各种加工方法的切削力计算(车、铣、钻)

模块一、二综合练习题答案一．判断题1、计算车外圆的切削速度时，应按照已加工表面的直径数值进行计算。

（×）2、刀具前角的大小，可以是正值，也可以是负值。

（√）3、刀具的主偏角具有影响切削力、刀尖强度、刀具散热的作用。

（√）4、金属的切削过程也是形成切屑和已加工表面的过程。

（√）5、精加工相对于粗加工而言，刀具应选择较大的前角和较小的后角。

（×）6、刃倾角的作用是控制切屑的流动方向并影响刀头的强度，所以粗加工应选负值。

（√）7、切削加工中，常见机床的主运动一般只有一个。

（√）8、工艺系统刚性较差时（如车削细长轴），刀具应选用较大的主偏角。

（√）9、粗车主要目的是切除工件上的大部分余量，精车的主要目的是保证工件的精度和减小表面粗糙度Ra值。

（√）10、车削加工不宜加工硬度在30HRC以上的淬火钢。

（√）11、90度车刀（偏刀），主要用来车削工件的外圆、端面和台阶。

（√）12、一夹一顶装夹，适用于工序较多、精度较高的工件。

（×）13、两顶尖装夹方式适用于装夹重型轴类零件。

（×）14、两顶尖装夹粗车工件，由于支承点时顶尖，接触面积小，不能承受较大切削力，不宜使用。

（√）15、车削内孔时排屑和冷却较困难。

（√）16、圆柱孔的测量比外圆测量困难。

（√）17、车削套类零件的刀柄受孔径及孔深的影响，刚性较差。

（√）18、麻花钻可以在实心材料上加工内孔，不能用来扩孔。

（×）19、车孔时的切削用量应比车外圆低一些。

（√）20、细长轴通常用一夹一顶或两顶尖装夹的方法来加工。

（√）21、为了防止和减少薄壁零件工件加工时产生变形，加工时应分粗、精车。

（√）22、车削薄壁零件时，尽量不用径向夹紧法，最好用轴向夹紧法。

（√）23、车削短小套类零件时，为保证内、外圆轴线的同轴度，可用一次装夹车削。

（√）24、在立式铣床上不能加工键槽。

（×）25、卧式铣床主轴的中心轴线与工作台面垂直。

&机械制造基础线下作业第一次作业一、主观题(共8道小题)1.车外圆时，已知工件转速n=320r/min，车刀移动速度v f=64mm/min，试求切削速度v c，进给量f，背吃刀量a p。

已知待加工表面直径100mm, 已加工表面直径94mm.答：V=s f=s ap=3mm2.已知下列车刀的主要角度，试画出它们切削部分的示意图。

%1）端面车刀：γ0=15°α0=10°κr=45°κr’=45°2）切断刀：γ0=10°α0=6°κr=90°κr’=20°3）外圆车刀：γ0=15°α0=8°κr=75°κr’=15°答：（1）（2）（3）3.实现切削加工的必要条件是什么：答：切削运动，刀具材料，刀具角度加工方法机床主运动进给运动；车卧式车床立式车床工件的旋转运动刀具的纵向或横向进给钻台式钻床立式钻床摇臂钻床刀具的旋转运动￥刀具的轴向进给镗卧式镗床(坐标镗床)刀具的旋转运动工作台纵向进给或横向进给刀具径向或轴向进给铣立式铣床、卧式铣床》刀具的旋转运动工作台纵向、横向和垂直进给刨牛头刨床龙门刨床刀具的往复移动工作台的往复移动工作台横向进给!刀架水平或垂直进给插插床(圆形工作台)刀具的往复移动工作台纵向、横向和圆周进给拉拉床(拉刀)刀具的轴向移动！] 5.刀具常用三种刀具材料（高速钢、硬质合金及碳素工具钢）的特点及适用条件是什么。

答：%6.切削三要素包括那些各自的定义是什么答：切削速度，进给量，切削深度，切削速度:在单位时间内,刀具(或工件)沿主运动方向的相对位移.进给量:主运动在每行程(或每转)内,工件与刀具之间沿进给运动方向的相对位移.切削深度:工件已加工表面与待加工表面间的垂直距离,即在垂直于进给运动的方向上测量的主切削刃切入工件的深度,单位 mm。

7.刀具角度的参考坐标系有哪三个平面组成如何定义答：基面，切削平面，主剖面基面：通过切削刃某选定点，与主运动假定方向相垂直的平面。

各种加工方法的加工精度Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】各种加工方法的加工精度一：车削车削中工件旋转，形成主切削运动。

