教案纸
教学环节及时间分配、备注师生
活动
教学内容
新课引入
理论知识学习引导
学生
思考
讲授
分析
举例
分析
项目名称：划规制作
模块四机械工程计算
4.2 切削力和切削功率
教学要求和目标
1、掌握车削、铣削、钻削加工中切削面积的计算
2、掌握切削力、金属切除率和切削功率的计算方法
重点和难点：学会切削力和切削功率的计算方法
思考：切削加工中，切削过程是怎样进行的？刀具为什么会磨损？又为什么要使用切削液？由此引出切削力。
研究切削力的意义：
切削力直接影响着切削热的产生，并进一步影响着刀具的磨损、刀具寿命和已加工表面质量。切削力又是计算切削功率，设计和使用机床、刀具夹具的必要依据，因此对切削力的计算将有助于分析切削过程，并对生产实际有重要指导意义。
一、切削力
以车削外圆为例说明切削力的方向、大小和计算方法。切削力
C
F与切削速
度
C
ν的方向一致。切削力的计算公式为
C C
F AK
=
式中
C
F——与
C
ν方向一致的切削力（N）
A——切削面积（2
mm）
C
K——单位切削力（
2
N
m m
），可查表得到。
二、车削面积
车削面积
p r r p
A=bh a sin f sin a f
κκ
=?=
式中A——切削面积（2
mm）
PPT图演示
习题讲解学生板演
推导
分析练习
讲授
引导学生思考
提问
图示分析
p
a——背吃刀量（切削深度）（mm）
f——进给量（mm/r）
r
κ——主偏角（°）
b——切削长度（mm）h——切削厚度（mm）
例题：以《专业计算》上page85例题进行讲解。
三、钻削面积
单刃切削面积
Z z
A bh df2
==
双刃切削面积
Z
A=2A
z
f=2f，所以A=df2
实际上钻削吃刀量
p
a d2
=，则
p
A a f
=
式中A——双刃钻削面积
p
a——钻削吃刀量，孔径的一半（mm）
f——进给量（mm/r）
Z
A——单刃切削面积（2
mm）
z
f——单刃进给量（mm）
例题：以《专业计算》上page86例题进行讲解。
四、铣削面积
每齿铣削面积
Z p
A a h
=，同时参加铣削的齿数为
e
z，
则铣削面积为
p e
A a fz
=
式中A——铣削面积（2
mm）
p
a——背吃刀量（mm）
h——铣削厚度（mm）
e
z——与工件接触的齿数
根据经验，铣削厚度
z
h0.9f
≈，式中
z
f——每齿进给量（mm）
例题：以《专业计算》上page87例题进行讲解。
五、金属切除率
单位时间金属切除量称为切除率，它是衡量切削效率的重要指标。以车削
为例，金属切除率Q可以用公式表示：
C
Q=Aν
式中Q——金属切除率3
cm/min
（）
学习重点和难点
课堂练习归纳总结作业布置习题
讲解
推导
引导
学生
思考
练习
学生
板演
练习
归纳
A——切削面积（2
cm）
C
ν——切削速度（cm min）
例题：以《专业计算》上page87对应例题进行讲解。
六、切削功率
已知切削力
C
F和切削速度
C
ν，就可求得切削功率
C
P，用公式表示为
C C C
P Fν
=
已知金属切除率Q和单位切削力
C
K，也可求得切削功率
C
P，用公式表示
为
C C C C
P Q K=A K
ν
=
计算出切削功率，由机床的传动效率η可算出机床电动机的功率
1
P，用公
式表示为
1C
P P/η
=
例题：以《专业计算》上page87、88对应例题进行讲解。
1、学生完成工作页上对应的习题；
2、教师指导、答疑，讲评。
请学生总结本次课的主要内容，理解、记住所有公式的推导过程。
《专业计算》书上page88-89上的习题1—9。
1、“时间分配”中理实一体课程、美术等4节及以上连排的课程，要标明课时分配及每课时的时间分配；其他课程标明时间分配。“时间分配”为预设时间，实施过程中根据情况适当微调。
2、教学重点和难点及解决措施、板书、辅助手段等内容在“备注”栏中注明。
篇一：007切削力测量实验报告 专业班级姓名学号专业班级姓名学号实验日期实验地点 40号楼一楼实验室成绩 实验名称切削力测量实验 实验目的 本次切削力测量实验的目的在于巩固和深化《机械制造技术基础》课堂所学的有关切削力的理论知识，正确认识切削力直接影响切削热、刀具磨损与使用寿命、加工精度和已加工表面质量等问题。因此，研究切削力的规律，对于分析切削过程和生产实际是十分重要的。 本次实验在实验老师的指导下，达到如下实验目的： 1、了解三向切削力实验的原理和方法； 2、进行切削力单因素实验，了解背吃刀量、进给量和切削速度三大切削用量对切削力的影响规律，获得三向切削力实验公式； 3、了解在计算机辅助下的、利用三向测力仪进行切削力实验的软、硬件系统构成，以及三向切削测力仪标定的原理和方法。 实验基本原理 切削力是机械切削加工中的一个关键因素，它直接影响着机床、夹具等工艺装备的工作状态（功率、变形、振动等），影响着工件的加工精度、生产效率和生产成本等。 切削力的来源有两个：一是切削层金属、切屑和工件表层金属的弹塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。 影响切削力的因素很多，工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具磨损状况、切削液的种类和性能、刀具材料等都对切削力有较大的影响。 实验基本步骤 1、实验指导教师讲解实验的目的和要求；强调实验的纪律、进行安全教育。 