切削力测量实验数据的处理及分析
金属切削中的剪切力分析及优化方法
金属切削中的剪切力分析及优化方法在金属加工领域，切削是一种常见的工艺，在使用切削工具对金属材料进行加工时，剪切力是一个重要的参数。
剪切力不仅影响切削过程的稳定性和表面质量，还对工具和机床的寿命和切削效率等方面产生重要影响。
因此，对金属切削中的剪切力进行分析和优化是提高加工效率和质量的关键。
首先，我们需要了解在金属切削过程中产生的剪切力的主要来源。
总体而言，剪切力包括两个主要部分：切削力和侧向力。
切削力是指工具在沿着切削方向推进时对工件材料的切削阻力，其大小受到切削速度、切削深度、切削速率等因素的影响。
而侧向力则是指工具在切削过程中对工件施加的横向力，其大小主要由切槽宽度和切削角度等因素决定。
接下来，我们可以通过理论模型、实验方法或仿真技术来分析和计算金属切削中的剪切力。
其中，理论模型主要是基于力学和材料科学原理建立的数学模型，通过考虑切削速度、切削深度、切削速率等参数，可以预测剪切力的大小。
实验方法则是通过在实际切削过程中测量剪切力，并利用数据处理和统计分析方法得出剪切力的数值。
最后，仿真技术则是通过建立切削力仿真模型，将切削过程中涉及的各种因素进行数学建模和计算，通过计算机仿真得到剪切力的大小和分布情况。
在剪切力分析的基础上，我们可以采取一些优化方法来降低剪切力的大小，从而提高切削过程的效率和质量。
以下是一些常用的优化方法：1. 选择合适的切削参数：通过调整切削速度、切削深度和切削速率等参数，可以有效降低剪切力的大小。
例如，在切削硬度较高的材料时，可以选择较低的切削速度和切削深度，以减小切削力的大小。
2. 优化切削工具设计：通过优化切削刀具的几何形状和材料选择，可以改善刀具与工件的接触情况，减小切削力的大小。
例如，采用刀具倒角设计可以减小侧向力的大小。
3. 选择合适的切削液：切削液在切削过程中起到润滑和冷却的作用，可以有效降低切削过程中产生的摩擦和热量，从而减小剪切力的大小。
4. 优化切削路径：通过调整切削路径和切削策略，可以减小剪切力的大小。
切削力测量实验数据的处理及分析
进给量f(mm/r) 0.28 0.30 0.32
进给速度 Vf(mm/min) 280.00 300.00 320.00
转速n(r/min) 1000.00 1000.00 1000.00
均值 558.04 561.01 568.00
方差 1.01 0.94 0.97
0.08
0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26
图1-切削实例图
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实验目的
对曲面铣削加工在不同进给量下测得的主切削力的 实验数据进行处理。 以实际生产中常用的切削力经验模型为基础，求得 切削力与进给量的关系函数模型并与实际测得值的拟 合曲线进行对比和误差分析。
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实验原理
实验采用YDX-III9702三向压电铣削测力仪实现切 削载荷的在线综合测试。测试系统主要由测力仪(测力 传感器)、动态电阻应变仪(或放大器)、采集装置等 组成。
340.00
360.00 380.00 400.00 420.00 440.00 460.00 480.00 500.00
1000.00
1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00
577.03
582.95 587.99 593.00 605.00 607.03 610.99 618.05 624.97
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谢谢！ 敬请批评指正！
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切削力、切削温度实验1
正交实验法 经过9个点切削过 程后，获得相关 的数据，此时可 以得到最后的三 向切削力综合实 验公式
切削温度测量实验
了解车削时自然热电偶的构成以及采用自然热 电偶进行切削温度实验的原理和方法；
进行切削温度单因素实验或正交实验，了解切 削用量对切削温度的影响规律，获得切削温度 的实验公式； 认知计算机辅助实验硬、软件的系统构成，并 熟悉切削温度实验软件的具体操作。
xFC aSP xFf F f CFf aSP xFsp Fsp CFsp aSP
F Fc CFC
c
(1) ( 2) (3)
数据处理：
单因素实验数据处理 在改变背吃刀量单因素切削力实 验结束后将得到如下的公式：
Fc
同样在进行改变进给量单因素切削力实验和改变切削速 度单因素切削力实验完成后也将得到相类似的公式。
切削力、切削温度
测量实验
机械学院实验中心
切削力测量实验
一、实验目的要求
1.