刀具沿平行旋转轴线运动时，就形成内、外园柱面。

刀具沿与轴线相交的斜线运动，就形成锥面。

仿形车床或数控车床上，可以控制刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。

采用成型车刀，横向进给时，也可加工出旋转曲面来。

车削还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等。

车削加工精度一般为IT8—IT7，表面粗糙度为—μm。

精车时，可达IT6—IT5，粗糙度可达—μm。

车削的生产率较高，切削过程比较平稳，刀具较简单。

二：铣削主切削运动是刀具的旋转。

卧铣时，平面的形成是由铣刀的外园面上的刃形成的。

立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。

提高铣刀的转速可以获得较高的切削速度，因此生产率较高。

但由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切削过程容易产生振动，因而限制了表面质量的提高。

这种冲击，也加剧了刀具的磨损和破损，往往导致硬质合金刀片的碎裂。

在切离工件的一般时间内，可以得到一定冷却，因此散热条件较好。

按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反，又分为顺铣和逆铣。

顺铣铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，工件台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在，因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动，使进给量突然增大，引起打刀。

在铣削铸件或锻件等表面有硬度的工件时，顺铣刀齿首先接触工件硬皮，加剧了铣刀的磨损。

逆铣可以避免顺铣时发生的窜动现象。

逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增大，因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段，加速了刀具的磨损。

同时，逆铣时，铣削力将工件上抬，易引起振动，这是逆铣的不利之处。

铣削的加工精度一般可达IT8—IT7，表面粗糙度为—μm。

普通铣削一般只能加工平面，用成形铣刀也可以加工出固定的曲面。

数控铣床可以用软件通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来，这时一般采用球头铣刀。

目录一、AC主轴伺服电机及变频(biàn pín)调速电机●几个(jǐ ɡè)基本概念（一）主轴电机转速(zhuàn sù)的计算（二）主轴电机额定输出(shūchū)扭矩及最大输出扭矩的计算。

（三）主轴电机恒扭矩转速范围内实际(shíjì)输出功率的计算。

（四）机床主轴额定输出扭矩及最大输出扭矩的计算。

车、铣、钻方式下，主轴及电机所需功率的计算一、AC主轴伺服电机及变频调速电机●基本概念1、电机的功率负载特性：做为一般驱动负载工作的回转电机有以下三种常用的功率负载特性：（1）连续工作制（S1）：是指该电机在额定工作条件和负载条件下允许长时间、不间断的工作。

（2）短时工作制（S2）：是指该电机在规定的短时间内允许超出额定功率进行运转工作，其超载时间优先采用10、30或60分钟等。

（3）断续工作制（S3）：是指该电机应按一定的通、断周期进行工作，以保证电机在大电流、超载情况下不致因电机温度过高，击穿绝源而烧坏。

在S3工作制下工作的电机允许的每一通、断工作周期为10分钟，例FANUC AC主轴电机规定在50%ED率下（S3工作制），其循环时间周期为10分钟（即ON：5min，OFF：5min）。

目前的AC主轴电机有一个重要特性就是允许在S2或S3工作制下运转，其实际就是一种短的工作制电机。

如FANUC的α11型主轴电机的额定连续输出功率为11kw。

S2工作制下的30分钟时间内允许的超载功率为15kw。

因数控机床在实际超载切削时每一次走刀时间很难超出30分钟，故许多机床制造厂在标定其生产的某型机床动力参数时，常用主轴电机的30分钟超载功率做为其样本上标示的主轴电机的主参数。

同样，进行数控机床设计时，设计者亦充分利用好主轴电机的这种特性。

特别需要指出的是，目前多采用的标准型普通变频电机，其仅能在S1工作制下工作，不允许超载使用，因此设计者选用时必须注意。

一、钻孔切削力和切削力矩计算
按照主轴转速1000rpm，进给速度0.1mm/转，钻穿1.8mm约需要时间1s。

切削力Ff
刀具材料：高速钢
加工方式：钻
公式：Ff=309*D*f^(0.8)*(Kp)
参数:D = 8
参数:f = 0.1
参数:Kp = 0.75（按铜合金多相平均HB>120）
计算结果= 293.839
切削力矩M
工件材料：灰铸铁(HB190)
刀具材料：高速钢
加工方式：钻
公式：M=0.21*D^(2)*f^(0.8)*(Kp)
参数:D = 8
参数:f = 0.1
参数:Kp = 0.75（按铜合金多相平均HB>120）
计算结果= 1.597
二、铣削切削力计算
铣削切削力计算类别：
工件材料：碳钢、青铜、铝合金、可锻铸铁等
刀具材料：高速钢
铣刀类型：端铣刀
公式：F=(Cp)*(ap)^(1.1)*(fz)^(0.80)*D^(-1.1)*B^(0.95)*z*(Kp) 参数:Cp = 294
参数:ap = 1.8
参数:fz = 0.5
参数:D = 8
参数:B = 8
参数:z = 4
参数:Kp = 0.75
计算结果= 707.914。