2、车床及工件的准备：将圆钢棒材（工件）安装在车床上，利用三爪卡盘和活动顶尖将棒材装夹到位；安装车刀，注意刀尖对准车床的中心高，然后启动车床将工件外圆表面加工平整； 3、dj-cl-1型三向切削力实验系统的准备： 1）启动切削力实验程序，在“输入实验编号”栏目内，输入年级、专业、班级、组号、实验次数和主题词等，并点击“确定”； 2）点击“零位调整”软按钮，调出零位调整界面，进行三向零位调整； 3）点击“切削力实验方式向导”软按钮，调出切削力实验方式向导界面，进行实验方式选择：选择切削力单因素实验； 4、进行不改变进给量及切削速度，只改变背吃刀量单因素切削力实验； 5、进行不改变进给量及背吃刀量，只改变切削速度单因素切削力实验； 6、进行不改变背吃刀量及切削速度，只改变进给量单因素切削力实验； 7、建立单因素切削力实验综合公式，并输出实验报告。 原始记录 1、车床型号 c6240 2、工件参数工件参数见表1 3、测力传感器型号 dj-04b-917 4、刀具参数：刀具（刀片）材料 yt15 5、刀具几何参数刀具几何参数见表2 表2 单因素切削力实验刀具几何参数6、实验结果： 单因素实验图 改变背吃刀量、改变进给量和改变切削速度的切削力实验图见图 1、图2和图3。 3000 (n) 三向切削力 2500 2000 1500 1000500 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3图
附录3：切削加工常用计算公式 1. 切削速度Vc (m/min) 1000n D Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) D 1000 Vc n ?π?= 金属切除率Q (cm 3/min) Q = V c ×a p ×f 净功率P (KW) 3p 1060Kc f a Vc P ????= 每次纵走刀时间t (min) n f l t w ?= 以上公式中符号说明 D — 工件直径 (mm) ap — 背吃刀量（切削深度） (mm) f — 每转进给量 （mm/r ） lw — 工件长度 (mm)
铣削速度Vc (m/min) 1000n D Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) D 1000 Vc n ?π?= 每齿进给量fz (mm) z n Vf fz ?= 工作台进给速度Vf (mm/min) z n fz Vf ??= 金属去除率Q (cm 3/min) 1000Vf ae ap Q ??= 净功率P (KW) 61060Kc Vf ae ap P ????= 扭矩M (Nm) n 10 30P M 3 ?π??= 以上公式中符号说明 D — 实际切削深度处的铣刀直径 （mm ） Z — 铣刀齿数 a p — 轴向切深 (mm) a e — 径向切深 (mm)
切削速度Vc (m/min) 1000n d Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) d 1000 Vc n ?π?= 每转进给量f (mm/r) n Vf f = 进给速度Vf (mm/min) n f Vf ?= 金属切除率Q (cm 3/min) 4Vc f d Q ??= 净功率P (KW) 310240kc d Vc f P ????= 扭矩M (Nm) n 10 30P M 3?π??= 以上公式中符号说明： d — 钻头直径 (mm) kc1 — 为前角γo=0、切削厚度hm=1mm 、切削面积为1mm 2时所需的切 削力。 (N/mm 2) mc — 为切削厚度指数，表示切削厚度对切削力的影响程度，mc 值越 大表示切削厚度的变化对切削力的影响越大，反之，则越小 γo — 前角 （度）
切削力的经验公式 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。 测力实验的方法有单因素法和多因素法，通常采用单因素法。即固定其它实验条件，在切削时分别改变背吃刀量ap和进给量f，并从测力仪上读出对应切削力数值，然后经过数据整理求出它们之间的函数关系式。 通过切削力实验建立的车削力实验公式，其一般形式为： 注意：切削力实验公式是在特定的实验条件下求出来的。在计算切削力时，如果切削条件与实验条件不符，需乘一个修正系数KF，它是包括了许多因素的修正系数乘积。修正系数也是用实验方法求出。 三、单位切削力、切削功率和单位切削功率 1、单位切削力p：是指切除单位切削层面积所产生的主切削力。可用下式表示： 上式表明，单位切削力p与进给量f有关，它随着进给量f增大而减小。单位切削力p不受背吃刀量ap的影响。 单位切削力p可查手册，利用单位切削力P来计算主切削力Fz较为简易直观。 2、切削功率Pm：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=(FzVc+Fxnwf/1000)×10-3 其中：Pm—切削功率（KW）； Fz—切削力（N）； Vc—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，它占总功率5%左右，可以略去不计，于是 Pm=FzVc×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。 3、单位切削功率Ps 单位切削功率Ps是指单位时间内切除单位体积金属Zw所消耗的功率。 四、切削力的变化规律 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。 1、工件材料 （1）硬度或强度提高，剪切屈服强度τs增大，切削力增大。 （2）塑性或韧性提高，切屑不易折断，切屑与前刀面摩擦增大，切削力增大。 2、切削用量
