文档介绍：第三章切削过程中的物理现象及其规律
金属切削过程,实质上包含着一个较复杂的能量转换过程,它伴随着一系列的物理现象:工件材料的变形、摩擦、切削力、切削热和温度、以及***的磨损、破损等。切削过程中这些现象及其变化,反映了切削过程的状况。并与工件表面质量和切削效率有着密切的联系。
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切削力
在切削过程中,切削力直接影响着:切削热的产生,并进一步影响着***磨损、***寿命、加工精度和已加工表面质量。
在生产中,切削力又是计算切削功率、设计和使用机床、***、夹具的必要依据。
因此研究切削力,将有助于对切削过程规律的了解,并对生产实际有着重要指导意义。
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切削力的来源
金属切削时,***切入工件,使加工材料发生变形成为切屑所需的力,称为切削力。切削力来源于三个方面:
(1)克服被加工材料对弹性变形的抗力;
(2)克服被加工材料对塑性变形的抗力;
(3)克服切屑对***前刀面的摩擦力和***后刀面对加工表面和已加工表面之间的摩擦力。
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切削合力及其分解
上述各力的总合形成作用在车刀上的合力Fr。为了实际应用,Fr可分为相互垂直的Fx、Fy和Fz三个分力。
Fz 主切削力或切向力。Fz是计算车刀强度,设计机床功率所必需的。
Fx 进给抗力。轴向力或走刀力。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、径向力或吃刀力。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。它也是使工件在切削过程中产生振动的力。
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根据实验,当Kr=45, s=0 和o=15 时,Fz、Fy、Fx之间有以下近似关系式:
Fy=(~)Fz
Fx=(~)Fz
将它们代入上式得
Fr=(~)Fz
随着***几何参数、切削用量、工件材料和***磨损情况的不同, Fz、Fx和Fy之间的比例可在较大范围内变化。
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切削功率
消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm。它是Fz和Fx所消耗功率之和,因Fy方向没有位移,所以不消耗动力。
式中nw——工件转速(r/s)
按上式求得切削功率后,在选择机床的电机功率时,还应考虑机床的传动效率ηm,将切削功率除以机床的效率,即:
机床电机功率 PE Pm /ηm
确定切削力的大小可用测力仪进行测量,也可通过经验公式或理论分析公式进行计算。
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切削力的经验公式
切削力的经验公式是通过大量实验,将由测力仪测得的切削力数据,用数学方法处理而得到的。切削力经验公式可分为指数公式和单位切削力两类。
在金属切削中,广泛应用指数公式计算切削力。这种经验公式的建立是借助测力仪直接测量出一定条件下的切削力,然后对测量数据进行处理后得出的。常用的指数公式的形式如下:
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二、用单位切削力和单位切削功率计算三个分力和所消耗的功率:
1、单位切削力p
单位切削力p是指单位切削面积上的主切削力。
式中 AD——切削面积
hD——切削厚度
bD——切削宽度
hD——切削厚度
bD——切削宽度
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2、单位切削功率Ps
单位时间内切除单位体积的金属所消耗的功率称为单位切削功率Ps
式中 Zw——单位时间内的金属切除量;Zw=1000• ap • f • v mm3/s
Pm——切削功率; Pm=Fz • v • 10-3=p • ap• f • v • 10-3 (kw)
在实际的切削过程中,切削力是在不断变化的。所以切削力是一个动态参数。它的变化情况反映了切削过程中工件材料、***切削性能、以及切削用量等状态。用经验公式计算只能得到在一定切削条件下的平均估算值。因此,要较精确得到实际切削过程中的切削力,