车床切削力与切削功率计算

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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受很多因素影响，，其大小和方向都是不固定。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分解为如图1-9所示三个互相垂直切削分力：

1)切削力Fc是总切削力主运动方向上分力。，它垂直与基面，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Fp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Ff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。Ff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，总切削力F与三个切削分力之间关系为

（1-1）

（2）切削功率消耗切削过程中功率称为切削功率pm。切削功率为切削力Fc和进给力Ff所消耗功率之和，因背向力Fp没有位移，不消耗功率。切削功率（W）为

（1-2）

式中：Fc—切削力（N）

υc—切削速度（m/s）

Ff—进给力（N）

υf—进给速度（mm/s）。

一般情况下，Ff所消耗功率（约占pm1%~2%）远小于Fc所消耗功率，，式（1-2）可简化为

（1-3）

按上式求Pm后，如要计算机床电动机功率PE，还应将Pm除以机床传动效率ηm（一般取ηm=0.75~0.85），即

(1-4)

2.切削分力经验公式

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CFc、CFP、CFf—决定于被加工材料和切削条件系数：

xFC、yFC、nFC、xFp、yEP、nFP、

xFf、yFf、nFf、—分别为三个分力公式中切削深度ap、进给量f和切削速度υc指数：

kFC、kFP、kFf、—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kMF、KyOF、kKRF、kλSF、 kR∈F、kTF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kF表示kFC、kFP、kFf，则

KF=kMF、KyOF、kKRF、kλSF、 kR∈F、kTF （1-6）

式（1-5）中各系数、指数数值，以及式（1-6）中各种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单位切削力p是单位切削层公称横截面积（m2）上切削力（N）， (1-7)：

(1-8)

式中 Fc—切削为（N）:

AD—切削层公称横截面积（m2）:

bD—切削层公称宽度（mm）：

hD—切削层公称厚度（mm）：

ap—切削深度（mm）：

f—进给量（mm/r）。

单位切削功率pc是单位时间内切除单位体积材料所需切削功率（W/(m3/s)).

(1-9)

式中 Q—材料切除率（m3/s）：

υc—切削速度（m/s）：

pc—切削功率（W）：

（1-10）

将Q、Pc、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FC，并用式（1-10）计算出切削功率pc。

单位切削力具体数值可有关文献中查到。表1-1是硬质合金外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硬质合金外圆车刀切削常用金属材料时单位切削力与单位切削功率

工件材料

单位切削力P/（N/mm2）

F=0.3mm/r

单位切削功率pc/(kw/(mm3/8))f=0.3mm/r

实验条件

类别

名称

牌号

制造、热处理状态

硬度HBS

刀具几何参数

切削用量范围

钢

易切钢

Y40Mn

热轧

202

1668

1668x10-6

Y0=15°

Kr=75°

λs=0°

by1=0

前刀具带卷屑槽

υ0=90~150m/min

ap=1~5mm

f=0.1~0.5mm/r

碳素结构钢，合金结构钢

Q235-A

热轧或正火

134~137

1884

1884x10-6

187

1962

1962x10-6

40Cr

212

40MnB

207~212

38CrMoAIA

241~269

调质（淬火及高温回火

229

Y0=15°,kr=75°,λs=0°by1=0.1~0.15mm

Y0=-20°前刀面带卷屑槽

40Cr

285

2305

2305x10-6

38CrSi

292

2197

2197x10-6

淬硬（淬火及低温回火）

(HRC)

2649

2649x10-6

工作材料

单位切削力p/（N/mm2）f=0.3mm/r

单位切削功率pc/(kw/(mm3/s)f=0.3mm/r

实验条件

类别

名称

牌号

制造、热处理状态

硬度HBS

刀具几何参数

切削用量范围

钢

工具钢

60SiMn

热轧

269~277

1962

1962x10-6

у°=15°

κr=75°

λs=0°

byl=0前刀面卷屑槽

υc=90~150m/min

ap=1~5mm

f=0.1~0.5mm/r

T10A

退火

189

2060

2060x10-6

9CrSi

223~228

Cr12

223~228

Cr12MoV

262

3Cr2W8

248

5CrNiMo

209

W18Cr4V

235~241

CCr15

退火

196

2109

2109 x10-6

不锈钢

1Cr18Ni9Ti

淬火及回火

170~179

2453

2453x10-6

у0=20°, κr=75°, λs=0°, byl=0,前刀面带卷屑槽

铸铁

灰铸铁

HT200

退火

170

1118

1118x10-6

у0=15°κr=75°

λs=0°

byl=0,平前刀面，无卷屑槽

υc=1.17~1.42m/s(70~85m/min),ap=2~10mm,f=0.1~0.5mm/r

球墨铸铁

QT450-10

170~207

1413

1413 x10-6

可锻铸铁

KTH300-06

170

1344

1344 x10-6

у0=15°κr=75°

λs=0°

byl=0,前刀面上带卷屑槽

冷硬铸铁

轧辊用

表面硬化

52~55（HRC）

3434{f=0.8}

3434 x10-6

у0=0°κr=12~14°λs=0°, byl=0平前刀面，无卷希望槽

υc=0.117m/s(7m/min)ap=1~3mm,f=0.1~1.2mm/r

3139{f=1}

3139 x10-6

2845{f=1.2}

2845 x10-6

铝合金

铸铝合金

ZL110

铸造

814.2{у0=15°}

814.2 x10-6

у0=15°，25°，κr=75°λs=0°byl=0

平前刀面，无卷屑槽

υc=180m/min,ap=2~6mm,f=0.1~0.5mm/r

706.3{у0=25°}

706.3 x10-6

硬铝合金

ZA12

淬或及时效

80107

833.9{у0=15°}

833.9 x10-6

765.2{у0=25°}

765.2 x10-6

铜及铜合金

黄铜

H62

冷拔

1422

1422 x10-6

у0=15°，κr=75°λs=0°byl=0，平前刀面，无卷屑槽

υc=1.83m/s(110m/min), ap=2~6mm,f=0.1~0.5mm/r

铅黄铜

HPb59-1

热轧

735.8

735.8 x10-6

锡青铜

ZQSn5-5-5

铸造

686.7

686.7 x10-6

加工铜

热轧

85~90

1619

1619 x10-6

钼

纯钼

粉末冶金

109

2413

2413 x10-6

у0=20°κr =90°λs=0°byl=0.15mm,y01=-5°,前刀面上带卷屑槽

υc=40m/min,ap=1~5mm,f=0.1~0.4mm/r

注：1、切削各种钢，用YT15刀片：切削不锈钢、各种铸铁与铜、铝，用YG8或YG6刀片：用YW2刀片。

本文发布于:2023-05-06 23:34:35，感谢您对本站的认可！

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