第四章 就

一、计算切削力的指数公式
FZ = C FZ a
x FZ p
f
YFZ
v
n FZ
K FZ
Fy = C Fy a
x FY p
f
YFy
v
nFy
K Fy
Fx = C Fx a
X Fz YFz
x Fx p
f
YFx
v
nFx
K Fx
C Fx C Fy C Fz 为决定于被加工金属和切削条件的系数；
n Fz 等分别为三个分力公式中，背吃刀量、进给量、
主偏角对切削力的影响
随主偏角的改变，切削厚度与切削刃曲线部分长度的变化
此外，主偏角增大， 副刃前角则随之减小 (图)，因此也增大了 副刃上的切削力。
当加工脆性材料如铸铁时，由于塑性变形小，所以刀刃曲线部分长度 的增加，对切削力无大影响。切削力随主偏角的增加而减小。
刀尖圆弧半径rε ↑→切削刃圆弧部分的长度↑→切削变形↑→切 削力↑。此外rε增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值减小， 从而使Fp增大、Ff 减小。
主偏角不同时Fxy力的分解
（a）Kr小 （b） Kr大
Fp
Ff kr1 kr2 Kr ’
• •
主偏角对主切削力的影响 当切削面积不变时，主偏角增大，切削厚度也随之增大， 切屑变厚，切削层的变形将减小，因而主切削力随之增 大而减小。但当主偏角增大到约60度～75度之间时，又 逐渐增大，如图4-14。这是因为一般车刀都存在着一定 大小的刀尖圆弧半径，随主偏角的增大，刀刃曲线部分 的长度也将随之增大，刀刃的不自由切削段的长度加大 如图4-15。而刀刃曲线部分各点的切削厚度是变化的， 且都比直线切削刃的切削厚度小，所以变形力也要大些。
• 2. 压电式测力仪
• 灵敏度高，刚度大，自振频率高，线性度和抗相互 灵敏度高，刚度大，自振频率高， 干扰性都较好且无惯性的高精度测量仪， 干扰性都较好且无惯性的高精度测量仪，特别适合 测动态力和瞬时力。 测动态力和瞬时力。 • 压电测力仪的工作原理是利用某些材料 石英晶体 压电测力仪的工作原理是利用某些材料(石英晶体 或压电陶瓷等)的压电效应 在受力时， 的压电效应。 或压电陶瓷等 的压电效应 。 在受力时 ， 它们的表 面将产生电荷， 面将产生电荷，电荷的多少与所施加的压力成正比 而与压电晶体的大小无关。 而与压电晶体的大小无关。用电荷放大器转换成相 应的电压参数，从而可测出力的大小。测力仪体中 应的电压参数，从而可测出力的大小。 沿三个方向都各装有传感器，分别测出三个分力。 沿三个方向都各装有传感器，分别测出三个分力。
平行八角环三向测力仪
电阻应变片
• 利用这种传感器可同时测量 、Fy和Fx，也可 利用这种传感器可同时测量Fz、 和 ， 单测某一分力。测量时， 单测某一分力。测量时，要在弹性元件部分的 适当部位粘贴若干片电阻值可随弹性元件变形 而变化的电阻应变片，并把它们联入电桥电路， 而变化的电阻应变片，并把它们联入电桥电路， 以便于将电阻值的变化转换成可读的电信号 电流或电压）后输出。 （电流或电压）后输出。再按照示数从标定曲 线上读出切削力的值
图4－24 刃倾角对切削力的影响 刃倾角的影响：（图） λs ↓ → Fy ↑, Fx ↓,Fz基本不变
4. 刀具材料
刀具材料与被加工材料 间的摩擦系数，影响到摩擦 力的变化，直接影响着切削 力的变化。
5. 切削液
切削液中合理地加入使表面张力降低 切削过程中采用切削液可以降 的添加剂可以使切削液渗透入塑性变 低切削力。切削过程中所消耗 形区中的金属微裂纹内部，降低强化 的功主要用在克服金属的变形 系数，减小切削力，使切削过程变得 和刀具、被加工材料、切屑间 容易。 的摩擦上。切削液的正确使用， 可以减小摩擦，使切削力降低。
前角切削力的影响 前角的影响: γo↑ →切削变形↓→切削力↓。（塑性材料）
负倒棱对切削力的影响 负倒棱的影响：（图）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↑；
主偏角的影响：（图） Fy=FxycosKr Fx=FxySinKr Kr ↑ → Fy ↓, Fx ↑
结论： 从切削刀具上的载荷和能量消 耗的观点来看，用大的进给量f工作， 比用大的背吃刀量ap工作更为有利。
切削速度υ 切削速度 c
切削速度在5～20m/min区域内增加时，积屑瘤高度逐渐 增加，切削力减小； 切削速度继续在20～35m/min范围内增加，积屑瘤逐渐 消失，切削力增加； 在切削速度大于35m/min时，由于切削温度上升，摩擦 系数减小，切削力下降。一般切削速度超过90m/min时， 切削力无明显变化。 在切削脆性金属工件材料时，因塑性变形很小，刀屑界 面上的摩擦也很小，所以切削速度υc 对切削力Fc无明显的 影响。 在实际生产中，如果刀具材料和机床性能许可，采用高 速切削，既能提高生产效率，又能减小切削力。
进给力F 进给力 x (Ff)
旧称轴向分力，用Fx表示 ——总切削力在进给方向的 分力，是设计、校核机床 进给机构，计算机床进给 功率不可缺少的参数
