切削用量对切削力的影响比较Word文件下载.docx
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前刀面挤压摩擦区。
该变形区的金属层受到高温高压作用，使靠近刀具前面处的金属纤维化。
第川变形区：
后刀面挤压摩擦区。
该变形区造成工件表层金属纤维化与加工硬化，并产生残余应力。
3•切削力
切削力是指切削过程中作用在刀具或工件上的力，它是工件材料抵抗刀具切
削所产生的阻力。
3.1切削力来源
根据切削变形的不同，切削过程中刀具会受到三种力的作用，即：
（1）克服切削层弹性变形的抗力
（2）克服切削层塑性变形的抗力
（3）克服切屑对刀具前面、工件对刀具后面的摩擦力
3.2切削力的合成与分解
图2-2切削力合力和分力
图2-2为车削外圆时切削力的合力与分力示意图。
图中字母分别表示：
N1、F1——作用在车刀前刀面的正压力、摩擦力
N2、F2——作用在车刀后刀面的正压力、摩擦力
Q「Q2N1与F1、N2与F2的合力
F——Q1与Q2的合力，即总切削力
一般地，为了研究方便，将总切削力F按实际运动效果分为以下三个分力：
切削力Fz——垂直于水平面，与切削速度的方向一致，且该分力最大。
径向切削力Fy——在基面内，与进给方向垂直，沿切削深度方向，不做功,但能使工件变形或造成振动。
轴向切削力Fx——在基面内，与进给方向平行。
由图2-2可知，合力与各分力之间的关系为：
^<
fz+f2^'
f?
+fy+f2
其中：
Fy=FxyCOSk「Fx二Fxysinkr。
式中：
Fxy合力在基面上的分力。
3.3切削力的测定实验一一单因素实验法
在切削过程中，影响切削力的因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数等。
单因素实验法就是只改变一个因素，固定其它因素不变，进行试验;
如此测得多组数据。
最后综合考虑实验数据，得出包含多个可变因素的切削力实验公式。
以下是我搜集的部分实验数据处理后的关系曲线，如图2-3-1。
从曲线中，
可以得出结论：
（1）背吃刀量ap增大，切削力fz增大
（2）进给量f增大，切削力Fz增大
（3）不同的切削速度范围，切削力变化不同
（4）ap与Fz和f与Fz成某种函数关系
图2-3-1切削三要素对切削力的影响曲线[]
为了了解ap、f、v与Fz可能成的函数关系，我们搜集了切削力单因素实验
的部分原始数据，如下表所示。
根据表中数据，利用MATLAB编程可作出对应的散点图和曲线图，如图2-3-2所示。
观察曲线图，猜测ap、f、v与Fz可能成指数函数关系或一次函数关系。
表1-1
f=0.2mm，v=100m/min[4]
实验
f（mm）
v（m/min）
ap（mm）
Fz（kN）
1
0.5
0.023
2
1.0
0.043
3
1.5
0.063
0.2
100
4
2.0
0.082
5
2.5
0.101
6
3.0
0.119
7
3.5
0.137
表1-2
[4]
a门=1mm，v=100m/min
P
0.1
0.346
0.562
0.3
0.746
0.4
0.912
1.067
0.6
1.212
0.7
1.351
表1-3
a=1mm，f=100mm[4]
ap
V（m/min）
25
0.061
50
0.055
75
0.052
0.049
125
0.048
150
0.046
175
0.045
图3-2-2实验散点图和曲线图
数据分析：
（以ap与Fz为例）
假设ap与Fz成指数函数关系，即：
Fz十a%1
为了便于计算，对上式两边同时取对数，可得：
igFz^kigapJgo对比一次函数y=kx+b，lgFz与lgap成一次函数关系。
同理:
FZ二k2fx2lgFz=x2lgflgk2
Fz二k3vx3lgFz=x3lgvlgk3
为了验证假设，依据②式，我先对原始数据取对数，再在对数坐标系中分别作出ap、f、v与fz的散点图和曲线图；
为了验证该曲线为一次函数，分别在曲线上各取四点，两两求斜率，若对应斜率之差的绝对值近似为0（在误差允许范
围内），则可认为该曲线为一次函数；
然后取斜率的平均值为最终斜率，再代值求出截距，写出表达式；
最后求反函数分别写出ap、f、V与Fz的关系式。
pz
按照上述思路，编写MATLAB语言程序（附1），运行结果如下：
