车床切削力与切功率计算

切削力与切削功率

切削力与切削功率

切削力与切削功率计算

切削力及其分解、切削功率

（1）切削力产生与切削力分解切削加工时，刀具作用下，被切削层金属、切屑和工件已加工表面金属都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形所产生抗力分别作用前刀面和后刀面上：同时，切屑沿前刀面流出，刀具与工件之间有相对运动，还有摩擦力作用刀面和后刀面上。这些作用刀具上合力就是总切削力F，简

称切削力。

F受很多因素影响，，其大小和方向都是不固定。便于分析切削力作用和测量切削力大小，常常将总

切削力F分解为如图1-9所示三个互相垂直切削分力：

1)切削力F c是总切削力主运动方向上分力。，它垂直与基面，是切削力中最大一个切削分力。其所消耗功

率占总功率95%~99%。它是计算机床动力，校核刀具、夹具强度与刚度主要依据之一。

2) 背向力F p是总切削力切削深度方向上分力。它基面内，与进给运动方向垂直。

图1-9 切削力分解

此力作用机床一夹具一工件一刀具系统刚度最弱方向上，容易引起振动与加工误差，它是设计和校验系统

刚度和精度基本参数。

3) 进给力F f是总切削力进给运动方向上分力。它基面内，与进给运动方向一致。F f作用机床进给机构上，

是计算和校验机床进给系统动力、强度及刚度主要依据之一。

由图1-9可知，总切削力F与三个切削分力之间关系为

（1-1）

（2）切削功率消耗切削过程中功率称为切削功率p m。切削功率为切削力F c--和进给力F f所消耗功率之和，因背向力F p没有位移，不消耗功率。切削功率（W）为

（1-2）

式中：F c—切削力（N）

υc—切削速度（m/s）

F f—进给力（N）

υf—进给速度（mm/s）。

一般情况下，F f所消耗功率（约占p m1%~2%）远小于F c所消耗功率，，式（1-2）可简化为

（1-3）

按上式求P m后，如要计算机床电动机功率P E，还应将P m除以机床传动效率ηm（一般取ηm=0.75~0.85），

即

(1-4)

2.切削分力经验公式

目前，生产中计算切削分力经验公式可分为两类：一类是按单位切削力进行计算。

（1）计算切削力指数公式用指数公式计算切削力是生产实际中或广泛作用，其形式为

(1-5)

式中C Fc、C FP、C Ff—决定于被加工材料和切削条件系数：

x FC、y FC、n FC、x Fp、y EP、n FP、

x Ff、y Ff、n Ff、—分别为三个分力公式中切削深度a p、进给量f和切削速度υc指数：

k FC、k FP、k Ff、—分别为三个分力计算式中，当实际加工条件与求经验公式时条件不符时，各种因素对切

削分力修正系数积。

设k MF、K yOF、k KRF、kλSF、k R∈F、k TF分别为被加工材料力学性能，刀具前角、主偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径、耐用度改变时对切削分力修正系数，并以k F表示k FC、k FP、k Ff，则

K F=k MF、K yOF、k KRF、kλSF、k R∈F、k TF （1-6）

式（1-5）中各系数、指数数值，以及式（1-6）中各种切削条件下修正系数数值可本书有关章节中查。（2）用单位切削力计算切削力和功率单位切削力p是单位切削层公称横截面积（m2）上切削力（N），

(1-7)：

(1-8)

式中Fc—切削为（N）:

A D—切削层公称横截面积（m2）:

b D—切削层公称宽度（mm）：

h D—切削层公称厚度（mm）：

a p—切削深度（mm）：

f—进给量（mm/r）。

单位切削功率p c是单位时间内切除单位体积材料所需切削功率（W/(m3/s)).

(1-9)

式中Q—材料切除率（m3/s）：

υc—切削速度（m/s）：

p c—切削功率（W）：

（1-10）

将Q、P c、代入式（1-9）

，知道了单位切削力p，就可由式（1-8）计算出切削力F C，并用式（1-10）计算出切削功率p c。

单位切削力具体数值可有关文献中查到。表1-1是硬质合金外圆车刀车削几种常用材料单位切削力和单

位切削功率。

表1-1硬质合金外圆车刀切削常用金属材料时单位切削力与单位切削功率

工件材料单位切

削力P/

（N/m

m2）

F=0.3m

m/r

单位切削功率

p c/(kw/(mm3/8))f

=0.3mm/r

实验条件

类别名

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

钢易

切

钢

Y40

Mn

热轧202 1668 1668x10-6

Y0=15°

K r=75°

λs=0°

b y1=0

前刀具

带卷屑

槽υ0=90~150m/min

a p=1~5mm

f=0.1~0.5mm/r 碳

素

结

构

钢

，

合

金

结

构

钢

Q23

5-A

热轧或正

火

134~137 **** ****x10-6

45 187

1962 1962x10-6

40Cr 212

40M

nB

207~212

38Cr

MoA

IA

241~269

45

调质（淬

火及高温

回火

229 Y0=15°,

k r=75°,

λs=0°b y

1=0.1~0

.15mm

Y0=-20°

前刀面

带卷屑

40Cr 285 2305 2305x10-6

38Cr

Si

292 2197 2197x10-6

45

淬硬（淬

火及低温

回火）

44

(HRC)

2649 2649x10-6