铣刀功率和切削力计算
机械加工刀具基础知识
切削要素
切削层参数(parameters of undeformed chip)
机械加工刀具基础知识
1.1 切削运动及切削要素
二、切削运动及切削用量 1.主运动和切削速度 主运动(primary motion) 是使刀具和工件之间产生相 对运动，促使刀具接近工件 而实现切削的运动。
机械加工刀具基础知识
机械加工刀具基础知识
1.2 切削刀具及其材料
一、切削刀具 2.车刀切削部分的主要角度
背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽 度愈大而公 称厚度愈小，即切下宽而薄的切屑。
机械加工刀具基础知识
1.2 切削刀具及其材料
一、切削刀具 2.车刀切削部分的主要角度
主、副偏角小时，已加 工表面残留面积的高度hc亦 小，因而可减小表面粗糙度 的值，并且刀尖强度和散热 条件较好，有利于提高刀具 寿命。
机械加工刀具基础知识
1.2 切削刀具及其材料
一、切削刀具 2.车刀切削部分的主要角度 (2)车刀的主要角度
车刀设计、制造、刃磨 及测量时，必须考虑的主要角 度，如图所示。 1)主偏角kr在基面中测量的主 切削平面与假定工作平面间的 夹角。 2)副偏角k’r在基面中测量的 副切削平面与假定工作平面间 的夹角。
机械加工刀具基础知识
1.2 切削刀具及其材料
二、刀具材料 1.刀具材料应具备的性能
较高的硬度和耐磨性
足够的强度和韧度
较高的耐热性
良好的工艺性和经济性
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1.2 切削刀具及其材料
二、刀具材料 2.常用的刀具材料
常用刀具材料基本性能
机械加工刀具基础知识
1.2 切削刀具及其材料
二、刀具材料 2.常用的刀具材料
铣工工艺第十三章铣刀几何参数和铣削用量的选择
铣工工艺第十三章铣刀几何参数和铣削用量的选择铣刀是铣削加工中最为重要的切削工具之一，其几何参数的选择对于加工质量、效率和刀具寿命有着重要的影响。
本章将介绍铣刀几何参数的选择原则和铣削用量的确定方法。
一、铣刀几何参数的选择原则1.刀尖半径（RE）的选择：刀尖半径的大小直接影响到切削力和表面质量。
在一般情况下，刀尖半径越大，切削力越小，表面质量越好。
但是，过大的刀尖半径会导致铣削面积减小，加工效率降低。
因此，需要根据具体情况选择合适的刀尖半径。
2.刀具倾角（AP）的选择：刀具倾角的大小决定了铣削切削力的方向和大小。
一般情况下，刀具倾角越大，切削力越小，表面质量越好。
但是，过大的刀具倾角会导致切削力的方向与进给方向夹角过大，容易引起振动和切削不稳定。
因此，需要根据具体情况选择合适的刀具倾角。
3.切削刃数（Z）的选择：切削刃数的选择与铣削切削力和切削效率有关。
一般情况下，切削刃数越多，每刃切削力越小，切削效率越高。
但是，过多的切削刃数会导致刀具刃间距过小，切削润滑效果差，容易引起刀具卡刃、切削热等问题。
因此，需要根据具体情况选择合适的切削刃数。
4.刀具材料的选择：刀具材料的选择直接影响到刀具的切削性能和寿命。
一般情况下，硬度较高、耐磨性好的刀具材料能够提高刀具的使用寿命。
常用的刀具材料有硬质合金、高速钢和陶瓷等。
需要根据具体情况选择合适的刀具材料。
二、铣削用量的选择方法铣削用量的选择是指切削速度、进给量和切削深度的确定。
铣削用量的选择直接影响到加工效率、表面质量和刀具寿命。
1.切削速度的选择：切削速度的选择应根据刀具材料、工件材料和切削润滑条件等因素综合考虑。
一般情况下，切削速度越高，加工效率越高，但是过高的切削速度会导致刀具温度升高，刀具寿命降低。
需要根据实际情况选择合适的切削速度。
2.进给量的选择：进给量的选择应根据切削力和切削表面质量的要求综合考虑。
一般情况下，进给量越大，加工效率越高，但是过大的进给量会导致切削力增大，切削表面质量降低。
铣刀的切削原理
铣刀的切削原理
铣刀是一种常用的机械切削工具，用于铣削金属、木材和其他各种材料。
其切削原理主要包括以下几个方面：
1. 刀具旋转：铣刀通过主轴与刀座相连接，并在机床上高速旋转。
刀具的旋转提供切削运动和切削力。
2. 刀具进给：铣刀在旋转的同时，通过机床进给系统，控制刀具相对于工件的位置和移动速度。
刀具进给决定切削深度和工件上每单位时间的切削长度。
3. 切削力：由于刀具与工件之间的相对运动，切削力在切削过程中产生。
切削力作用于刀具上，使其对工件进行切削。
切削力主要由径向切削力和轴向切削力组成。
4. 切削削角：铣刀的切削削角是刀具切削过程中的重要参数。
