光伏%26锂电设备行业2025年度周期底部确立，关注新技术突破机会.docx

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　　切削力计算的经验公式 ★； 切削力计算的经验公式 通过试验的方法★★★，测出各种影响因素变化时的切削力数据 ，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式★，称 为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公 式有两种★★★：一是指数公式★★，二是单位切削力★★。 1 ．指数公式 主切削力 (2-4) 背向力 (2-5) 进给力 (2-6) 式中 F ————主切削力（ N）； c ; F ———— 背向力（ N）★； p F ———— 进给力（ N）； f C 、 C 、 C ———— 系数，可查表 2-1； fc fp ff x 、 y ★、 n ★★、 x ★★★、 y 、 n 、 x ★★、 y 、 n fc fc fc fp fp fp ff ff ff 指数，可查表 2-1。 K ★★、 K ★★★、 K 修正系数，可查表 2-5★★，表 2-6★★★。 Fc Fp Ff 切削力计算的经验公式 2 ．单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力★★★，用 kc 表示，见表 2-2★★★。 kc=Fc/A d=Fc/(a p·f)=F c/(b d·h d) (2-7) 【 式中 A 切削面积（ mm 2）； D a 背吃刀量（ mm）； p f - 进给量（ mm/r）； h 切削厚度（ mm ）； d b 切削宽度（ mm）。 d 已知单位切削力 k ,求主切削力 F c c F =k ·a ·f=k ·h ·b (2-8) c c p c d d 式 2-8 中的 k c 是指 f = r 时的单位切削力，当实 际进给量 f 大于或小于 /r 时★，需乘以修正系数 K ★，见表 fkc 2-3★★★。 ! 切削力计算的经验公式 表 2-3 进给量对单位切削力或单位切削功率的修正系数 K ， K fkc fps 切削力计算的经验公式 f /(m } ★? m/r ) K fkc ， 1 K （ fps 【 切削力的来源、切削分力 金属切削时，切削层及其加工表面上产生弹性和塑性变形 ；同时工件与刀具之间的相对运动存在着摩擦力★。如图 2- 15 所示，作用在刀具上的力有两部分组成： 1. 作用在前★★、后刀面上的变形抗力 F 和 F ★; nγ nα 2. 作用在前、后刀面上的摩擦力 F 和 F 。 fγ fα 切削力计算的经验公式 这些力的合力 F 称为切削合力★★，也称为总切削力★★。总切削 力 F 可沿 x,y,z 方向分解为三个互相垂直的分力 Fc、 Fp 、 Ff★★，如图 2-16 所示。 主切削力 Fc 总切削力 F 在主 运动方向上的分力；背向力 Fp 总切削力 F 在垂直于假定 工作平面方向上的分力★★；进给力 Ff 总切削力在进给运动方 向上的分力。 车削时各分力的实用意义如下： 切削力计算的经验公式 主切削力 F c 作用于主运动方向，是计算机床主运动 机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用 量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力★★。 背向力 F p 纵车外圆时，背向力 F p 不消耗功率★， 但它作用在工艺系统刚性最差的方向上，易使工件在水平 面内变形，影响工件精度，并易引起振动。 F p 是校验机 床刚度的必要依据。 进给力 F f 作用在机床的进给机构上★★★，是校验进给 机构强度的主要依据★★★。 影响切削力的主要因素 1. 工件材料的影响 工件材料的物理机械性能、加工硬化能力★★、化学成分 和热处理状态，都对切削力产生影响。 由表 2-2 可以看出，工件材料的硬度愈高，则切削力愈 大。工件材料虽然硬度、强度较低，但塑性、韧性大★★★，加工 硬化能力大★★★，其切削力仍很大。