车床切削力与切功率计算

cpffmc--fpccfffmcpffmc--fpccfffmc切削力与切削功率切削力与切削功率切削力与切削功率计算切削力及其分解、切削功率（1）切削力产生与切削力分解切削加工时，刀具作用下，被切削层金属、切屑和工件已加工表面金属都要产生弹性变形和塑性变形这些变形所产生抗力分别作用前刀面和后刀面上同时切屑沿前刀面流出，刀具与工件之间有相对运动，还有摩擦力作用刀面和后刀面上。这些作用刀具上合力就是总切削力F，简称切削力。F很多因素影响，其大小方向都是不固定。便于分析切削力作用和测量切削力大小，常常将总切削力F分为如图1-9示三个互相垂直切削分力：1)削力F是总切削力主运动方向上分力垂直与基面，是切削力中最大一个切削分力。其所消耗功率占总功率95%~99%。它是计算机床动力，校核刀具、夹具强度与刚度主要依据之一。2)背向力F是总切削力切削深度方向上分力。它基面内，与进给运动方向垂直。图1-9切削力分解此力作用机床一夹具一工件一刀具系统刚度最弱方向上，容易引起振动与加工误差，它是设计和校验系统刚度和精度基本参数。3)进给力F是总切削力进给运动方向上分力。它基面内，与进给运动方向一致。作用机床进给机构上，是计算和校验机床进给系统动力、强度及刚度主要依据之一。由图1-9可知，总切削F与三个切削分力之间关系为（）（2）切削功率消耗切削过程中功率称为切削功率p。切削功率为切削力F和进给力F所消耗功率之和，因背向力F没有位移，不消耗功率。切削功率（）为（1-2式中：F—切削力（N）υ—切削速度（m/s）F—进给力（）υ—进给速度（mm/s一般情况下，F所消耗功率（约占1%~2%远小于F所消耗功率，（1-2可简化为mEmmmFcFPFfFCFCFCFpEPmEmmmFcFPFfFCFCFCFpEPFPFfFfFfpcFCFPFfMFyOFKRFSF∈FTFFFCFPFfK=k、K、、k、k、DDDpc（1-3）按上式求P后，如要计算机床电动机功率P，还应将P除以机床传动效率（一般取=0.75~0.85即(1-4)2.削分力经验公式目前，生产中计算切削分力经验公式可分为两类：一类是按单位切削力进行计算。（1计算切削力指数公式用指数公式计算切削力是生产实际中或广泛作用，其形式为(1-5)式中、C、C—决定于被加工材料和切削条件系数：x、y、n、x、y、n、x、y、n、—分别为三个分力公式中切削深度a、进给量f和切削速度指数：k、k、k、—分别为三个分力计算式中，当实际加工条件与求经验公式时条件不符时，各种因素对切削分力修正系数积。设k、K、k、k、k、k分别为被加工材料力学性能，刀具前角、主偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径、耐用度改变时对切削分力修正系数，并以表示k、k、k，则FMFyOFKRFλSFR∈FTF

（1-6式（1-5中各系数、指数数值，以及式（1-6）中各切削条件下修正系数数值可本书有关章节中查。（2）用单位切削力计算切削力和功率位切削力p是单位切削层公称横截面积m2(1-7)：

）上切削力（N(1-8)式中

Fc—切削为（N）:A—切削层公称横截面积（m）:b—切削层公称宽度（h—切削层公称厚度（a—切削深度（f—进给量（mm/r单位切削功率是单位时间内切除单位体积材料所需切削功率W/(m3/s)).cccCcc0rsy10p0rsy10cccCcc0rsy10p0rsy10(1-9)式中

Q材料切除率（m

/sυ—切削速度（m/sp—切削功率（（1-10）将Q、P、代入式（1-9），知道了单位切削力p，就可由式（1-8计算出切削力F，并用式（1-10）计算出切削功率p。单位切削力具体数值可有关文献中查到。表1-1是硬质合金圆车刀车削几种常用材料单位切削力和单位切削功率。表1-1硬质合金外圆车切削常用金属材料时单位切削力与单位切削功率单位切工件材料

