切削用量对切削力的影响比较Word文档格式.docx
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第?
变形区:
剪切滑移区。
该变
形区包括三个过程,分别是切削层弹
性变形、塑性变形、成为切屑。
前刀面挤压摩擦区。
该变形区的金属层受到高温高压作用,
使黑近刀具前面处的金属纤维化。
变形区:
后刀面挤压摩擦区。
[3]该变形区造成工件表层金属纤维化与图1-2切削层的变形区加工硬化,并产生残余应力。
1
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:
、——作用在车刀前刀面的正压力、摩擦力NF11
、一一作用在车刀后刀面的正压力、摩擦力NF22
QQ、——N1与、与的合力NFF12212
QQ——与的合力,即总切削力F12
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:
切削力一一垂直于水平面,与切削速度的方向一致,且该分力最大。
Fz径向切削力一一在基面内,与进给方向垂直,沿切削深度方向,不做功,Fy但能使丄件变形或造成振动。
轴向切削力一一在基面内,与进给方向平行。
Fx
22222,,,,,FFFFFFxyzyx由图2-2可知,合力与各分力之间的关系为:
Z其中:
。
式中:
合力在基面上的分力。
sin,coskFFFkFFxxyrxyyxyr
2
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、刀具儿何参数等。
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-lo从曲线中,可以得出结论:
(1)背吃刀量增大,切削力增大aFpz
(2)进给量f增大,切削力增大Fz
(3)不同的切削速度范圉,切削力变化不同
⑷与和f与成某种函数关系aFFpzz
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3(XM)
(N)
K2改呢辿讼龄口削力实脸曲
[6]图2-3-1切削三要素对切削力的影响曲线
为了了解、f、v与可能成的函数关系,我们搜集了切削力单因素实验aFpz
3
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、f、v与可能成aFzp指数函数关系或一次函数关系。
[4]表ITf二0.2mm,v=100m/min实验f(mm)v(m/zmin)(mm)(kN)aFpzl0.50.023
21.00.043
31.50.063
0.210042.00.08252.50.10163.00.11973.50.137
[4]表1~2=lmm,v=100m/minap
实验v(m/min)f(mm)(mm)(kN)aFpzl0.10.346
20.20.562
30.30.746
110040.40.91250.51.06760.61.21270.71.351
[4]表1~3二lmm,f=100mmap
实验f(mm)V(m/min)(mm)(kN)aFpzl250.061
2500.055
10.23750.05241000.04951250.04861500.04671750.045
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图3-2-2实验散点图和曲线图
数据分析:
(以与为例)aFpz
假设与成指数函数关系,即:
x,lFakaFzpzlp
为了便于计算,对上式两边同时取对数,可得:
lg,lg,lgxakFzlpl
对比一次函数y=kx+b,lg与lg成一次函数关系。
Fazp
x2同理:
fig,lgf,lgkFxkFz2z22
x,31g,lgv,lgkvFxkFz3z33
为了验证假设,依据?
式,我先对原始数据取对数,再在对数坐标系中分别作出、f、V与的散点图和曲线图;
为了验证该曲线为一次函数,分别在曲Fazp
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,写岀表达式;
最后求反函数分别写出、f、v与的关系式。
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
0.93530.92360.91490.9246
0.69870.70150.70520.7018
-0.1150-0.1927-0.1152-0・1410
h=[-3.14080.5512-2.3426]
H二[0.04321.73530.0961]
其中,K——矩阵元素表示斜率,行分别表示、和的值,最后一列XXX231
为斜率的平均值。
h——矩阵元素分别表示截距、lg和lg的值。
lgkkkl23
H——矩阵元素分别表示系数、和的值。
kkk231
根据运行结果代值,分别写出函数关系表达式如下:
0.92?
0.0432alg,0.921g,3.14FaFpzzp
0.70?
lg,0.701gf,0.55,1.7353fFFzz
0.14?
0.09611g,,0.141gv,2.34vFFzz
式?
?
表明,在、f和v只有一个因素改变时,切削力Fz都与该可变ap
xxx因素成指数函数关系。
当综合考虑三个可变因素时,可得出:
2,K13favFzpc式中,K为综合系数。
6
类似的,可分别求出、f、v和、的关系表达式。
aFFpxy
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朵(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.刀具儿何参数对切削力的影响
[2]图4-1刀具儿何参数与切削力的关系曲线
(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,山于切屑变形很小,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:
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[1]表6-1进给量对切削力的影响(HSS刀)
切削力进给量f/(mm/r)
(N)0.010.020.040.100.20
Fz60100350570900
Fy240280410580700
[1]表6-2进给量对切削力的影响(金刚石刀)
切削力进给量f/(mm/r)
Fz2002604809001030
Fy4050120170200
[1]表6-3切削深度对切削力的影响(HSS刀)
切削力切削深度(mm)ap(N)
0.0020.0040.0080.0160.032
Fz80150370520670
Fy250270330370390
[1]表6-4切削深度对切削力的影响(金刚石刀)
0.0030.0060.010.020.03
FzlOO170260450500
Fy2030507090
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,?
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
成立。
而采用金刚石刀时,。
这和一般切削总是大于是不同,,FFFFFFzyzyyz的。
?
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:
规律?
取决
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于切削用量(、)同刀具刃口半径的比值。
b.规律?
与精密切削通常采用ffdp
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
切削力也小,这和一般切削规律正好相反。
[1]图5-2超精切削时的切削力7.—般切削与精密切削切削力的对比
类型与的比值、f对切削力的影响FFayzp-般切削总是大于1的影响大于fap
可以小于1精密切削(当切削用量同刃口半径之比f的影响大于ap
达到一定数值时)
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参考文献
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