浅议铣削力对铣削过程的影响
浅议铣削力对铣削过程的影响
浅议铣削力对铣削过程的影响摘要铣削力大小和变化对加工过程的稳定性、工件表面质量及刀具的磨损和破损均有着重要影响。
关键词铣削力加工过程稳定性在铣工生产实习教学课题练习中，学生经常会遇到虽然都按照合理的加工工艺进行操作，但工件在铣削过程中仍出现尺寸精度不一致、表面质量不稳定、刀具磨损状况不同等普遍问题，这其中很大因素是由于加工过程中铣削力的变化造成的。
一、铣削力及其分解1.铣削力是铣刀在切除工件上的材料余量时受到的一种阻力。
它是同时工作的各个刀齿上受到切削力的总和。
总的铣削力主要来自三个方面：ａ在铣削过程中克服工件材料变形的抗力。
ｂ克服切屑形成过程中工件材料对塑性变形的抗力。
ｃ克服切屑与前刀面的摩擦力和铣刀后刀面与工件已加工表面及过度表面之间的摩擦力。
2.铣削力的分解。
为了对机床、刀具、夹具之间的作用力进行科学分析和研究，我们可将铣削力分解到所研究的方向上，这样就得到如图示的铣削力示意图：圆周分力（主切削力）Fc：铣刀外圆切线方向上的分力。
轴向分力Fa：沿铣刀轴线方向上的分力。
径向分力（垂直切削力）Fp：沿铣刀半径方向上的分力。
如果把主切削力Fc和垂直切削力Fp合成就是切削力R，把切削力R1可以分解成水平分力Fh和垂直分力Fv。
从而可以看出，主切削力Fc消耗机床的主要功率，轴向分力Fa作用在机床的主轴上，垂直分力Fv作用在机床工作面或者是工件上，而水平分力Fh是作用在机床的进给机构上。
切削力作用在主轴轴心上，会影响刀杆的弯曲。
二、铣削力对铣削过程中的影响1.铣削力对铣削平稳性的影响铣削加工过程是非连续切削，铣削加工过程中由于切削面积是随着刀具的移动而变化的，所以引起的切削力及力矩也是变化的，是一个动态的数值。
尤其是当同时参加切削得刀齿数量越少时，这种切削力和切削力矩的变化也就越大。
切削力和切削力矩的变化，会引起工艺系统的受力变形、震动、冲击。
这些都会使加工精度、表面质量、机床的寿命和刀具的寿命下降。
铣削过程的动态切削厚度与动态铣削力模型
铣削过程的动态切削厚度与动态铣削力模型铣削是常见的金属加工方法，它通过旋转刀具将工件表面的金属材料削除，从而实现形状和尺寸的加工。
在铣削过程中，动态切削厚度和动态铣削力是两个重要的参数，它们对加工效率和工件表面质量有着重要的影响。
本文将分别介绍动态切削厚度和动态铣削力模型，以帮助读者更好地理解铣削过程。
1.动态切削厚度模型动态切削厚度是指工件表面上金属材料被刀具削除的厚度，它随着时间的推移而变化。
在铣削过程中，动态切削厚度的变化主要与刀具进给速度、切削速度和切削深度有关。
（1）刀具进给速度：刀具进给速度是指刀具在单位时间内沿工件表面移动的距离。
当刀具进给速度增加时，每单位时间内切削的金属材料体积也会增加，因此动态切削厚度也会增加。
（2）切削速度：切削速度是指刀具在单位时间内相对于工件表面的线速度。
切削速度增加时，切削时刀具与工件之间的相对速度增加，因此动态切削厚度也会增加。
（3）切削深度：切削深度是指刀具在切削过程中进入工件表面的深度。
切削深度增加时，刀具与工件之间的接触面积增加，切削力会增加，从而动态切削厚度也会增加。
通过以上的分析，可以得到动态切削厚度与刀具进给速度、切削速度和切削深度之间的关系模型。
该模型可以用于预测和优化铣削过程中的动态切削厚度。
动态铣削力是指在铣削过程中刀具对工件施加的力，它主要由切削力和进给力组成。
切削力是指刀具在切削过程中削除工件的力，它与刀具的几何形状、切削材料的特性和切削参数有关。
进给力是指刀具推动工件运动的力，它与刀具的进给速度、切削深度和切削宽度相关。
在铣削过程中，切削力是最主要的力。
它的大小和方向决定了刀具与工件之间的相互作用力和金属材料的削除情况。
切削力的大小和变化与切削参数、刀具结构和工件材料的性质有关。