了解切削测力仪的工作原理、测力方法和实验 系统；
掌握背吃刀量进给量和切削速度对切削力的影 响规律，通过实验求取切削力实验公式； 了解三向切削测力仪软、硬件系统构成，了解 现代化的计算机辅助的实验系统。
2.
3.
切削力的测定
切削力的测定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；p3．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。
切削力实验报告
切削力实验报告切削力实验报告引言：切削力实验是机械加工领域中重要的研究内容之一。
通过测量切削力的大小和方向，可以评估刀具性能、优化切削工艺以及提高加工效率。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入了解切削力的变化规律和影响因素。
实验装置与方法：本次实验采用数控车床进行切削力的测量。
首先，选择适当的刀具和工件材料，并确定切削参数，如进给速度、切削深度和切削速度。
接着，安装刀具和工件，调整好机床的切削参数。
在实验过程中，通过力传感器测量切削力的大小和方向，并将数据记录下来。
最后，根据实验数据进行分析和总结。
实验结果与分析：在实验过程中，我们记录了不同切削参数下的切削力数据，并进行了分析。
首先，我们发现切削速度对切削力有着显著影响。
随着切削速度的增加，切削力呈现出逐渐增加的趋势。
这是因为切削速度增加会导致切削温度升高，材料的塑性变形能力下降，从而增加了切削力的大小。
此外，切削速度的增加也会引起切削过程中的振动，进而增加了切削力的变化幅度。
其次，切削深度也对切削力有着明显的影响。
随着切削深度的增加，切削力呈现出逐渐增加的趋势。
这是因为切削深度的增加会导致切削面积增大，从而增加了切削力的大小。
此外，切削深度的增加也会引起切削过程中的切削力方向的变化，进而影响了切削力的分布情况。
最后，进给速度也对切削力有一定的影响。
我们观察到，随着进给速度的增加，切削力呈现出先增加后减小的趋势。
这是因为进给速度的增加会导致切削过程中的切削面积增大，从而增加了切削力的大小。
然而，当进给速度过大时，切削力会受到切削液的冲击和切削过程中的振动的影响，进而导致切削力的减小。
结论：通过本次实验，我们深入了解了切削力的变化规律和影响因素。
切削速度、切削深度和进给速度都对切削力有着明显的影响。
切削速度的增加会导致切削力的增加，切削深度的增加也会增加切削力的大小，而进给速度的变化则会引起切削力的先增加后减小的变化趋势。
这些实验结果对于优化切削工艺、提高加工效率具有重要的指导意义。
切削力试验与数据处理
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。
切削力测量实验数中的数据处理方法
切削力测量实验数中的数据处理方法作者：张铁山来源：《教育教学论坛》2017年第25期摘要：论文介绍了在切削力实验中以单因素法获得的实验数据的处理方法。
采用VB和C++语言编写了一个简单的程序软件，可以得到三个不同方向上切削力的量值，并绘制出双对数坐标系中的切削力——切削参数关系图，求出切削力经验公式中的指数和系数。
同时又利用Matlab数据处理功能，对测量数据进行绘图处理，同样可求出切削力的经验公式。
关键词：切削力测量；单因素实验法；最小二乘法；曲线拟合；Matlab中图分类号：TG501；TP391 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）25-0225-03一、引言在机械制造专业教学中，通过了解切削过程中的不同切削参数、不同切削用量以及不同材料与切削力之间的关系，掌握得到机床切削力经验公式的方法，对于学生在未来分析机床切削过程、确定合理的切削用量、合理设计机床结构等具有重要的指导意义。
传统的切削力实验数据，大多数采用电阻应变式测力仪[1-4]来测量，这种测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，此方法安装和调试比较麻烦，而且后续的数据处理复杂烦琐[1，2，4]，并不适合学生的教学实验。
为此，本文在切削力测量实验中，采用了压电晶体式三向测力仪能够实时测量到不同方向的切削力数值，此方法简单方便，便于学生操作使用。
在测量数据处理方面，本文利用VB和C++语言编写了一个简单的程序软件，利用此软件不但可以快速测量到切削力的数据，同时可以将所测数据迅速进行处理，并获得相关的处理结果，同时让实验学生再利用Matlab强大的绘图功能来处理实验数据，以获得经验切削力方程表达式中的相关参数。
二、切削力经验公式在实际加工过程中，切削力的大小与切削过程的许多因素有关系，如背吃刀量、进给量、切削速度、刀具几何角度、工件材料等。
由于影响切削力的因素太多，常常将主要的几个参数作为变量考虑，其他因素作为影响系数处理。
金属切削中的切削力测量与分析方法综述
金属切削中的切削力测量与分析方法综述概述：金属切削是制造业中常见的一种加工方式，切削力是切削过程中的重要参数之一。
准确测量和分析切削力对于优化切削工艺、提高加工质量和提高切削效率具有重要意义。
本文旨在综述金属切削中常用的切削力测量与分析方法，以期为切削加工过程的研究与开发提供参考。
一、切削力的重要性：在金属切削过程中，刀具对工件施加切削力，将金属材料切削成所需形状。
