及摩擦的因素都影响切削力。 影响因素主要为：工件材料；切削用量；刀具几何 参数；其他因素。
Ac ac aw Fr sincos( - o ) sincos( - o )
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3、主偏角κr
κr的变化将改变切削层形状和分力Fx、Fy的比值(如图所示)。
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图 κ r对切削面积和分力的影响 (a)改变切削层形状; (b）影响分力比值
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κr 对Fz 的影响规律：在ap 、f相同的情况下，κr 增大，ac 增大，变形减小，Fz减小；但当κr增至60°～75° 之间时， 曲线上出现了转折， F z 逐渐增大。这是因为： κ r 增大使刀尖
加工精度，宜用大κr，如常用的κr ＝93°的偏刀。
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图 κr对切削力的影响
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4、刀尖圆弧半径rε。
当ap、 f、κr不变时， rε增大，将使曲线部分各点的 ac、κr减小。 rε增大对Fx、Fy要比对Fz的影响大。 所以当工艺系统的刚性较差时， 宜用小rε。 刀尖圆弧半径对切削力的影响与 rε/ ap有关。
由 可知， 被 加工材料的抗剪变形、 切削面积愈大， 剪切角、 前角 愈小， 则切削力愈大。 具体分析如下：