二、切削力的分解
F = Fc2 + Ff2 + Fp2
三．切削功率
消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm ，为Fz和 Fx所消耗功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗 动力，计算切削功率 Pm是用于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主电动机 功率。
1. 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。 •材料的强度、硬度越高，则屈服 强度越高，切削力越大。 •在强度、硬度相近的情况下，材 料的塑性、韧性越大，则刀具前面 上的平均摩擦系数越大，切削力也 就越大。
2. 切削用量
进给量f和背吃刀量ap
进给量f和背吃刀量ap增加，使切 削力Fc增加，但影响程度不同。 进给量f 增大时，切削力有所增 加；而背吃刀量ap增大时，切削 刃上的切削负荷也随之增大，即 切削变形抗力和刀具前面上的摩 擦力均成正比的增加。
4.4 切削方程式
τAc Fs = τAs = sin φ
Fs = Fr cos(φ + β − γ o )
tgβ
Fr =
τAc Fs = cos(φ + β − γ o ) sin φ cos(φ + β − γ o )
τAc cos(β − γ o ) Fz = Fr cos(β − γ o ) = sin φ cos(φ + β − γ o )
lg Fz = lg C ap + x Fz lg a p
整理后得：
Fz = C f f YFz
同理可得切削力与进给量的关系式 切削力的经验公 式
Fz = C ap a p
Fy
X Fz
X FZ = C Fz a p Fz f YFz K Fz
用上述同样可以求出计算进给力
Fx
和背向力
的经验公式
第四节、 第四节、影响切削力的因素
Fx nW f Pm = FZ v + 1000 ×10−3 ( KW )
三．切削功率
进给运动的功率可以忽略（小于1%）， 主运动消耗的切削功率 Pm＝Fcυ/60 10-3 （kW） F υ/60×10 kW 机床电机功率 PE =Pm／ηm ηm：机床的传动效率，一般取为0.75～0. 85，大值 适用于新机床，小值适用于旧机床。
3. 刀具几何参数
前角的影响: γo↑ →切削变形↓→切削力↓。（塑性材料） 负倒棱的影响：（图）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↑； 主偏角的影响：（图） Fy=FxycosKr Fx=FxySinKr Kr ↑ → Fy ↓, Fx ↑ 刃倾角的影响：（图） λs ↓ → Fy ↑, Fx ↓,Fz基本不变 刀尖圆弧半径rε ↑→切削刃圆弧部分的长度↑→切削变形↑→切 削力↑。此外rε增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值减小， 从而使Fp增大、Ff 减小。
第四章 切削力
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。
第一节、切削力的来源、切削合力及分力、 第一节、切削力的来源、切削合力及分力、切削功率
一. 切削力的来源
切削力来自于金属切削 过程中克服被加工材料 的弹、塑性变形抗力和 摩擦阻力（图）。 图
切削速度的指数；
K Fz K Fy K Fx 是不同切削条件时对各切削分力的修正系数值。
当进行切削力实验时，保持其它所有影响切削力的因素不变， a 如只改变p 进行实验，用测力仪测得不同时的若干切削分力的 数据，将所得数据画在双对数坐标纸上，则近似为一条直线，其 数学方程为： Y = a + bX
4. 刀具磨损
车刀在前刀面上磨损减小了切 削力。车刀在后刀面上磨损时， 使车刀后刀面与被加工工件的 接触面积增大，因而使三个切 削分力都增大。当车刀同时沿 刀具磨损增加时，作用在前、 前后刀面磨损时，在切削开始， 后刀面的切削力也增大，因 切削力减小，其后逐渐增大， 此，可以利用切削力的增大、 而且力和比增大得快些。 切削力比的变化或动态切削 力的变化在线检测刀具磨损。
τAc sin( β − γ o ) Fy = Fr sin( β − γ o ) = sin φ cos(φ + β − γ o )
压电传感器的原理图
压力通过小球1及金属薄 压力通过小球 及金属薄 传给压电晶体3。 片 2传给压电晶体 。 在 传给压电晶体 压电晶体之间有电极4， 压电晶体之间有电极 ， 由压力产生的负电荷集 中在电极上，由绝缘的 导体5导出 导出。 导体 导出 。 正电荷通过 金属片2或测力仪体接地 或测力仪体接地。 金属片 或测力仪体接地 。 由 5输出的电荷通过电荷 输出的电荷通过电荷 放大器后由记录仪记录 下来，按预制的标定图 就可知 道 切削力 的 大小 。