动态铣削力的模型可以分为经验型和理论型两种。
（1）经验型模型：经验型模型是通过实验测量获得的经验公式，它根据不同的切削参数和工件材料的性质建立了切削力与这些参数之间的关系。
铣削加工中的切削力
铣削加工中的切削力铣削加工是机械制造领域中常见的加工方式之一，而铣削加工中的切削力则是影响加工质量的重要因素之一。
本文将从切削力的概念、影响切削力的因素、切削力的测量和切削力的控制等方面进行分析。
一、切削力的概念切削力指铣刀在加工过程中对工件作用的力。
在铣削加工中，切削力的大小会影响工件的表面质量、加工精度和刀具的使用寿命等方面。
切削力的大小受到多种因素的影响，如切削条件、材料力学性质、铣刀几何参数和铣刀的运动状态等。
二、影响切削力的因素1.切削参数切削参数包括切削速度、进给速度和切削深度。
在相同切削条件下，当切削速度增加或进给速度增加，切削力也会增加。
而当切削深度增加时，切削力的变化则较为复杂，通常会出现先增加后减小的趋势。
2.材料力学性质材料力学性质对切削力的影响很大，如硬度、切削性和韧性等。
当切削硬度增加时，切削力也会增加。
而当材料的切削性和韧性提高时，切削力则会减小。
3.铣刀几何参数铣刀的几何参数对切削力的影响也很大。
如铣刀的齿数、刃角和刃磨度等参数均会对切削力产生影响。
当铣刀齿数增加时，每个齿的切削深度和切削速度就会减小，因此切削力也会减小。
而当刃角增大时，切削力则会增大。
4.铣刀的运动状态铣刀的运动状态也会对切削力产生影响。
如切削液的使用和冷却剂的使用等均可以影响铣刀的运动状态，从而影响切削力的大小。
三、切削力的测量在铣削加工中，测量切削力对于保证加工质量和刀具的使用寿命有着重要作用。
目前常用的切削力测量方法有间隙传感器法、压电传感器法和片式传感器法等。
间隙传感器法是指将铣刀的副切口设置成斜向切口，然后在铣削过程中测量副切口的间隙变化来计算切削力大小。
这种方法需要将铣刀进行加工和改造，因此应用较少。
压电传感器法是指将压电传感器安装在夹具上并接收由工件产生的力来计算切削力的大小。
这种方法不需要对铣刀进行改造，测量精度较高，但会受到振动干扰的影响。
片式传感器法是指将张力传感器安装在夹具上，测量夹具或工件受力的大小来计算切削力的大小。
铣削力计算公式详解
铣削力计算公式详解铣削力是指铣削过程中刀具对工件所施加的力，它是铣削加工过程中重要的参数之一。
铣削力大小的计算对于工件的加工质量、工具的寿命以及加工效率都有着重要的影响。
铣削力的计算公式通常是根据铣削的工艺参数以及材料的性质来推导，下面我们将详细解释铣削力的计算公式。
一、铣削力的基本概念为了更好地理解铣削力的计算公式，首先我们需要了解铣削力的基本概念。
在铣削加工过程中，刀具在与工件接触时会产生力的作用。
这些力包括主轴的进给力、切削力和阻力等。
其中，切削力是指刀具在切削过程中与工件发生力的作用，它是决定加工质量和加工效率的重要因素。
铣削力的大小与工件的材料性质、切削刀具的材料和几何形状、切削速度、进给速度、切削深度等因素密切相关。
因此，在进行铣削加工时，需要对铣削力进行精确地计算和控制，以保证加工质量和工具寿命。
二、铣削力的计算公式在铣削加工中，刀具施加在工件上的切削力可以用力学原理进行计算，一般来说，可以参考以下的铣削力计算公式：1.切削力Fc的计算公式切削力Fc是铣削中最常见的力。
在进行铣削加工时，切削力的大小直接影响着刀具的磨损情况和加工表面的加工质量。
切削力Fc的计算公式通常如下：Fc = kc * ae * ap * f //（1）其中，Fc为切削力，单位为牛顿（N）；kc为切削力系数，其大小与材料性质、切削条件和刀具类型等有关；ae为轴向切削深度，单位为毫米（mm）；ap为径向切削深度，单位为毫米（mm）；f为给进量，单位为毫米/刀齿（mm/tooth）。
切削力Fc的大小与刀具材料、刀具的结构和铣削参数等因素有关。