削力P/（N/mm2）F=0.3m

单位切削功率p/(kw/(mm3/8))f=0.3mm/r

实验条件m/r类别

牌号

制造、热处理状态

硬度HBS

刀具几何参数

切削用量范围易Y40切Mn钢Q235-A45碳40Cr素40M结nB构38Cr钢MoA，IA

热轧热轧或正火

20216681668x10-613410187212207~21219621962x10241~269

Y=15°K°λ=0°b=0前刀具带卷屑槽

υ=90~150m/mina=1~5mmf=0.1~0.5mm/r钢45金40Cr结38Cr构Si

调质（淬火及高温回火

229285292

23052197

2305x102197x10

Y=15°,k=75°,λ=0°=0.1~0钢

45

淬硬（淬火及低温回火）

44(HRC)

26492649x10

.15mmY=-20°前刀面带卷屑crsylcp0rsyl0rcrsylcp0rsyl0rc槽单位切工作材料

削力p/（N/mm2）f=0.3m

单位切削功率p/(kw/(mm/s)f=0.3mm/r

实验条件m/r硬类名别称

牌号

制造、热处理状态

度HB

刀具几何参数

切削用量范围S60SiMnT10A9CrSi

热轧

269~2719627189223~228

1962x10工具钢

Cr12Cr12MoV

退火

223~2282622060

2060x10

у°=15κ°λ=0°b=0刀面卷

υ=90~150m/mina=1~5mmf=0.1~0.5mm/r钢

3Cr2W8

248

屑槽5CrNiMoW18Cr4VCCr15

退火

209235~2411962109

2109x10-6у=20°不锈钢

1Cr18Ni9Ti

淬火及回火

170~1724539

2453x10

κ°,λ=0°b=0,前刀面带卷屑槽铸灰

HT200

退火

1701118

-6

у=15°κ=

υ=1.17~1.42m/s(70~85m/mpsyl0rsyl0rsylcp00000rsylcp0rsylcp0rpsyl0rsyl0rsylcp00000rsylcp0rsylcp0rsyl01cp铁铸铁

75°λ=0°

in),a=2~10mm,f=0.1~0.5mm/r球墨铸铁

QT450-10

170~2014137

1413x10-6

b=0,平前刀面无卷屑槽可

у=15°κ=75°锻铸

KTH300-06

1701344

1344x10-6

λ=0°b=0,前刀铁

面上带卷屑槽铝合金铜及铜合金

冷硬铸铁铸铝合金硬铝合金黄铜铅黄铜锡青铜加工铜

轧辊用ZL110ZA12H62HPb59-1ZQSn5-5-5T2

表面硬化铸造淬或及时效冷拔热轧铸造热轧

3434{f=52~0.8}553139{f=（H1}RC）2845{f=1.2}814.2{=15}45706.3{=25}833.9{801=15°}07765.2{=25}80142278735.874686.785~161990

3434x10-63139x10-62845x10-6814.2x10706.3x10833.9x10765.2x101422x10-6735.8x10686.7x101619x10-6

у=0°κ2~14°λ=0°,b=0前刀面无卷希望槽у=15°25°，κ°λ=0°=0平前刀面，无卷屑槽у=15°κ°λ=0°=0平前刀面无卷屑槽

υ=0.117m/s(7m/min)a=1~3mm,f=0.1~1.2mm/rυ=180m/min,a=2~6mm,f=0.1~0.5mm/rυ=1.83m/s(110m/min),a=2~6mm,f=0.1~0.5mm/rу=20°=90°λ=0°钼

纯钼

粉末冶金

109

2413

2413x10-6

b=0.15mm,y=-5°,

υ=40m/min,a=1~5mm,f=0.1~0.4mm/r前刀面上带卷屑槽pppcccc0rcrcrpsscsp∈c∈pppcccc0rcrcrpsscsp∈c∈pλ注：切削各种钢，YT15刀片：切削不锈钢、各种铸铁与铜、铝，用YG8或YG6刀片：用片。2不加切削液。表1-2影响切削力因素影响因素工件材料切削深度、进给量f切削速度υ前角y

