切削力与切削功率

　　一 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率

　　研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力来源于三个方面：

　　克服被加工材料对弹性变形的抗力；

　　克服被加工材料对塑性变形的抗力；

　　克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。

　　上述各力的总和形成作用在刀具上的合力Fr(国标为F)。为了实际应用，Fr可分解为相互垂直的Fx(国标为Ff)、Fy(国标为Fp)和Fz(国标为Fc)三个分力。在车削时：

　　Fz——切削力或切向力。它切于过渡表面并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。

　　Fx——进给力、轴向力或走刀力。它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。Fx是设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。

　　Fy——切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削过程中产生的振动有关。

　　消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm(国标为Po)。切削功率为力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗功率。于是

　　Pm=(FzV+Fxnwf/1000)×10-3

　　其中：Pm—切削功率（KW）；

　　Fz—切削力（N）；

　　V—切削速度（m/s）；

　　Fx—进给力（N）；

　　nw—工件转速（r/s）；

　　f—进给量（mm/s）。

　　式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率，它相对于F所消耗的功率来说，一般很小(<1%～2%)，可以略去不计，于是 Pm=FzV×10-3

　　按上式求得切削功率后，如要计算机床电动机的功率(PE)以便选择机床电动机时，还应考虑到机床传动效率。

　　PE≥ Pm/ηm

　　式中 ：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。

　　二 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试

　　在生产实际中，切削力的大小一般采用由实验结果建立起来的经验公式计算。在需要较为准确地知道某种切削条件下的切削力时，还需进行实际测量。随着测试手段的现代化，切削力的测量方法有了很大的发展，在很多场合下已经能很精确地测量切削力。切削力的测量成了研究切削力的行之有效的手段。目前采用的切削力测量手段主要有：

　　测定机床功率，计算切削力

　　用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率PE后，可按下式计算出切削功率Pm:

　　Pm=PEηm

　　在切削速度v为已知的情况下，利用Pm即可求出切削力F。这种方法只能粗略估算切削力的大小，不够精确。当要求精确知道切削力的大小时，通常采用测力仪直接测量。

　　用测力仪测量切削力

　　测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换后，读出Fz、Fx、Fy的值。在自动化生产中，还可利用测力传感装置产生的信号优化和监控切削过程

　　按测力仪的工作原理可以分为机械、液压和电气测力仪。目前常用的是电阻应变片式测力仪和压电测力仪。

　　切削力的计算机辅助测试

　　三 切削力的经验公式和切削力估算

　　目前，人们已经积累了大量的切削力实验数据，对于一般加工方法，如车削、孔加工和铣削等已建立起了可直接利用的经验公式。常用的经验公式约可分为两类：一类是指数公式，一类是按单位切削力进行计算。

　　实践证明，切削力的影响因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料刀具磨损状态和切削液等

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