在实际的工程中，我们需要根据具体的加工情况和工件材料来确定切削力系数kc的数值，然后通过公式（1）来计算切削力Fc的大小。
2.主轴的进给力Fr的计算公式除了切削力之外，铣削加工中还存在着主轴的进给力Fr。
主轴的进给力是指主轴在刀具与工件接触时所施加的力，它也是影响加工质量和加工效率的重要因素。
铣床及加工中心铣削力计算
铣床及加工中心铣削力计算铣床及加工中心是现代机械加工中不可或缺的设备，广泛应用于各个行业的加工生产线中。
铣床及加工中心的铣削力计算是机械加工过程中的重要参数，对于加工件的质量和刀具的寿命都有着直接的影响。
下面将对铣床及加工中心的铣削力计算进行详细介绍。
首先，铣削力是指在铣削过程中切削刃对工件单位长度表面上的摩擦力。
它是描述切削刃与工件之间相互作用能量大小及其空间分布的物理量，通常用力矩的大小和方向来表示。
铣床及加工中心的铣削力计算需要考虑多种因素，如刀具材料、工件材料、切削参数、切削速度等。
刀具材料是铣削力计算的重要因素之一、刀具材料的硬度、抗磨性和热稳定性都会影响铣削力的大小。
刀具材料越硬、抗磨性越好，铣削力越小。
常用的刀具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。
工件材料也是铣削力计算的重要因素之一、工件材料的硬度、韧性和热导率都会影响铣削力的大小。
工件材料越硬、韧性越差、热导率越低，铣削力越大。
常用的工件材料有铸铁、钢材、铝合金和高温合金等。
切削参数是铣削力计算中最直接影响铣削力大小的因素。
主要包括切削速度、进给量和切削深度三个参数。
切削速度越高，铣削力越大；进给量越大，铣削力越大；切削深度越大，铣削力越大。
切削速度是指切削刃在单位时间内与工件接触的次数，单位是米/分钟。
切削速度越高，铣削力越大，因为切削刃与工件接触时间越短，摩擦力越大。
进给量是指切削刃在单位时间内对工件进行切削的量，单位是毫米/转。
进给量越大，铣削力越大，因为切削刃与工件之间的切削面积越大，摩擦力越大。
切削深度是指切削刃在铣削过程中从工件表面到切削层顶部的距离，单位是毫米。
切削深度越大，铣削力越大，因为切削刃与工件接触的切削面积越大，摩擦力越大。
在实际应用中，铣床及加工中心的铣削力计算可以通过经验公式、实验测量和有限元分析等多种方法来进行。
比较常用的经验公式有帕斯卡公式和柯蒂斯公式。
帕斯卡公式是最为常用的铣削力计算公式之一，可以用来计算瞬时铣削力以及稳态铣削力。
机械制造考试问答题
2.5.1 如何表示切屑变形程度？两种表示方法的区别与联系？答：1.相对滑移ε（剪切角越小，剪切变形量越大）Λ（变形系数越大，剪切角越小）2. 变形系数hΛ与相对滑移ε的关系：变形系数h当0γ= 0～30°，hΛ≥1.5时，hΛ的数值与ε相近。
当0γ＜0°或hΛ＜1.5时，不能用hΛ表示切屑的变形程度。
2.5.2 影响切削变形有哪些因素？各因素如何影响切削变形？答：前角、工件材料、切削速度、进给量、v c在低速围提高，积屑瘤高度随着增加，刀具实际前角增大，使剪切角φ增大，故变形系数Λh减小；v c在中速围提高，积屑瘤逐渐消失，刀具实际前角减小，使φ减小，Λh 增大。
高速，由于切削温度继续增高，致使摩擦系数μ下降，故变形系数Λh减小。
增大前角，使剪切角φ增大，变形系数Λh减小，切屑变形减小。
进给量f 增大，使变形系数Λh减小。
工件材料的机械性能不同，切屑变形也不同。
材料的强度、硬度提高，正压力Fn 增大，平均正应力σav增大，因此，摩擦系数μ下降，剪切角φ增大，切屑变形减小。
2.5.3 三个切削分力是如何定义的？各分力对加工有何影响？答：（1）主切削力F z 主运动切削速度方向的分力；切深抗力F y切深方向的分力；进给抗力F x进给方向的分力。