切削力计算的经验公式 通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素 与切削力关系的表达式， 称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式 有两种：一是指数公式，二是单位切削力 1 .指数公式 mnr. blsz. org 5L 切遗鮒 wire. 5L EI . arg 进给力 TUT . Sisi, org ■51 勺!逍网 mrw. I I ZEZ . OTj? 进给力（ 式中F c 主切削力 N ); G 、 C fp 、 C ff 系数，可查表2-1 ; 51 制造個 nnr. 54空 n. org X fc y fc 、 n fc 、 X fp 、 y f p 、 n fp 、 x ff 、 y ff 、 n ff 指数，可查表2-1。 背向力 …七-5) (2-6) 背向力（ 主切削力
制逍耀 nnr. 51si. org 2 ?单位切削力 M nv. blzz. org 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用 51 nr. bhz. org kc=Fc/A d=Fc/(a p ? f)=F c/(b d ? h d) (2-7) 式中A D ------ 切削面积（mm 2）； TWT . bhz. org a p ------------ 背吃刀量（mm ）； TUT . 51a i. org f - ------- 进给量（mm/r ）； 斑钊遗時 nnr. Bizi, org E=k c ? 3p ? f=k c ?h d ?b d (2-8) h d -------------- 切削厚度（mm ）； VYV. Slsz. OTF! b d -------------- 切削宽度（mm ） 51 划 网 wm. 5132. org 已知单位切削力 k c ,求主切削力 51 制nv. 51zz. org F c K Fc 、 K FP K Ff — 修正系数，可查表2-5 表2-6 ■5 I 韦lift 刈 T1TU. 512Z. OTI! kc 表示，见表2-2。 51 制遗M wmr. iliz. orp 创制遗您 wic org
您要打印的文件是：切削力计算的经验公式打印本文 切削力计算的经验公式 作者：佚名转贴自：本站原创
度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 ②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。 图3-15 切削速度对切削力的影响 切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。 ⑶刀具几何参数的影响 ①前角的影响前角γo加大，被切削金属的变形减小，切削厚度压缩比值减小，刀具与切屑间的摩擦力和正应力也相应下降。因此，切削力减小。但前角增大对塑性大的材料(如铝合金、紫铜等)影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料(灰铸铁、脆铜等)，因切削时塑性变形很小，故前角变化对切削力影响不大。 ②负倒棱的影响前刀面上的负倒棱(如图3-16a)，可以提高刃区的强度，
【最新整理，下载后即可编辑】 附录3：切削加工常用计算公式 1. 车削加工 切削速度Vc (m/min) 1000 n D Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) D 1000Vc n ?π?= 金属切除率Q (cm 3/min) Q = Vc ×a p ×f 净功率P (KW) 3p 1060Kc f a V c P ????= 每次纵走刀时间t (min) n f l t w ?= 以上公式中符号说明
D — 工件直径 (mm) ap — 背吃刀量（切削深度） (mm) f — 每转进给量 （mm/r ） lw — 工件长度 (mm) 2. 铣削加工 铣削速度Vc (m/min) 1000 n D Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) D 1000Vc n ?π?= 每齿进给量fz (mm) z n Vf fz ?= 工作台进给速度Vf (mm/min) z n fz Vf ??= 金属去除率Q (cm 3/min) 1000Vf ae ap Q ??= 净功率P (KW) 610 60Kc Vf ae ap P ????=
扭矩M (Nm) n 1030P M 3 ?π??= 以上公式中符号说明 D — 实际切削深度处的铣刀直径 （mm ） Z — 铣刀齿数 ap — 轴向切深 (mm) ae — 径向切深 (mm) 3. 钻削加工 切削速度Vc (m/min) 1000 n d Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) d 1000Vc n ?π?= 每转进给量f (mm/r) n Vf f = 进给速度Vf (mm/min) n f Vf ?= 金属切除率Q (cm 3/min)
