劳动版《金属切削原理与刀具》课件 模块二 切削加工的主要规律 任务二 切削力

金属切削原理与刀具 （第二版） 金属切削原理与刀具（第二版） 目录 CONTENTS 模块一 金属切削与刀具基本知识 模块二 切削加工的主要规律 模块三 切削加工质量与效率 模块四 车刀 模块五 铣刀 模块六 孔加工与螺纹刀具 模块七 砂轮 模块八 数控机床刀具与数控工具系统 金属切削原理与刀具（第二版） 任务二 切削力 知识点： ◎切削力来源。 ◎切削力分解。 ◎切削力的影响因素。 ◎切削力及切削功率的确定。 能力点： ◎了解切削力、切削功率的确定。 金属切削原理与刀具（第二版） 一、任务提出 在切削加工中，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力称为切削力。切削力不仅是分析切削过程工艺质量问题的重要参考数据，而且是设计机床、夹具、刀具的重要数据。为了高质量地完成加工任务，必须认真对待切削力，并进行必要的计算。 那么，在传动效率为 80%、电动机功率为 7.5 kW 的 CA6140 型车床上，采用硬质合金车刀加工 45 钢外圆，已知待加工表面直径为 50 mm，背吃刀量为3mm，进给量为 0.3 mm/r，转速为 800 r/min，其主切削力为多少，电动机功率是否足够呢？ 金属切削原理与刀具（第二版） 二、任务分析 切削力是衡量切削状态的重要指标之一，是切削中变形、摩擦等内部变化的外在表现。切削力与切削热（切削温度）、刀具磨损、加工精度及已加工表面质量等相互联系，并与工件、刀具和切削用量等因素有关。因此，切削力是切削加工中所有物理现象的根源，其他物理现象及其变化规律都与切削力产生原因及变化规律相关。在自动化生产和精密加工中，也常利用切削力来检测和监控刀具磨损和已加工表面质量。为此，有必要弄清切削力的来源，确定切削力的大小及影响因素。 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 切削过程中的切削力来源于两个方面：一是变形抗力，即三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力；二是摩擦力，即切屑、工件与刀具间的摩擦力。 直角自由切削时的切削力来源如图所示。 1、切削力来源 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 如图所示为直角非自由切削时的情形（以外圆车削为例），由于受到副切削刃上变形抗力和摩擦力的影响，改变了合力（切削力 F）的作用方向。 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 切削力在按主运动方向、切深方向和进给运动方向构建的空间直角坐标系（轴）上分解成三个分力，即主切削力 Fc、背向力 Fp 和进给力 Ff，如图所示。 2、切削力的分解 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 （1）主切削力 主切削力 Fc 垂直于基面，与切削速度方向一致，所以又称切向力。在切削加工中，主切削力 Fc 所消耗的功最多，它是确定机床电动机功率、计算机床强度和刚度、设计夹具主要零部件、验算刀柄和刀片强度的主要依据。车削时，主切削力过大会造成打刀，或引起刀具弯曲变形而产生让刀，如图所示。 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 （2）背向力 背向力 Fp 在基面内，并与进给方向垂直，也叫切深抗力。外圆车削时，背向力并不消耗功率，但它是切削时引起振动的主要因素，也是引起工件弯曲变形的主要原因，如图所示。因此，在校验工艺系统的刚度时，要以背向力 Fp 为依据。 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 （3）进给力 进给力 Ff 也在基面里，它与进给方向平行，也叫进给抗力。 外圆车削时，进给力消耗总功率的 5% 左右，是验算机床进给系统主要零部件强度和刚度的依据。 车削时，若刀具未夹紧，会因进给力大而引起偏转，如图所示；若工件未夹紧，会因轴向力大而将工件向卡盘方向推入。 车削时，习惯上把主切削力 Fc、背向力 Fp、进给力 Ff 三个分力称为主切削力、径向力、轴向力。 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 （1）工件材料的影响 工件材料是通过材料的剪切屈服强度、塑性变形、切屑与刀具间摩擦因数等影响切削力的。 工件材料的强度、硬度越高，变形抗力越大，切削力越大。 （2）刀具几何参数的影响 影响切削力的刀具几何参数主要有前角、主偏角、刀尖圆弧半径、刃倾角等。 1）前角的影响 前角增大，切削变形减小，切削力减小。 3、切削力的影响因素 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 2）主偏角的影响 主偏角改变使切削面积的形状和基面中切削分力（FD）的方向发生改变，因而使切削力也随之变化。一般来说，主偏角对 Fp 和 Ff 的比例分配影响较大（见图），为此，在车削细长轴工件时，一般取 90°主偏角，以防止工件变形。 金属切削原理与刀具（第二版） 三、知识准备 3）刀尖圆弧半径的影响 刀尖圆弧半径 rε 大时，切削力增大。当工艺系统刚度较低时，应选用小圆弧半径刀具。 4）刃倾角的影响 刃倾角λs 对主切削力