它决定了切削过程中切削面的形状和切削力的大小。
常见的切削削角有前角、主后角和径向后角。
5. 切削液：为了降低切削温度、减小摩擦和磨损，并帮助排屑和冷却刀具，通常在铣削过程中会使用切削液进行冷却和润滑。
总之，铣刀的切削原理是通过旋转的刀具与工件的相对运动，形成一定的切削力，对工件进行切削加工。
切削过程中，刀具的旋转和进给以及切削力的作用是关键
因素。
4Cr16Mo模具钢立铣加工过程中的切削力系数
co s 2φ (2φ - sin 2φ)
- (2φ - sin 2φ) - 1 co s 2φ
Fx
φ ex
(7)
Fy
φ st
全齿 (如铣槽) 铣削实验最为方便 , 此时切入角
φst = 0 ,切出角φex =π. 而在顺铣时 ,则有
φst ( z) = π - arcco s (1 - ae / R) , φex = π (8)
触角 ,
φj ( z)
=φ+ ( j -
1)φp -
t
an R
β
z
(3)
铣刀的刀齿齿间角φp = 2π/ N ( N 为刀齿数) ,β为刀
具螺旋角.
在实际测量过程中 , 所测力为作用在铣刀上的
进给抗力和切深抗力 ,分别用 Fx (φ) 和 Fy (φ) 表示.
通过下列变换可以实现微元力的转换 :
d Fx , j [φj ( z) ] =
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26
上 海 交 通 大 学 学 报
第 43 卷
其加工参数 ,其切削力系数为常数 ,并据此提出铣削 力的解析模型 ,根据该模型可以得出特定条件下的 切削力系数. 为了更准确地预测铣削力 , Kline 等[2] 假设切削力系数为每齿进给量 、径向切深和轴向切 深的多项式函数 ,而这需要通过更为复杂的数学方 法来对切削力系数进行预测. 尹力等[3] 利用偏最小 二乘回归 ( PL SR) 方法和混合位级正交设计方法对 铣削力模型系数进行预测 ,减少了实验次数 ,并给出 槽铣加工 L Y12 和 45 # 钢材料的仿真实例.
Milling铣削山特维克重要刀具参数
通过使铣刀移动偏离中央，就会得到 恒定的和有利的切削力方向。(通俗的 理解，使刀片从厚吃刀点切入，从薄 吃刀点切出，如后页)
29
铣削原理 –铣屑厚度
30
刀具进入和退出时需考虑的要点
1. 2. 3.
刀具的中心线完全位于工件 宽度之外。
49
铣削时可获得良好的表面质量
表面光洁度
使用wiper（修光刃）刀片，可获得更 高的生产效率和更好的表面光洁度
标准刀片 一个wiper （修光刃） 刀片
将进给率限制到平行刃带的60% 正确的安装wiper（修光刃）刀片
fn1 = 0.8 x bs1≤
fn1 = 0.8 x bs1≤
进给 fn
刀具的中心线与工件边缘处 于同一条直线。（最差，最 不好）
刀具的中心线完全位于工件 宽度之内。
点击上图
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铣削原理 – 铣屑厚度
切屑宽度与进给值
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铣削原理 –铣屑厚度
主偏角与切屑厚度
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切削力和主偏角
90°主偏角 45°主偏角 圆刀片刀具
薄壁零件 装夹较差的零件 要求准确的90度形状
ap × ae × vf × Pc = k c 60 × 106
点击返回机床功率扭矩页面
16
铣削原理 – 铣削公式
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计算切削参数
面铣示例
已知
需要计算
vc = 225 m/min
fz = 0.21mm zn = 5 Dc = 125 mm ap = 4 mm
4
n (rpm)
vf (mm/min)
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选择刀片牌号
车削功率和扭矩计算
U钻钻削功率和扭矩的计算 Power consuming and Torque force
例：工件材料为高合金钢，硬度HRC50，钻削直径20mm，Vc＝ 40m/min，f＝0.07mm/r，Kc＝4500N/mm2，
＝0.9，计算钻削功率和扭矩。
KcfVc （D2－d2） P= D 240000
D: hole diameter