切削力计算的经验公式 切削力计算的经验公式2011-12-0521:31通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式有两种:一是指数公式，二是单位切削力。 1.指数公式 主切削力(2-4) 背向力(2-5) 进给力(2-6) 式中Fc--主切削力(N); Fp--背向力(N); Ff--进给力(N); Cfc、Cfp、Cff--系数，可查表2-1; xfc、yfc、nfc、xfp、yfp、nfp、xff、yff、nff--指数，可查表2-1。 KFc、KFp、KFf--修正系数，可查表2-5，表2-6。 2.单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用kc表示，见表2-2。 kc=Fc/Ad=Fc/(apf)=Fc/(bdhd)(2-7) 式中AD---切削面积(mm2); ap---背吃刀量(mm); f----进给量(mm/r); hd--切削厚度(mm); bd--切削宽度(mm)。 已知单位切削力kc,求主切削力FcFc=kcapf=kchdbd(2-8) 式2-8中的kc是指f=0.3mm/r时的单位切削力，当实际进给量f大于或小于0.3mm/r时，需乘以修正系数Kfkc，见表2-3。
表2-3进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数Kfkc， Kfpsf/(mm/r) 0.10.150.20.250.30.350.40.450.50.6Kfkc，Kfps1.181.111.061.031 0.970.960.940.9250.9 切削力的来源、切削分力 金属切削时，切削层及其加工表面上产生弹性和塑性变形;同时工件与刀具之间的相对运动存在着摩擦力。如图2-15所示，作用在刀具上的力有两部分组成: 1.作用在前、后刀面上的变形抗力Fnγ和Fnα; 2.作用在前、后刀面上的摩擦力Ffγ和Ffα。 这些力的合力F称为切削合力，也称为总切削力。总切削力F可沿x,y,z 方向分解为三个互相垂直的分力Fc、Fp、Ff，如图2-16所示。主切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力;背向力Fp总切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力;进给力Ff总切削力在进给运动方向上的分力。 车削时各分力的实用意义如下: 主切削力Fc作用于主运动方向，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力。 背向力Fp纵车外圆时，背向力Fp不消耗功率，但它作用在工艺系统刚性最差的方向上，易使工件在水平面内变形，影响工件精度，并易引起振动。Fp是校验机床刚度的必要依据。 进给力Ff作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。 影响切削力的主要因素 1.工件材料的影响 工件材料的物理机械性能、加工硬化能力、化学成分和热处理状态，都对切削力产生影响。 由表2-2可以看出，工件材料的硬度愈高，则切削力愈大。工件材料虽然硬度、强度较低，但塑性、韧性大，加工硬化能力大，其切削力仍很大。如1Cr18Ni9Ti等不锈钢。
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。 切削力的来源 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。 切削力的合力和分力 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）。
] 3[切削用量对切削力的影响比较 （陕西理工学院 机械工程学院 ） 摘 要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律； 同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。 关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律 1.引言 金属机械加工过程中，产生的切削力直接影响工件的粗糙度和加工精度，同 时也是确定切削用量的基本参数。所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。 2.金属切削加工机理 金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。 2.1切削加工原理 利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。 2.2切削变形 根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。 第Ⅰ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。 第Ⅱ变形区：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Ⅲ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 图1-2 切削层的变形区 加工硬化，并产生残余应力。