图3-3-3实验对数坐标图
0.9353
0.9236
0.9149
0.9246
0.6987
0.7015
0.7052
0.7018
-0.1150
-0.1927
-0.1152
-0.1410
h=[-3.14080.5512-2.3426]
H=[0.04321.73530.0961]
其中，K矩阵元素表示斜率，行分别表示X2和X3的值，最后一列
为斜率的平均值。
h矩阵元素分别表示截距lgk1、lgk2和lgk3的值。
H――矩阵元素分别表示系数k「k2和k3的值。
根据运行结果代值，分别写出函数关系表达式如下：
lgFz=0.92lgap-3.14
Fz=0.0432ap°
.92
③
lgFz=0.70lgf0.55
Fz=1.7353f°
.7°
④
lgfz=-°
.14lgv-2.34
Fz=0.0961v—°
.14
⑤
式③④⑤表明，在ap、f和v只有一个因素改变时，切削力fz都与该可变因素成指数函数关系。
当综合考虑三个可变因素时，可得出：
Fz二Kap1fX2vX3。
式中，K为综合系数。
类似的，可分别求出ap、f、v和Fy、Fx的关系表达式
4•切削用量对切削力的影响
一般性结论：
（1）背吃刀量与切削力近似成正比；
（2）进给量增加，切削力增加，但不成正比；
（3）切削速度对切削力影响较复杂（与切削温度的变化和积屑瘤的产生和消失有关）。
在无积屑瘤的切削速度范围内，随着切削速度的增大，切削力减小。
5•刀具几何参数对切削力的影响
图4-1刀具几何参数与切削力的关系曲线[2]
（1）前角对切削力的影响最大。
加工塑性材料时，增大前角,切削力降低；
加工脆性材料时，由于切屑变形很小，前角对切削力影响的显著。
（2）主偏角对切削力影响较小，但对径向力和轴向力影响较大。
径向力随着主偏角的增大而减小，轴向力随着主偏角的增大而增大。
（3）刃倾角在很大范围内变化时对切削力影响不大，但对径向力和轴向力影响较大，随着刃倾角的增大，径向力减小，轴向力增大。
6•精密切削加工切削用量对切削力的影响
精密切削过程中，就本质而言，切屑的变形与一般切削相同，所以其切削力的来源也相同。
但是，由于精密切削采用的是微量切屑方法，与一般切削不同，所以可变因素对二者的影响就不同，，也就是说可变因素对精密切削切削力的影响具有独特规律。
6.1进给量和背吃刀量的影响
为了探讨精密切削切削力的独有规律，搜集部分实验数据，如下表:
表6-1进给量对切削力的影响（HSS刀）[1]
切削力
进给量f/（mm/r）
（N）
0.01
0.02
0.04
0.10
0.20
Fz
60
350
570
900
Fy
240
280
410
580
700
表6-2进给量对切削力的影响（金刚石刀）
[1]
200
260
480
1030
40
120
170
表6-3切削深度对切削力的影响（HSS刀）
切削深度ap（mm）
0.002
0.004
0.008
0.016
0.032
80
370
520
670
250
270
330
390
表6-4切削深度对切削力的影响（金刚石刀）
r
0.003
0.006
0.03
450
500
20
30
70
90
以上数据的曲线图如图5-1所示。
从曲线中可以清楚地看出，①精密切削采用HSS车刀（或硬质合金车刀）时，当进给量或背吃刀量小于一定值时，均有Fy>
fz成立。
而米用金刚石刀时，FyVFz。
这和一般切削Fz总是大于Fy是不同的。
②另外，在精密切削时，进给量对切削力的影响大于切削深度的影响。
这和一般切削恰恰相反。
为了解释以上两条特殊规律，我查阅了相关资料文献，得知：
a.规律①取决
于切削用量（f、ap）同刀具刃口半径的比值。
b.规律②与精密切削通常采用f
大于ap的切削方式有关。
图5-2超精切削时的切削力[1]
图5-1精密切削切削用量与切削力的关系曲线
6.2切削速度的影响
如图5-2所示（考虑积屑瘤的影响），低速时切削力随切削速度增加而急剧下降。
到200~300m/min后，切削力基本保持不变,这规律和积屑瘤高度随切削速度的变化规律一致。
即积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削
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