车削,铣削,磨削,刨削,钻削的工艺特点(一)车削工艺•车削工艺是一种通过旋转工件并用刀具切削的加工方法。

•车削可以用来加工各种形状的工件，包括圆柱、锥体、球体等。

•在车削过程中，刀具与工件之间会产生切削力，需要注意刀具的刃口磨损。

车削工艺的特点•高效率：车床可以实现自动化加工，提高生产效率。

•精度高：车削可以达到很高的加工精度，适用于精密零件的加工。

•可加工材料广泛：车削适用于各种材料，包括金属、塑料、陶瓷等。

铣削工艺•铣削工艺是通过刀具的旋转和工件的移动，将刀具的刃口与工件表面接触，实现切削加工的方法。

•铣削可以用来加工平面、曲线、槽口、齿轮等各种形状的工件。

•铣削切削力较大，需要注意刀具与工件的配合及刃口的磨损情况。

铣削工艺的特点•多功能性：铣削可以实现各种形状的加工，具有较高的加工灵活性。

•高效率：铣床可以实现自动化加工，提高生产效率。

•可加工材料广泛：铣削适用于各种材料，包括金属、塑料、木材等。

磨削工艺•磨削工艺是通过砂轮与工件表面的相对运动，将工件表面的材料去除的加工方法。

•磨削可以用来加工精度要求较高的工件，如轴、孔等。

•磨削过程中，砂轮会产生较大的热量，需要注意冷却与润滑。

磨削工艺的特点•高精度：磨削可以达到很高的加工精度，适用于精密零件的加工。

•表面光洁度高：磨削可以在工件表面留下光洁的加工面。

•可加工硬度较高的材料：磨削对硬材料的加工能力较强。

刨削工艺•刨削工艺是通过在刀具和工件之间施加压力，使刀具顺着工件的表面削去一层材料的加工方法。

•刨削可以用来加工大尺寸的平面和槽口等工件。

•刨削过程中，刀具需要具备较高的刚性和稳定性，以保证加工质量。

刨削工艺的特点•快速：刨削可以一次加工较大面积的工件，加工速度较快。

•平整度高：刨削能够获得平整度较高的加工面。

•可加工大尺寸工件：刨削适用于大型工件的加工。

钻削工艺•钻削工艺是通过钻杆的旋转和施加压力，将工件上的材料削除，实现加工的方法。

•钻削主要用于加工圆孔，可以在各种材料上进行钻削。

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。

一、切削力的来源，切削合力及其分解(见P26）(一）切削力的来源研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。

金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。

切削力来源于三个方面：1．克服被加工材料对弹性变形的抗力；2．克服被加工材料对塑性变形的抗力；3．克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。

（二）切削合力及其分解它们的合力Fr作用在前刀面上近切削刃处。

为了便于分析切削力的作用和测量、计算切削力的大小，通常将合力Fr，在按主运动速度方向、切深方向和进给方向作的空间直角坐标轴z、y、x上分解成三个为相互垂直的Fz、Fy和Fx三个分力。

1、主切削力Fz（切向力）：主运动切削速度方向的分力。

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（径向力）：切深方向的分力。

Fy不消耗功率，但在机床一工件一夹具一刀具所组成的工艺系统刚性不足对，是造成振动的丰要因素。

3、进给抗力Fx（轴向力）：进给方向的分力。

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。

注：在铣削平面对，上述分力亦称为：Fr——切向力、Fy——径向力、Fx——轴向力。

二、切削力的测定和切削力的经验公式(见P27）生产、实验中经常遇到切削力的计算。

目前切削力的理论计算公式只能供定性分析用。

因为切削力Fz 计算公式是在忽略了温度、正应力、第Ⅲ变形区变形与摩擦力等条件下推导出来的，故不能用于计算。

而求切削力较简单又实用的方法是利用测力仪直接测出或通过实验后整理成的实验公式求得。

1、用测力仪测量切削力测力仪的测量原理是利用切削力作用在测力仪的弹性元件上所产生的变形，或作用在压电晶体上产生的电荷经过转换后，读出Fz、Fx、Fy的值。