F x F y F z F xy F Z F 22222++=+ =] 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 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： N 1、F 1——作用在车刀前刀面的正压力、摩擦力 N 2、F 2——作用在车刀后刀面的正压力、摩擦力 Q 1、Q 2——N1与F 1、N 2与F 2的合力 F ——Q 1与Q 2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F z ——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F y ——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F x ——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： 其中： k r F xy F x sin =。式中：F xy ——合力在基面上的分力。 k r F xy F y cos =
教案纸 教学环节及时间分配、备注师生 活动 教学内容 新课引入 理论知识学习引导 学生 思考 讲授 分析 举例 分析 项目名称：划规制作 模块四机械工程计算 4.2 切削力和切削功率 教学要求和目标 1、掌握车削、铣削、钻削加工中切削面积的计算 2、掌握切削力、金属切除率和切削功率的计算方法 重点和难点：学会切削力和切削功率的计算方法 思考：切削加工中，切削过程是怎样进行的？刀具为什么会磨损？又为什么要使用切削液？由此引出切削力。 研究切削力的意义： 切削力直接影响着切削热的产生，并进一步影响着刀具的磨损、刀具寿命和已加工表面质量。切削力又是计算切削功率，设计和使用机床、刀具夹具的必要依据，因此对切削力的计算将有助于分析切削过程，并对生产实际有重要指导意义。 一、切削力 以车削外圆为例说明切削力的方向、大小和计算方法。切削力 C F与切削速 度 C ν的方向一致。切削力的计算公式为 C C F AK = 式中 C F——与 C ν方向一致的切削力（N） A——切削面积（2 mm） C K——单位切削力（ 2 N m m ），可查表得到。 二、车削面积 车削面积 p r r p A=bh a sin f sin a f κκ =?= 式中A——切削面积（2 mm）
PPT图演示 习题讲解学生板演 推导 分析练习 讲授 引导学生思考 提问 图示分析 p a——背吃刀量（切削深度）（mm） f——进给量（mm/r） r κ——主偏角（°） b——切削长度（mm）h——切削厚度（mm） 例题：以《专业计算》上page85例题进行讲解。 三、钻削面积 单刃切削面积 Z z A bh df2 == 双刃切削面积 Z A=2A z f=2f，所以A=df2 实际上钻削吃刀量 p a d2 =，则 p A a f = 式中A——双刃钻削面积 p a——钻削吃刀量，孔径的一半（mm） f——进给量（mm/r） Z A——单刃切削面积（2 mm） z f——单刃进给量（mm） 例题：以《专业计算》上page86例题进行讲解。 四、铣削面积 每齿铣削面积 Z p A a h =，同时参加铣削的齿数为 e z， 则铣削面积为 p e A a fz = 式中A——铣削面积（2 mm） p a——背吃刀量（mm） h——铣削厚度（mm） e z——与工件接触的齿数 根据经验，铣削厚度 z h0.9f ≈，式中 z f——每齿进给量（mm） 例题：以《专业计算》上page87例题进行讲解。 五、金属切除率 单位时间金属切除量称为切除率，它是衡量切削效率的重要指标。以车削 为例，金属切除率Q可以用公式表示： C Q=Aν 式中Q——金属切除率3 cm/min （）
机械制造工程学实验指导书实验报告 王庆明许虹肖民 李英刘正道陆科杰 编写 班级： 姓名： 学号： 华东理工大学机械与动力工程学院
机械制造及其自动化教研室 实验一切削力实验 1 实验目的 通过测量车削力，使学生掌握切削过程中切削力测量的基本方法，了解切削力的特性、影响因素以及对刀具、工件和切削过程的影响效应。 2 实验设备、工件与刀具 1．KBJM6132数控车床 2．YDC-Ⅲ89A三向压电车削测力仪。 3．PCI-9118DG数据采集卡 4．DIN-50S接口板及附件 5．圆柱工件、外圆车刀、 3 实验原理 切削力就是在切削过程中作用在刀具与工件上的力。它直接影响着切削热的产生，并进一步影响着刀具的磨损、耐用度、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、刀具、夹具的必要依据。 在切削实验和生产中，可以用测力仪测量。 目前最常用的测力仪是电阻式测力仪和压电式测力仪，本实验采用后者方式。 3.1.车削压电式测力仪 YDC-Ⅲ89A 三向压电车削测力仪外型如图所示。