说明别加工材料强度越高，硬度越大，切削力就越大：工件材料加工硬化倾向性大，则切削力将增大：工件材料中添加硫，铅等元素（易切削钢削力减小，加工铸铁等脆性材料时，切削层塑性变形很小，加工硬化小，形成崩碎切屑与前刀面摩擦力小，故切削力小：同意材料热处理状态不同、金相组织不同，也会影响切削力大小。切削深度a进给量f增时，抗力和擦力增大，切削力也随之增大，但二者对切削力影响程度不同，一般情况下，a增加一倍时，切削力约增加一倍，而f加一倍时，切削力只增加。加工塑性金属时，切削速度υ对切削力影响呈波浪形。低速范围内(＜50m/min)时，切削速度增大，切削温度升高，摩擦力逐渐减小，切削力又随之减小。切削脆性金属时，因塑性变形很小，切削与前刀面摩擦也小，故υ对切削力影响也小。刀具前角越大，切削层变形越小，故切削力也减小，前角对切削力影响程度切削速度增大而减小，这是高度切削时切削温度增高，使摩擦、加工硬化程度和塑性变形都减小缘故：加工铸铁等脆性金属材料时，前角对切削力影响不显著。主偏角k刃倾角λ

r

当切削层公称横截面积不变时增大，切削层公称厚度增大，切削层变形减小，故切削力F减小，但当k大于60°~75时，到尖圆弧半径作用比重加大，又略有上升：k增大、F减小，Ff增且增大较多。λ很大范围（-40~+40）变化时，F没有什么影响，但减小时，增大，减小。刀尖弧径∈刀具材料切削液刀具磨损

λ对F影响不大。λ增大时，F将增大。刀具与被加工材料间摩擦因数，直接影响着切削力大小。同样切削条件下，高速钢刀具切削力最大，硬质合金次之，陶瓷刀具最小。切削液润滑性能越高，切削力降低越明显。刀具后刀面磨损后触摩擦增大切削力增大具前刀面上因磨损而形成月牙洼时，增大了前角，切削力减小。影响切削力因素（见表1-2）切削力测量测量切削分力方法有两类：一类是间接测量法，例如把应变片贴滚动轴承外环上、用为移计测量主轴或刀架变形量、测量驱动电动机耗电功率或转差率、测量静压轴承压力等，利用这些方法便可间接测量切削力大小：另一类是直接测量法，主利用各种测力仪来进行测量。常用测量仪是应变片式和压电式两种，其工作原理是利用切削力作用测力仪弹性元件上所产生变形，或作用压电晶体上产生电荷转换后，来测量各切削分力。（1）电阻应变片式测力仪这种测量仪具有灵敏高度，量程范围大，既可用语静态、也可用于动态测量，以及测量精度较高等特点。测量仪常用电阻软件叫做电阻应变片。将若干电阻应变片紧贴测量仪弹性元件发生变形，使应变片电阻值改变，破坏了电桥平衡，有与切削力大小相应电流输出，经放大、标定后就可读出三向切削力之值。aa图-10八角环车削测力仪及应变片布置（2）压电式测力仪这是一种灵敏度高，刚度大，自振频率高，线性度和抗相互干扰都较好且无惯性高精度测力仪，特别适用于测量动态力及瞬时力。其缺点是易受湿度影响，连续测量稳定或变化不大力时，会产生因电荷泄漏而引起零点漂移，影响测量精度。压电测力仪工作原理是利用石英晶体或压电陶瓷压电效应。受力时，她们表面将产生电荷，电荷多少与所施加压力成正比而与压电晶体大小无关。用电荷放大器转换成相应电压参数，可测出力大小（见图1-11将几个石英元件按次序机械排列一起，就可构成多向力传感器（见1-11b传感器上力作用石英片上，石英晶体切割方向选择不同，各受力方向上灵敏度不同，故能分别测出各个切割分力。图-11压电式传感器a)

但向测力传感器及测力系统

b三向测力传感器1—压电传感器

2电荷放大器3—峰值电压表4—阴极射线示波器5—光线示波器6—四氟套晶片8盖电子束焊缝—基座

7不同直径的钻头钻孔时的转速直径越小转速越高反就低直径2二转直径0mm