（2）1.主切削力Fz是最大的一个分力，它消耗了切削总功率的95%左右，是设计与使用刀具的主要依据，并用于验算机床、夹具主要零部件的强度和刚度以及机床电动机功率。
2.切深抗力Fy不消耗功率，但在机床—工件—夹具—刀具所组成的工艺系统刚性不足时，是造成振动的主要因素。
3.进给抗力Fx消耗了总功率5%左右，它是验算机床进给系统主要零、部件强度和刚性的依据。
2.5.4 刀具磨损过程有哪几个阶段？为何出现这种规律？答：1.初期磨损阶段（在开始切削的短时间，磨损较快。
这是由于刀具表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。
）2.正常磨损阶段（随着切削时间增加，磨损量以较均匀的速度加大。
机械制造技术基础(高教版,吉卫喜主编)复习题
第2章金属切削过程及其控制一、选择题1．车床上镗内孔时，刀尖安装高于工件回转中心，则刀具工作角度与标注角度相比，后角。
…………………………………………………………………（）（A）增大（B）减小（C）不变2．纵车外圆时，不消耗功率但影响工件精度的切削分力是（）（A）进给力（B）背向力（C）主切削力（D）总切削力4．在车削细长轴时，为了减小工件的变形和振动，故采用较大的车刀进行切削,以减小径向切削分力。
…………………………………………………………………（）（A）主偏角（B）副偏角（C）后角5．在车削加工铸铁工件外圆时，应选用的硬质合金刀具材料种类为……………（）（A）YT类（B）YT或YG类（C）YG类6．刃倾角的功用之一是控制切屑流向，若刃倾角为负，则切屑流向为……………（）（A）流向已加工面（B）流向待加工面（C）沿切削刃的法线方向流出7．粗加工时，前角应取（）；加工材料塑性越大，前角应取（）的值。
（A）相对较大（B）相对较小（C）任意取8．车45钢调质工件外圆时，产生表面粗糙度主要原因是残留面积、塑性变形和等因素引起的。
…………………………………………………（）（A）切屑崩碎（B）鳞刺（C）积屑瘤9．刀具磨损到一定的限度就不能再继续使用，这个磨损限度称为（）。
（A）磨钝标准（B）磨损极限（C）耐用度（D）刀具寿命10．在基面内测量的角度有（）（A）前角和后角（B）主偏角和副偏角（C）刃倾角11．前刀面与基面间的夹角是( )。
12．切削用量中对切削力影响最大的是（）。
（A）切削速度Vc （B）进给量f （C）切削深度a p（D）三者一样13．在切削平面内测量的角度有（）。
（A）前角（B）后角（C）主偏角（D）刃倾角14．下列哪种刀具不适宜进行沟槽的铣削（）。
(A) 立铣刀(B)圆柱形铣刀(C)锯片铣刀(D)三面刃铣刀15．YT 类硬质合金适用于加工钢材，其中（）适合于精加工。
（A）YT1 （B）YT5 （C）YT15 （D）YT3016．（）切削液主要起冷却作用。
浅议铣削力对铣削过程的影响
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浅议铣削力对铣削过程的影响
摘要铣削力大小和变化对加工过程的稳定性、工件表面质量及刀具的磨损和破损均有着重要影响。
关键词铣削力加工过程稳定性在铣工生产实习教学课题练习中，学生经常会遇到虽然都按照合理的加工工艺进行操作，但工件在铣削过程中仍出现尺寸精度不一致、表面质量不稳定、刀具磨损状况不同等普遍问题，这其中很大因素是由于加工过程中铣削力的变化造成的。
一、铣削力及其分解
1.铣削力是铣刀在切除工件上的材料余量时受到的一种阻力。
它是同时工作的各个刀齿上受到切削力的总和。
总的铣削力主要来自三个方面：ａ在铣削过程中克服工件材料变形的抗力。
ｂ克服切屑形成过程中工件材料对塑性变形的抗力。
ｃ克服切屑与前刀面的摩擦力和铣刀后刀面与工件已加工表面及过度表面之间的摩擦力。
2.铣削力的分解。