图1 YDC-Ⅲ89A 三向压电车削测力仪 该测力仪同一些必要的二次仪表组合在一起，可以完成切削力的静、动态测试，从而使人们可以准确而容易地获得金属切削加工中最重要的参数，既三维切削力。现在，金属切削理论的研究已由过去的静态测量发展到动态测量，对测力仪有了更高的要求。YDC-Ⅲ89A 压电式车削测力仪能以其高刚度、高灵敏度、高固有频率能很好地满足静、动态测试的要求， 可测出任意方向力的三个相互正交的分量（Fx、Fy、Fz）。 3.2压电石英晶体三维力传感器原理 压电测力仪的工作原理是利用某些材料（石英晶体或压电陶瓷等）的压电效应。在受力时，它们的表面将产生电荷，电荷的多少与所施加的压力成正比而与压电晶体的大小无关。用电荷放大器转换成相应的电压参数，从而可测出力的大小。 图2为单一压电传感器的原理图。压力F通过小球1及金属薄片2传给压电晶体3。在压电晶体之间有电极4，由压力产生的负电荷集中在电极上，由绝缘的导体5导出。正电荷通过金属片2或测力仪接地。由5输出的电荷通过电荷放大器后由记录仪记录下来，按预制的标定图就可知道切削力的大小。测力仪中沿F z，F x和F y三个方向都各自有传感器，分别测出三个分力。 图2 压电传感器的原理图 近代常采用多向力传感器，把几个石英元件按次序机械地排列在一起。加在传感器上的力作用在石英片上。由于石英晶体的切割方向选择的不同，所以各受力方向上的灵敏性不同，故能分别测出各个切削分力。其结构如图3所示。
切削力计算的经验公式 通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式有两种：一是指数公式，二是单位切削力。 1 ．指数公式 主切削力(2-4) 背向力(2-5) 进给力(2-6) 式中F c————主切削力（ N）； F p————背向力（ N）； F f————进给力（ N）； C fc、 C fp、 C ff————系数，可查表 2-1； x fc、 y fc、 n fc、 x fp、 y fp、 n fp、 x ff、 y ff、 n ff------ 指数，可查表 2-1。
K Fc、 K Fp、 K Ff---- 修正系数，可查表 2-5，表 2-6。 2 ．单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用 kc表示，见表 2-2。 kc=Fc/A d=Fc/(a p·f)=F c/(b d·h d) (2-7) 式中A D -------切削面积（ mm 2）； a p ------- 背吃刀量（ mm）； f - ------- 进给量（ mm/r）； h d -------- 切削厚度（ mm ）； b d -------- 切削宽度（ mm）。 已知单位切削力 k c ,求主切削力 F c F c=k c·a p·f=k c·h d·b d (2-8) 式 2-8中的 k c是指 f = 0.3mm/r 时的单位切削力，当实际进给量 f大于或小于 0.3mm /r时，需乘以修正系数K fkc，见表 2-3。
表 2-3 进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数 K fkc， K fps
切削力计算经验式
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
您 要 打 印 的 文 件 是： 切 削 力 计 算 的 经 验 公 式 打印本文 切削力计算的经验公式 作者：佚名转贴自：本站原创 1．计算切削力的指数公式常用的指数公式如下： 式中Fc、Fp、Ff ─分别为主切削力、背向力、进给力； CFc、CFp、C Ff ─决定于被加工材料和切削条件的系数； xFc、yFc、nFc、xFp、yFp、nFp、xFf、yFf、nFf ─公式中切削用量的指数； KFc、KFp、KFf ─三个分力计算中，当实际加工条件与求得经验公式的条件不同时，各种因素对切削力影响的修正系数之积。 各系数、指数及修正系数之值可查阅《金属切削手册》。 2．用单位切削力算主切削力已取得了不同刀具、工件材料及不同加工条件下的单位切削力和单位切削功率的实验统计数据。从手册中可查到这些数据。表3-2几种常用材料的单位切削力、单位切削功率，由式(3-13)计算出Fc。 表3—2 硬质合金外圆车刀切削常用金属材料的单位切削力、单位切削功率 工件材料 单位切削功率 /[KW/(mm3/s)]单位切削 力 /(N/mm2) 实验条件 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45 热轧或正 火187196210-61962 =15° 前 刀 br1=0 Vc=1.5~1.75m/s ap=1~5mm
调质(淬火高温回火)229230510-62305 =75° =0° 面 带 卷 屑 槽 br1=0.1~0.15mm f=0.1~0.5mm/r 淬硬(淬火低温回火)44(HRC)264910-62649 r01=-20° 40Cr 热轧或正 火 212196210-61962 br1=0 调质(淬火 高温回火) 285230510-62305 r01=-20°br1=0.1~0.15mm 灰铸 铁 HT200退火170111810-61118br1=0平前刀面,无卷屑槽 Vc=1.17~1.42m/s ap=2~10mm f=0.1~0.5mm/r 3．影响切削力的因素 ⑴工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，剪切强度τs越大，虽然切削厚 度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 ②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。