d: core diamerer
T= F力 x(D/2) =P x9549/RPM 钻削功率P＝4500 0.07 40 20/240000 0.9=1.2KW 转速 n=40 1000/3.14 20=636rpm
扭矩 T=1.2 9549/636=18NM
T= F力 x(D/2) =P x9549/RPM
铣削功率和扭矩的计算 铣削三要素
Cutting data formulas
铣削功率和扭矩的计算 Power consuming and Torque force
Torque (Nm) = kW (nett) x 9549 RPM
铣削功率和扭矩的计算 Power consuming and Torque force
面铣刀直径80mm, 6个刀片刃口，铣削的材料分别为铸 铝合金（kc:800) 和奥氏体不锈钢(kc:2400), 若刀片的切 削速度为600m/min和150m/min, 每齿进刀为fz=0.2mm/z, 切深ap=4mm, 切宽ae=60mm, 问他们的铣削功率和扭矩
N铝=2388rpm vf铝=2865mm/r p铝=9.16kw T铝=36Nm N不锈钢=597rpm vf不锈钢=716mm/r p不锈钢=6.87kw T不锈钢=109Nm
镗削功率和扭矩计算
铣刀功率和切削力计算
铣刀功率和切削力计算一、铣刀功率的计算方法铣刀功率是指在铣削过程中所消耗的能量。
具体计算方法主要分为两种：一种是基于切削力的计算方法，一种是基于材料去除率的计算方法。
1.基于切削力的计算方法铣刀功率与切削力之间有一定的关系，通常可以通过切削力的计算来估算铣刀功率。
切削力的计算方法主要有力学计算法和经验公式计算法。
(1)力学计算法力学计算法是基于切削力的力学原理进行计算的方法，其计算公式如下：Fc = kc * ap * Kc * XnFp = fp * FcP=N*Fp*Vc/1000其中，Fc为切削力，kc为切削力系数，ap为进给深度，Kc为刀具前角系数，X为刀具前角，n为进给速度的指数，Fp为进给力，fp为进给力系数，N为主轴转速，Vc为切削速度，P为铣刀功率。
(2)经验公式计算法经验公式计算法是通过经验公式进行近似计算的方法，其计算公式如下：P=0.2*K*Fc*Vc其中，K为修正系数，Fc为切削力，Vc为切削速度，P为铣刀功率。
2.基于材料去除率的计算方法基于材料去除率的计算方法是通过材料去除率和铣削效率之间的关系来计算铣刀功率的方法，其计算公式如下：Q = Vc * fz * apη=Q/PcP=η*Pc其中，Q为材料去除率，Vc为切削速度，fz为进给量，ap为进给深度，η为铣削效率，Pc为切削功率，P为铣刀功率。
二、切削力的计算方法切削力是铣削过程中所产生的力，其大小和方向与切削参数、工件材料以及机床刚度等因素有关。
常用的切削力计算方法有力学计算法和经验公式计算法。
1.力学计算法力学计算法是通过力学原理对切削力进行计算的方法，其计算公式如下：Fc = kc * ap * Kc * XnFp = fp * Fc其中，Fc为切削力，kc为切削力系数，ap为进给深度，Kc为刀具前角系数，X为刀具前角，n为进给速度的指数，Fp为进给力，fp为进给力系数。
2.经验公式计算法经验公式计算法是通过经验公式进行近似计算的方法，其计算公式如下：Fc = K * (ap * fz * ae)^m其中，K为修正系数，ap为进给深度，fz为进给量，ae为切削宽度，m为材料硬度指数，Fc为切削力。
第八章铣刀
5．立铣刀
一般有三到四个刀齿。 用于加工平面、台阶、 槽和相互垂直的平面， 圆柱上的切削刃是主 切削刃，端面上分布 着副切削刃。工作时 只能沿刀具的径向进 给，而不能沿铣刀的
轴线方向作进给运 动。。
用立铣刀铣槽时槽宽有扩张，故应取直 径比槽宽略小的铣刀。
8.1.2 按刀齿齿背形式分
1．尖齿铣刀 尖齿铣刀的特点是齿背经铣制而成，并在切削刃后 磨出一条窄的后刀面，铣刀用钝后只需刃磨后刀面， 上述铣刀基本为尖齿铣刀。
立铣刀
三面刃、两 面刃铣刀
螺旋角 45°～60° 25°～30° 30°～45° 15°～20°
（4）主偏角与副偏角的选择
常用的主偏角有45°、60°、75°、90°。工 艺系统的刚性好，取小值；反之，取大值。副偏角一 般为5°～10°。
圆柱铣刀只有主切削刃，没有副切削刃，因此 没有副偏角。主偏角为90°。
（a）对称铣； （b）不对称逆铣；（c）不对称顺铣 图8.15 端铣的三种方式
2．圆周铣的铣削方式
逆铣
铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的 进给方向相反 。刀齿的切削厚度从零逐
渐增大。当接触角大于一定数值时，容易 使工件的装夹松动而引起振动。但铣削过
程比较平稳 。（图8.16a）
铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的 进给方向相同 。刀齿的切削厚度切入时 最大，而后逐渐减小 。会使工作台带动
ADav
Q vc
aea pv f
d0n
a paea f z
d0
图8.13 螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度
3．铣削用量的选择 （1）背吃刀量的选择
应当根据工件的加工精度、铣刀 的耐用度及机床的刚性，首先选 定背吃刀量，然后选取进给量，
铣 削 原 理
1.1 铣削方式
1.周铣 周铣是指利用分布在铣刀圆柱面上的切削刃来形成平面（或
表面）的铣削方法。 周铣又分为两种铣削方式，即逆铣和顺铣，如图所示。
逆铣和顺铣
如图所示为逆铣、顺铣时的铣削分力作用方向。
逆铣、顺铣时的铣削分力作用方向
2.端铣
1
2ห้องสมุดไป่ตู้
3
4
端铣时每齿切 下的切削层厚 度变化较小， 因此，铣削力 变化较小；周 铣时每齿切下 的切削层厚度 变化较大，因 此，铣削力波 动较大。
Fc2 Fc2N Ff2 Ff2N
由于铣刀刀齿位置是随时变化的，因此，当铣刀接触角 ψi不同时，各铣削分力的大小是不同的，即
Ff Fccos i FcNsin（i 逆铣为“＋”，顺铣为“-”） FfN Fcsin i FcNcos（i 逆铣为“＋”，顺铣为“-”）
同理，端铣时，也可将铣削力按上述方法分解。
螺旋齿圆柱形铣刀的切削宽度
3）切削层横截面积
铣刀每个切削齿的切削层横截面积AD=hDbD。铣刀的总切 削层横截面积应为同时参加切削的刀齿切削层横截面积之和。
但是，由于铣削时铣刀的切削层厚度、切削层宽度及工作齿
数均随时间而变化，因而总切削面积∑AD也随时间而变化，使 得计算较为复杂。为了计算简便，常采用平均切削层横截面
对称端铣与不对称端铣
1.2 铣削要素和切削层参数
1.铣削要素 铣削时，必须选择下列铣削用量要素，如图所示。
铣削要素
1）背吃刀量
背吃刀量是指待加工表面和已加工表面间的垂直距离，用
符号 ap 表示，单位为mm。
2）铣削宽度
铣削宽度是指垂直于铣削深度和走刀方向测量的切削层尺寸，用
a 符号 e 表示，单位为mm。
车削、钻削、铣削加工的标准切削力模型
车削、镗削、钻削、铣削加工的标准切削力模型M. Kaymakci, Z.M. Kilic, Y. Altintas摘要一个标准的切削力学模型是预测在铣削、镗削、车削和钻削加工过程中切削力系数的工具。
嵌入物在参考物的定向是数学建模遵循ISO工具的定义标准。
由作用在前刀面的摩擦力和法向力组成的变换矩阵转化成参考坐标系，取决于加工材料和切削刃的几何形状。
而这些力再进一步转化为铣床、镗床、车床和钻床坐标系中初步赋值的具体参数，在切削试验的标准模型进行了验证。
关键词切削力车削铣削镗削钻削1.前言目前研究的目的是开发一种可用于预测的进程模型，以完善之前代价昂贵、操作复杂的物理实验。
这种结合材料性能、切削方式、刀具种类、过程动力学和结构动力学的进程模型，是应用于预测在金属切削加工过程中的切削力、扭矩、工具、形状误差和振动。
仿真和加工工艺规划，可预测机床和其零部件的操作是否是可行的，或优化切削条件和刀具种类，以获得更高的材料去除率。
建立铣削、镗削、车削和钻削加工过程的力学模型，为以前的研究提供了宝贵的贡献。
切削力模型需要考虑切削力作用在切削刃的作用面积和切削力系数，再从加工测试中进行校准。
将沿切削刃的受力分布建模并相加，以预测作用在机械上的总负荷。
有Fu[1]等人提出的在端面铣削的机械方法是一个示范性的应用，对切削力模型的全面审查则已由埃曼等人[2]提出了，Armarego [ 3 ]提出的通过正交斜变换[ 4 ]，可以从平均剪切应力、剪切角和摩擦系数预测切削力系数，建模时，由于固体边沿和几何形状[5]的连续变化，通常都采用斜变换法来解决问题。
本文中将对由Luttervelt[6]和Altintas[7]等人发表的以机械切削力学为基础的方法进行回顾。
2000年以来，学者们更趋向于研究如何应用数值的方法来预测金属切削过程中的切削力系数。
有限元法和滑移线场模型用于预测切削力系数，也应用于对切削力的预测[8-10]，数值模型完全基于材料的在加工过程的应变、应变率、温度变化和摩擦系数。