切削力的大小和变化趋势对加工效果、刀具寿命、表面质量等方面均有重要影响，因此切削力的准确测量和分析非常关键。
二、切削力测量方法：1. 力传感器法：力传感器法是最常用的切削力测量方法，通过安装力传感器测量刀具施加在工件上的切削力。
常见的力传感器包括应变片式传感器、压电式传感器和磁电式传感器等。
这些传感器可安装在机床上或切削工具上，实时测量切削力变化。
2. 压电传感器法：压电传感器法是通过采用压电传感器直接嵌入工件中来测量切削力。
这种方法可以实现对切削力的直接测量，不受切削过程中液压等因素的干扰。
压电传感器法适用于小型机床和特殊加工场景。
3. 数值模拟法：数值模拟法是通过建立切削过程的力学模型，并通过计算机仿真来估计切削力。
这种方法可以预测不同切削条件下的切削力，并帮助优化切削工艺。
数值模拟法需要准确的材料力学参数和边界条件数据。
三、切削力分析方法：1. 力信号时域分析：力信号时域分析是对切削力信号进行时间序列分析，提取力信号的振幅、频率、周期和波形等信息。
这种方法能够揭示切削力的变化规律和切削过程中的动态特性。
2. 功率谱分析：功率谱分析是对切削力信号进行频谱分析，将力信号在频域上进行研究。
通过功率谱分析，可以确定切削过程中主要频率成分的强度和相位关系，从而了解切削过程中的振动和噪声特性。
3. 统计分析方法：统计分析方法基于大量实验数据的统计学原理，对切削力进行统计处理。
通过统计分析，可以确定切削力的平均值、方差、标准差和相关系数等参数，揭示不同因素对切削力的影响程度。
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二实验数据初步处理
SPSS 中 采 用 单 样 本 Kolmogorov-Smirnov 法 验证铣削力 F 的测量结 果是否符合正态分布
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二实验数据初步处理
SPSS 中 采 用 单 样 本 Kolmogorov-Smirnov 法 验证铣削力 F 的测量结 果是否符合正态分布
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切削力测量实验数据的 处理及分析
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背景及选题意义
切削力
切削过程中重要的物理参数之一， 其大小决定了切削过程中消耗的功率 和加工工艺系统变形。同时，切削力 还直接影响切削热的产生，并进一步 影响刀具的磨损、破损、刀具耐用度 等，对加工精度和加工质量有着直接 的影响。 因此，研究切削力的变化规律有助 于分析切削过程，对实际生产有很强 的指导意义。
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谢谢！ 敬请批评指正！
446.00 460.02 481.08 486.92 502.96 515.02 522.94 538.01 545.01
0.97
0.98 1.03 1.00 1.02 1.00 0.99 0.97 0.93 0.93
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图1-切削实例图
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实验目的
对曲面铣削加工在不同进给量下测得的主切削力的 实验数据进行处理。 以实际生产中常用的切削力经验模型为基础，求得 切削力与进给量的关系函数模型并与实际测得值的拟 合曲线进行对比和误差分析。
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实验原理
实验采用YDX-III9702三向压电铣削测力仪实现切 削载荷的在线综合测试。测试系统主要由测力仪(测力 传感器)、动态电阻应变仪(或放大器)、采集装置等 组成。
0.40
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进给速度Vf(mm/min)
280.00
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360.00
380.00
400.00
பைடு நூலகம்
420.00
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转速n(r/min)
1000.00
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1.07
1.01 1.04 0.99 1.00 1.04 1.01 1.02 1.00
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四、可靠度分析
根据下列公式求得相应参数的置信区间：
X的均值
Y的均值
2.7133
-0.6913 184.1932 15.0995 -46.2318 14.6215 0.55421 0.1401
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进给量f(mm/r) 0.02 0.04 0.06