切削力试验与数据处理 [摘要] 在切削过程中，切削力直接决定着切削热的产生，并影响刀具磨损、破损、使用寿命、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，制定切削用量，监控切削状态，设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。因此，研究切削力的规律和计算方法，将有助于分析切削机理，并对生产实际有重要实用意义。切削力的来源有两方面：一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。 [关键词] 切削力刀具磨损切削功率摩擦阻力 一、引言 常见的切削力研究方法有两大类：理论分析与试验测量方法。理论分析切削力能相当充分反映切削过程，多年来，国内外学者对计算切削力的理论分析公式作了大量工作，大多切削力理论公式考虑到了刀具材料、工件材料、切削用量、刀具几何参数等影响因素[1]，却没有考虑到副切削刃及刀尖圆弧半径等的影响，因此，迄今为止还不能说己经得出了与实验结果相吻合的切削力理论分析公式。通过切削实验，由测力仪可以测得具体切削条件下的切削力。但由于切削过程非常复杂，影响因素很多，不可能对各种影响因素都进行试验研究。因此，对切削力的研究应采取理论分析与试验研究相结合的研究方法。 切削力实验是《机械制造技术基础》课程的一个基础实验，通过实验可以验证切削力的基础理论，了解测量三向切削力的基本方法和计算机辅助实验系统的基本构成，了解应变式三向测力传感器的原理和结构。在完成切削力实验的过程中，可以求出切削用量对三向切削力的影响规律，可以学习和掌握计算机辅助实验的方法和技能，认识信息技术在实验中的作用。 本实验的目的是：1.了解切削测力仪的工作原理和测力方法和实验系统；2.掌握背吃刀量进给量和切削速度对切削力的影响规律；3.通过实验数据的处理，建立切削力的经验公式。所采用的实验方法是单因素法和正交法。在实验之前已经对测力系统进行了三通道增益标定、机械标定。实验过程中还需经常进行三通道零位调整，之后再通过数字显示观察输出情况，若输出稳定就可以进行单因素实验和正交实验。 二、试验设备及试验原理 1.检测三向切削力与标定测力传感器的原理 三向切削力的检测是使用三向车削测力（应变）传感器进行的，其输出的低电压模拟信号经高精度线性放大（放大倍率可达数万倍，没有采用传统的应变仪，有效的简化了调整和操作）后，经A/D板数字化，再送入计算机。这个测力系
在切削实验和生产中，可以用测力仪测量切削力
机械制造工程学实验指导书实验报告 王庆明许虹肖民 李英刘正道陆科杰 编写 班级： 姓名： 学号：
华东理工大学机械与动力工程学院 机械制造及其自动化教研室 实验一切削力实验 1 实验目的 通过测量车削力，使学生掌握切削过程中切削力测量的基本方法，了解切削力的特性、影响因素以及对刀具、工件和切削过程的影响效应。 2 实验设备、工件与刀具 1．KBJM6132数控车床 2．YDC-Ⅲ89A三向压电车削测力仪。3．PCI-9118DG数据采集卡 4．DIN-50S接口板及附件
5．圆柱工件、外圆车刀、 3 实验原理 切削力就是在切削过程中作用在刀具与工件上的力。它直接影响着切削热的产生，并进 一步影响着刀具的磨损、耐用度、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、刀具、夹具的必要依据。 在切削实验和生产中，可以用测力仪测量。 目前最常用的测力仪是电阻式测力仪和压电式测力仪，本实验采用后者方式。 3.1.车削压电式测力仪 YDC-Ⅲ89A 三向压电车削测力仪外型如图所示。 图1 YDC-Ⅲ89A 三向压电车削测力仪 该测力仪同一些必要的二次仪表组合在一
起，可以完成切削力的静、动态测试，从而使人们可以准确而容易地获得金属切削加工中最重 要的参数，既三维切削力。现在，金属切削理论的研究已由过去的静态测量发展到动态测量，对测力仪有了更高的要求。YDC-Ⅲ89A 压电式车削测力仪能以其高刚度、高灵敏度、高固有频率能很好地满足静、动态测试的要求，可测出任意方向力的三个相互正交的分量（Fx、Fy、Fz）。 3.2压电石英晶体三维力传感器原理 压电测力仪的工作原理是利用某些材料（石英晶体或压电陶瓷等）的压电效应。在受力时，它们的表面将产生电荷，电荷的多少与所施加的压力成正比而与压电晶体的大小无关。用电荷放大器转换成相应的电压参数，从而可测出力的大小。 图2为单一压电传感器的原理图。压力F 通过小球1及金属薄片2传给压电晶体3。在压电晶体之间有电极4，由压力产生的负电荷集中在电极上，由绝缘的导体5导出。正电荷通过金属片2或测力仪接地。由5输出的电荷通过电荷放大器后由记录仪记录下来，按预制的标定图就
切削用量对切削力的影响 比较 Prepared on 22 November 2020