如 1Cr18Ni9Ti 等不锈钢。 切削力计算的经验公式 在普通钢中添加含硫或 铅等金属元素的易切钢★★★，其 切削力比普通钢降低 20～ 30％。 同一种材料热处理状态 与金相组织不同，切削力也 有很大差异★★。 \ 切削脆性材料（如铸铁） 时，塑性变形小，加工硬化 小★，切屑与前刀面接触少★★， 摩擦小★★，因此切削力也较小。 2 ．切削用量的影响 如图 2-17 所示★★，背吃 刀量 a p 和进给量 f 是通过 对切削面积和单位切削力的 变化而影响切削力的。背吃 刀量 a p 增大，切削宽度 b d 也增大，剪切面积 As 和切 屑与前刀面的接触面积按比 例增大★★，第一变形区和第二 切削力计算的经验公式 变形区的变形与摩擦相应增 大。当背吃力量增 大一倍 时★，切削力也增大一倍。进 给量 f 增大，切削厚度 h d 增大★★★，而切削宽度 b d 不 变★，这时剪切面积虽按比例 增大★★，第二变形区的变形未 按比例增大。而进给量增大★★★， 平均变形变小，单位切削力 降低，因此★★，进给量 f 增大 一倍，切削力约增 70～ 80％★★。 从上述分析可知， a p 和 f 对切削面积的影响相同★， 但对单位切削力的影响不同★★。 a p 增加时单位切削力不变 ， f 增加时，单位切削力减小★★★，当切削面积 A d 相等时， 为了减小切削力★，可以选择大的进给量 f，小的背吃刀量 a p，即采用窄而厚的切屑断面形状。图 2-18 为车削 45 钢 时， a p 与 f 对切削力影响的实验曲线。 切削力计算的经验公式 切削速度 v c 对切削力的影响呈波浪形变化★★★，如图 2- 19 所示。由切削变形一节所述可知★★，切削速度 v c 小于 50m /min 的范围内，随着速度的增加，积屑瘤由小变大又 变小，切削力则随之由大变小又变大★。速度 v c 继续增高 ★★，切削温度上升，切削力又下降，但变化较小。如 v c 从 50m /min 增加至 500m /min 时，切削力减少约 10％★★。生 产中的高速切削技术就可减小切削力★★★，提高切削效率★★。 3. 刀具几何参数的影响 (1) 前角的影响 切削力计算的经验公式 在刀具几何参数中前角对切削力的影响最大★。如图 2-20 所示★★。前角愈大， 切屑易于从前刀面流出★，切削变形小，从而使切削力下 降，但前角 γ0 对三个切削分力的影响是不同的。同时，工 件材料不同★★，前角的影响也不同，对塑性较大的材料，如紫 铜★、铝合金等★，切削时塑性变形大，前角的影响较显著；而 对脆性材料，如铸铁、脆黄铜等★，前角的影响就较小。 （2）主偏角的影响 切削力计算的经验公式 如图 2-21 所示为主偏角 κ 对三个切削分力的影响。从 r 图中看出主偏角对主切削力的影响不大，当 k =600～ 750 时★， r 主切削力最小★★★。但主偏角对 F ★、 F 的影响较大★★★。随着主偏 p f 角的增加，进给力 F 增加，而背向力 F 减小★。当 κ =900 ★★★， f p r 理论上背向力 F =0，实际上由于有刀尖圆弧半径 r 和副切 p ε 削刃参与切削★，即使 κ =900 ， F 还是存在的。在车削刚性 r p 较差的细长轴时，应选用较大的主偏角，就是为了减小 F p 的影响★。表 2-4 所示为 F /F ★、 F /F 的比值。 p c f c 表 2-4 切削钢和铸铁时 F /F ， F ／F 比值 P C F C 主偏角 κ r 《 工件材料 90 ° 45 ° 75 ° / 钢 F ／F ~ ~ P C ！ 切削力计算的经验公式 ~ F ／F ~ F C ~ ~ ~ ~ F ／F ~ P C } 铸铁 ~ ~ （ F ／F ~ F C （3 ）刃倾角的影响 图 2 — 22 所示为刃倾角对三个切削分力的影响。从 图可见，刃倾角 λs 对主切削力 Fc 的影响很小，但对进 给力 F 和背向力 Fp 的影响较大。当 λs 从正值变为负 f 值， F 将增加， F 将减小。所以车削刚性较差的工件时★★★， p f 一般不取负的刃倾角★。 （4 ）刀尖圆弧半径 ★★; 刀尖圆弧半径大小将影响切削刃上的圆弧部分长度和 影响平均主偏角 κ 。如图 2 — 23 所示。在切削深度 a , rB p 进给量 f 和主偏角 κ 一定的情况下★★，增大刀尖 r 切削力计算的经验公式 圆弧半径 r ，刀刃曲线部分长度增大★，切削刃平均主 ε 偏角减小★★，使切屑断面形状中 b 增长， h 减小★★★，成为薄而 D D 宽的切屑，从而使切削变形增加★★★，所以切削力也增加，其中 Fp 明显增加， F 降低★★。因此在工艺系统刚性较差时★★★，应选 f 用较小的刀尖圆弧半径。 4 ．其它影响因素 刀具材料不同时，切屑与刀具间的摩擦状态也不同， 从而影响切削力★。如用 YT 硬质合金刀具切削钢料比用高 速钢刀具切削， F c 约降低 5 ～ 10% 。 切削力计算的经验公式 使用适宜的切削液可降低切削力。刀具后刀面磨损大 , 切削力也增加。刀具具有负倒棱时 ★★, 切削变形增大★★，切削 力也增大★★★。 车刀切削力计算举例 【 例 用 YT15 硬质合 金车刀纵车 σ b = a 的热轧钢外圆 , 切削速度 v c=100m/min, 背吃刀量 a p= 4mm★★, 进给量 f = r 。车刀几何 参数 γ 0 =10 ° ★★★、 κ r =75 ° 、 s = -10 ° 、 r ε = , 求切削分力 F c、 F P、 F f ★★★。 解： 根据式（ 2-4）、式（ 2-5）★、式（ 2-6）及表 2-1 得切削力公式★★★： ） F c=×270×4× ×100 fc F p=×199×4 × ×100 fp 切削力计算的经验公式 F f=×294×4× ×10 ff 切削力修正系数 K fc 、 K fp 、 K ff 是各种因素 对切削力的修正系数的乘积。如由表 ★★,由表 2-5、表 2-6 查得： ( 查高速钢代 入 ) 于是得★★★： K = ； K = ★★； K = Fc Fp Ff $ 代入上式切削力计算公式得 F = 1620(N) F = (N) F = (N) c P f 切削力计算的经验公式 切削温度及其主要影响因素 切削温度是切削过程中的又一基本物理现象。切削温度的变 化，能改变工件材料的性能★，影响积屑瘤的产生和消失，以 及影响已加工表面质量。因此认识它的变化规律，具有重要 的实用意义。 （一）切削热的产生与传出 , 如图 2 — 24 所示★，在三个变形区中 ，因变形和磨 擦所作的功绝大部分都转化成热能。 切削区域产生的热能通过切屑、工件★★★、刀具和周围介质 传出。切削热传出时由于切削方式的不同，工件和刀具热传 切削力计算的经验公式 导系数的不同等，各传导媒体传出的比例也不同。表 2 — 7 为切削热在车削和钻削时各传热媒体切削热传出的比例。 （二）切削温度的分布 切削温度一般指切削区域的平均温度★★。切削温度的分 布指切削区域各点温度的分布（即温度场）★★★。 图 2 -25a 为切削钢时所测得的正交平面内的温度分布； b 是车削不同材料时★★，前★、后刀面上温度分布情况★★。从图 中可以看出： 切削力计算的经验公式 （1 ）前刀面上 的最高温度不在切削 刃上★，而距离切削刃 有一段距离； （2 ）温度分布 不均匀，温度梯度大。 工件材料塑性大★★★，分 布较均匀★★，反之，工 件材料脆性大，分布 不均匀★。 （三）切削温度 的主要影响因素 1. 工件材料的 影响 工件材料的强 度、硬度高，导热率 低，高温下的强度★★★、 硬度高，都会使变形 功增加，使切削温度 升高。切削脆性材料， 因变形小★★★，摩擦小， 切削力计算的经验公式 故其切削温度较低。 如图 2-26 所示★★。 2★★. 切削用量的 影响 （1 ）背吃刀量 a p a p 对切削温度 的影响很小★。背吃刀 量 a p 增加★★★，产生的 热量按比例增加★★★。 a p 增大一倍★★★，切削宽度 b D 也增加一倍★★★，刀 具的传热面积也增大 一倍★，改善了刀头的 散热条件★★，切削温度 只是略有提高。 （2 ）进给量 f f 对切削温度的影响比 a p 大。进 给量 f

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