进给速度Vf(mm/min) 20.00 40.00 60.00
转速n(r/min) 1000.00 1000.00 1000.00
均值 315.47 367.99 399.99
方差 0.63 0.67 1.03
220.00
240.00
260.00
转速n(r/min)
1000.00
1000.00
1000.00
1000.00
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1000.00
1000.00
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1000.00
1000.00
1000.00
进给量f(mm/r)
0.28
0.30
0.32
0.34
0.36
0.38
1000.00
1000.00
1000.00
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1000.00
1000.00
1000.00
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一、实验数据
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二实验数据初步处理
给定进给速度情况下，测得的铣削力表现为波动形式
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二实验数据初步处理
图2 - YDX-III9702型测力仪实物图
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实验方案简介
（1）实验条件
•机床：XD一40型数控铣床 •刀具：Φ 6硬质合金2刃球头铣刀 •仪器：三向压电铣削测力仪、YD一 28型动态电阻应变仪、INV306U智能 信号采集处理分析仪、DASP2006智能 数据采集和信号分析系统
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四、可靠度分析
进一步进行回归计算得：
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总结
1. 传统金属切削实验数据的处理方法是将数据以点坐 标的形式在双坐标系中描点，再将点连接成直线， 根据斜率与系数的关系以及一些几何知识确定切削 力方程，此种方法操作繁琐，并且精度较低。相比 之下，采用MATLAB拟合的方法更为有效； 2. 为提高测量精度，准确监测切削力，由误差分布规 律可知回归曲线是所有曲线中偏差平方和最小的， 因此采用最小二乘法求回归系数CF和yF。 3. 由拟合后的曲线可以看出，实际 值和拟合值基本吻合，偏差很小， 可有效提高机床加工中的切削精 度，改善零件质量，减少刀具磨损；
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360.00 380.00 400.00 420.00 440.00 460.00 480.00 500.00
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1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00 1000.00
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进给量f(mm/r) 0.28 0.30 0.32
进给速度 Vf(mm/min) 280.00 300.00 320.00
转速n(r/min) 1000.00 1000.00 1000.00
均值 558.04 561.01 568.00
方差 1.01 0.94 0.97
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进给量f(mm/r)
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0.14
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0.18
0.20
0.22
0.24
0.26
进给速度Vf(mm/min)
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
160.00
180.00
200.00
图3 – XD-40数控铣床
•试验材料：45钢
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实验方案简介
（2）实验研究对象
选择Φ 30mmX30mm的试件毛坯 为研究对象，测量球头铣刀精铣 曲面时的切削力；
零件铣削示意图如图4所示：
图4 – 铣削示意图
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模型建立
切削力经验公式：
80.00
100.00 120.00 140.00 160.00 180.00 200.00 220.00 240.00 260.00
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