切削用量对切削力的影响比较 （陕西理工学院机械工程学院） 摘要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律；同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。 关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律 1.引言 金属机械加工过程中，产生的切削力直接影响工件的粗糙度和加工精度，同时也是确定切削用量的基本参数。所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。 2.金属切削加工机理 金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。 切削加工原理 利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。 切削变形 根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。 第Ⅰ变形区：剪切滑移区。该变
] 3[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。 第Ⅱ变形区：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Ⅲ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 图1-2切削层的变形区 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。 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 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： N 1、F 1——作用在车刀前刀面的正压力、摩擦力 N 2、F 2——作用在车刀后刀面的正压力、摩擦力 Q 1、Q 2——N1与F 1、N 2与F 2的合力
实验一切削力的测定（综合性实验） 一、实验目的 1．了解切削测力仪的工作原理和测力方法和实验系统； 2．掌握背吃刀量 a、进给量f和切削速度c V对切削力的影响规律； p 3．通过实验数据的处理，建立切削力的经验公式。 二、实验仪器设备 1．CA6140车床； 2．测力传感器：HUR-1603M； 3．数显箱、计算机（安装切削力实验系统软件）及数据线； 4．工件； 三、实验原理 三向切削力的检测原理，是使用三向车削测力传感器检测三向应变，三向应变作为模拟信号，输出到切削力实验仪器内进行高倍率放大，再经A/D板又一次放大之后，转换为数字量送入计算机的。测力系统首先应该通过三向电标定，以确定各通道的增益倍数。然后，再通过机械标定，确定测力传感器某一方向加载力值与三个测力方向响应的线性关系。经过这两次标定，形成一个稳定的检测系统之后，才能进行切削力实验。 测量切削力的主要工具是测力仪，测力仪的种类很多。有机械测力仪、油压测力仪和电测力仪。机械和油压测力仪比较稳定、耐用。而电测力仪的测量精度和灵敏度较高。电测力仪根据其使用的传感器不同，又可分为电容式、电感式、压电式、电阻式和电磁式等。目前电阻式和压电式用得最多。 图1－1 由应变片组成的电桥
电阻式测力仪的工作原理：在测力仪的弹性元件上粘贴具有一定电阻值的电阻应变片，然后将电阻应变片联接电桥。设电桥各臂的电阻分别是R 1、R 2、R 3和R 4，如果R 1/R 2=R 3/R 4，则电桥平衡，即2、4两点间的电位差为零，即应变电压输出为零。在切削力的作用下，电阻应变片随着弹性元件发生弹性变形，从而改变它们的电阻。如图1－1所示。电阻应变片R 1和R 4在弹性张力作用下，其长度增大，截面积缩小，于是电阻增大。R 2和R 3在弹性压力作用下，其长度缩短，截面积加大，于是电阻减小，电桥的平衡条件受到破坏。2、4两点间产生电位差，输出应变电压。通过高精度线性放大区将输出电压放大，并显示和记录下来。输出应变电压与切削力的大小成正比，经过标定，可以得到输出应变电压和切削力之间的线性关系曲线（即标定曲线）。测力时，只要知道输出应变电压，便能从标定曲线上查出切削力的数值。 实际使用的测力仪的弹性元件不像图1所表示的那样简单，粘贴的电阻应变片也比较多，由于要同时测量三个方向的分力，因而测力仪结构也较复杂。 使用复合国家标准的测力环做基准进行测力仪三受力方向的机械标定，可获得较高的精确度。机械标定（下称标定）还确定了三向力之间的相互响应关系，在测力过程中，通过计算，消除了各向之间的相互干扰，因而可获得较高的准确度。 标定切削力实验系统的目的有两个，一是求出某向输出（数字）与该向载荷（测力环所施加的力值）之间的响应系数，二是求出该向载荷对另外两向之间的影响系数，从而通过计算来消除向间影响而获得实际的三向力。 若Fz Fy F X 、、力同时作用于测力传感器，设三向分力方向的输出分别为Dz Dy D X 、、。由于各向分力间存在相互干扰，因此，输出Dz Dy D X 、、与Fz Fy F X 、、力之间，存在如下关系： i z y x j z y x i j ij D F m =∑==,,,, （ i 和j — x 、y 、z 方向） 式中ij m 表示i D 对j F 的相关系数。解析方程1，相对三向输入与输出，在已知Dz Dy Dx 、、的条件下，可求出三个给定方向的排除了向间干扰的力值 Fz Fy F X 、、。 四、实验步骤 1. 准备工作 (1) 安装工件、测力仪，注意刀尖对准车床中心高。 (2) 用三根软管导线将测力仪和数显箱连接起来（注意X-X 、Y-Y 、Z-Z 相联，不可接错），接通电源。 (3) 熟悉机床操作手柄及操作方法，注意安全事项。 (4) 熟悉数显箱的使用和读数，并将读数调零。 (5) 确定实验条件。 2. 切削实验步骤