哈工大版金属切削原理与刀具课件第4章.ppt

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1、第四章切削力切削力是指由于刀具切削工件而产生的工件和刀具之间的相互作用力。切削力是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程有着多方面的重要影响：它直接影响切削时消耗的功率和产生的热量，并引进工艺系统的变形和振动。切削力过大时，还会造成刀具、夹具或机床的损坏。切削过程中消耗功所转化成的切削热则会使刀具磨损加快，工艺系统产生热变形并恶化已加工表面质量。所以，掌握切削力的变化规律，计算切削力的数值，不仅是设计机床、刀具、夹具的重要依据，而且对分析、解决切削加工生产中的实际问题有重要的指导意义。4.1切削力的构成、切削合力与分力及切削功率4.1.1切

2、削力的构成产生切削力的根本原因是切削过程中产生的变形和摩擦。对刀具来说，它受到的切削力来自两个方面，一是三个变形区内工件材料的弹、塑性变形产生的抗力；二是工件、切屑与刀具摩擦产生的阻力。从产生的部位来说，切削力产生于刀具的前、后刀面，前刀面上的正压力FNr和Ffr合成前刀面合力Fr,工件剪切面上的Fnsh、Ffsh，Fγ＝Fsh后刀面上的正压力与摩擦力合成后刀面合力Fa。一般切削条件下，如果刀具比较锋利，前刀面上的切削力是主要的，后刀面上的切削力相对较小。在研究有些具体问题时，为了使问题简化，常忽略后刀面上的作用力的影响，但在刀具磨损大时，则

3、不容忽视。4.1.2切削合力与分力主切削力Fc（Fz）：主运动方向上的切削分力。用于计算切削功率、校核机床及工夹具强度和刚度。背向力Fp（径向分力Fy）：垂直于工作平面，过大会引起工艺系统的变形和振动，降低加工质量。机床设计时，用于主轴轴承寿命计算、轴承选择、主轴弯曲刚度校验等。进给力Ff（轴向分力Fx）:沿进给运动方向。是设计机床进给系统的主要依据F2=Fc2+Fp2+Ff2Fp=FDcosκrFf=FDsinκrFD：在基面内合力；FD2=Fp2+Ff2F2=Fc2+FD2一般情况下，主切削力Fc最大。随着刀具材料、刀具几何参数、刃磨情况

4、、切削用量、工件材料的不同，Fc、Fp、Ff之间的比例可在较大范围内变化。根据实验，当κr=45°、λs=0°、γo=15°时，Fc、Fp、Ff之间有近似关系：Fp=(0.40.5)FcFf=(0.30.4)FcF=(1.121.18)Fc切削力的数值可以用仪器测量获得，也可以用经验公式计算得到。4.1.3切削功率消耗在切削过程中的功率称为切削功率，记为Pc。切削功率是三个切削分力消耗功率的总和，即：机床的电机功率应为式中η─机床的传动效率，一般取0.75～0.85。4.1.4单位切削力指单位切削面积上的主切削力，用kc表示，即4.2切

5、削力的测量与经验公式4.2.1切削力的测量1.间接测量法——电功率法2.直接测量法——测力仪法为获得在某特定切削条件下切削力的数值，可用一种专门用于测量切削力的装置测力仪进行测量。测力仪的种类很多，按工作原理的不同，可分为机械式、电阻式、电感式、压电式等。目前使用较为普遍的是电阻应变式测力仪。压电式测力精度高，但价格昂贵，应用也在不断增加。下面介绍电阻应变式测力仪的工作原理及其测力方法。电阻应变式测力仪由传感器、电桥电路、应变仪和记录仪组成。传感器是一个可将切削力的变化转换为电量变化的弹性元件，其结构有多种形式，目前使用较多的是八角环式。中部

6、八角环形部分为弹性元件，分为上环和下环，前端有安装车刀用的方孔，后部的圆孔用于在车床刀架上安装紧固。平行八角环三向测力仪利用这种传感器可同时测量Fz、Fy和Fx，也可单测某一分力。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，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。电阻应变片测力时，当紧固在传感器刀孔内的车刀受到切削力作用时，应变片中电阻丝的直径和长度将随弹性元件的变形而发生变化，因而其阻值将发生微小变化，受拉伸时阻值增大，受压缩时阻值减小，其变化量随变形量的大

7、小而变化。为便于测量，通常采用电桥电路将其转化为电压（或电流）信号，再由应变仪放大后，由记录仪输出。在传感器元件允许的范围内，输出电信号与切削力的大小成正比，通过标定可得到切削力与电信号之间的关系曲线（标定曲线），进行实际切削时，通过测量得到的电信号便可在曲线上找到其对应的切削力数值。4.2.2切削力经验公式的建立切削力经验公式是在通过切削实验取得大量数据的基础上，经适当的数据处理后得到的关于切削力与可变因素（切削条件）之间的定量关系式。由于依据经验数据，故称为经验公式。目前，在计算一定切削条件下的切削力数值时，多采用经验公式。建立经验公式时

8、，为便于进行数据处理并保证经验公式的可靠性，通常多采用单因素实验法或正交实验法，而在处理数据时采用图解法或线性回归法。单因素实验法建立车削力经验公式：在影响车削力的