为了对机床、刀具、夹具之间的作用力进行科学分析和研究，我们可将铣削力分解到所研究的方向上，这样就得到如图示的铣削力示意图：圆周分力（主切削力）Fc：铣刀外圆切线方向上的分力。
轴向分力Fa：沿铣刀轴线方向上的分力。
径向分力（垂直切削力）Fp：沿铣刀半径方向上的分力。
如果把主切削力Fc和垂直切削力Fp合成就是切削力R，把切削力R1可以分解成水平分力Fh和垂直分力Fv。
从而可以看出，主切削力Fc消耗机床的主要功率，轴向分力Fa作用在机床的主轴上，垂直分力Fv作用在机床工作面或者是工件上，而水平分力Fh是作用在机床的进给机构上。
切削力作用在主轴轴心上，会影响刀杆的弯曲。
二、铣削力对铣削过程中的影响
1.铣削力对铣削平稳性的影响
铣削加工过程是非连续切削，铣削加工过程中由于切削面积是随着刀具的移动而变化的，所以引起的切削力及力矩也是变化的，是一个动态的数值。
尤其是当同时参加切削得刀齿数量越少时，这种切削力和切削力矩的变化也就越大。
切削力和切削力矩的变化，会引起工艺系统的受力变形、震动、冲击。
这些都会使加工精度、表面质量、机床的寿命和刀具的寿命下降。
如果采用螺旋铣刀、细齿铣刀及多齿铣刀（如多齿飞刀），可以增加同时工作的刀齿数量，从而减小切削过程中切削力和切削力矩的变化，使切削变的平稳。
但要根据不同的加工材料来选择不同的刀具，不是所有的材料在加工过程中都优先选择刀齿数量多的。
例如：在加工有些有色金属（典型如铝件、铜件）时，由于塑性强，使用刀具刀齿过多会使加工过程中产生积屑瘤，易导致加工表面质量下降。
所以，在选择加工刀具时要根据实际的情况而定。
2.铣削力对加工过程中的影响
铣削中的径向分力是通过铣刀作用在刀轴上，易使刀轴产生弯曲变形，增大了铣刀的径向跳动，会影响铣削的加工质量和铣刀刀具的寿命。
因此，在铣刀安装时应尽量靠近主轴，以减小刀轴的变形。
轴向分力Fa会使机床主轴受到轴向拉力或者轴向推力，若铣刀安装不当，会使刀具从主轴中拔出发生安全事故。
故
使用螺旋铣刀铣削时，应使轴向力指向主轴。
ａ逆铣分析
在逆铣加工中，铣削力R1的垂直分力Fv将工件连同工作台有一个抬起的作用力（如逆铣分析图），而垂直分力Fv亦随着刀齿的切人增大，切出消失。
所以在逆铣加工中，刀齿的频繁切出和切人，会引起工作台和工件的振动，影响了工件加工的表面质量。
例如：用立铣刀铣平面，该力横向作用在工件上，对于狭长的工件，在较大横向力作用下易产生弯曲变形，造成铣削振动，影响加工质量。
另外，切削力R1的水平分力Fh方向与工件的进给方向相反，所以逆铣时需要的进给功率较大。
对于卧式机床逆铣时，垂直分力方向向上，会把工件连同工作台一起向上抬。
因此，易使工作台产生跳动。
对于加工长而薄，刚性差的工件是不适合的。
而在卧式机床上用顺铣，垂直分力Ｆｖ方向向下压着工件，所以，适合加工薄而长的工件。
ｂ.顺铣分析
铣削力R1的水平分力Fh通过工件作用在进给机构上，顺铣时水平分力Fh 与工作台的移动方向相同（如顺铣分析图），当丝杆和螺母之间存在间隙时而没有消除间隙时，若水平分力较小，工作台的进给机构仍由丝杆驱动，当水平分力Fh变的足够大时，工作台便会由水平分力Fh驱动，这样在铣削时会使工作台产生窜动，易导致铣刀的刀齿因受到窜动冲击而损坏。
因此，顺铣时首先要消除机床丝杆与螺母的间隙。
普通铣床大多采用滑动导轨，并且之间的间隙不易调整，所以在生产加工中采用顺铣会产生以上缺点。
总之，铣削力对铣削过程中的影响因素是很多的，因此在铣削加工时应充分考虑铣削力大小对加工质量的影响，从而寻求最优化的加工方法和铣削刀具，来保证零件精度、机床寿命及生组织的要求。
参考文献：
[1]周泽华.金属切削原理[M]．上海：上海科学技术出版社，1984.
[2]顾熙棠.金属切削机床[M]．上海：上海科学技术出版社，1994.
[3]陈海魁.铣工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2006.。