低碳钢冷风加工切削力经验公式的建立

机床加工中的切削力分析与优化在机床加工过程中，切削力是一个非常重要的参数。

准确地分析和优化切削力，可以提高机床加工的效率、降低工具磨损、延长工具寿命，并减少对机床表面的损伤。

本文将重点讨论机床加工中的切削力分析与优化方法。

一、切削力的基本概念切削力是指机床在加工过程中，切削刀具对工件所产生的力。

切削力不仅取决于工件材料和机床结构，还与切削参数（如切削速度、切削深度、进给量等）密切相关。

准确地控制切削力，能够提高工件表面质量、减小残余应力，并降低加工成本。

二、切削力的分析方法1. 经验公式法经验公式法是最为常用和简便的切削力分析方法之一。

根据实验数据和经验总结，可以得到一些具有一定准确性的公式，如切削力与进给量、切削深度以及切削速度的关系。

这些公式可以为切削力的估计提供一定的依据，但精确度较低。

2. 力学模型法力学模型法是一种较为精确的切削力分析方法。

通过建立机床切削过程的力学模型，可以计算切削力的大小和方向。

常用的力学模型包括切削力平衡法、有限元法等。

力学模型法可以更加准确地分析切削力，并为进一步的优化提供依据。

三、切削力的优化方法1. 切削参数的优化切削参数的优化是降低切削力的有效方法之一。

通过合理的切削速度、切削深度和进给量的组合，可以使切削力达到最小。

一般原则是，在保证切削效率和工件表面质量的前提下，选择尽可能高的切削速度和尽可能小的切削深度和进给量。

2. 刀具和刀具材料的选择选择合适的刀具和刀具材料也可以有效减小切削力。

一般来说，刀具的刃口角度和刃口弧度越小，刀具对工件的切削力就越小。

此外，采用高硬度、高耐磨性的刀具材料，也可以降低切削力并延长刀具的使用寿命。

3. 切削润滑与冷却适当的切削润滑和冷却措施，也可以对切削力进行优化。

润滑剂的使用可以减小摩擦系数，降低切削力的大小。

同时，冷却剂的喷洒可以有效降低切削区温度，减小切削力。

四、切削力分析与优化在实际应用中的意义切削力分析与优化在机床加工中具有重要意义。

冷镦锻加工力的计算一、剪切力的计算1.毛坯切断力：P＝F×τ（kg）式中：F――坯料剪切面积（mm2）τ――材料抗剪强度kg/mm2各种常用材料的剪切强度式中：σb――材料抗拉强度极限kg/mm2对于钢材还可以根据布氏硬度值，用近似公式计算。

τ＝0.36HB（kg/mm2）2.切边力：如六角头螺栓和方头螺栓采用切边工艺。

P＝LHτ（kg）式中：L――切边周长（mm）对于六角头螺栓L＝3.46S，方头L＝4SS――六角或方头对边尺寸H――螺栓头部高度（mm）3.螺母冲孔力的计算：P＝πdτH（kg）式中d＝螺母攻丝前孔径（mm）H――螺母孔径高度（mm）一、冷镦力的计算冷镦力的计算有许多公式，现介绍两种：1.冷镦力（经验公式）P ＝K σT F （kg ）式中F ――镦锻形状投影面积（mm 2）K ――头部形状复杂系数，当形状较简单时取1～1.2；当形状较复杂时取1.2～1.5。

σT ――考虑冷作硬化后的变形抗力σT ＝σb Ln （F/F 0）（kg/mm 2）F 0――镦锻前坯料断面积（mm 2）2.公式P ＝Z ×n ×σb （1+a ×f （D 0/4H ）F式中D 0――镦锻后头部最大直径（mm ）H ――镦锻后头部高度（mm ）F ――头部与模具接触最大投影面积（mm 2）Z ――形状复杂系数，简单形状Z ＝1～1.2；较复杂形状Z ＝1.2～1.5；复杂形状Z ＝1.5～1.8n ――工具形状系数自由镦粗（一次）n ＝1，对GB30螺栓n ＝1.1；对GB50螺母n ＝1.2；当进行封闭镦粗时n ＝1.75～2.0；当有飞边时n ＝2.5。

a ――镦锻部分形状系数当头部为圆柱头时a ＝1.3；当头部为六方、四方时a ＝2.0；当头部为不对称、复杂时a ＝2.5～3.0。

f ――摩擦系数，研磨工作面并有石墨润滑时f ＝0.05～0.10；当研磨工作面无石墨润滑时f ＝0.10～0.15；精加工表面f ＝0.15～0.30。

第四章切削力4．1 必备知识和考试要点4．1．1 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率1．了解切削力的来源。

2．掌握切削力的合成与分解方法，明确切削力各分力的作用。

3．掌握根据已知条件计算切削功率并确定机床电动机功率的方法。

4．1．2 切削力的测量及切削力的计算机辅助测试1．了解测量切削力的主要方法。

2．了解电阻应变片式测力仪的工作原理。

3．了解切削力的计算机辅助测试方法。

4．1．3 切削力的指数公式和切削力的预报及估算1．熟悉切削力的指数公式及公式中各符号的意义。

2，掌握根据切削力计算公式计算单位切削力及单位切削功率的方法。

3．熟练掌握切削力经验公式的建立过程。

4．1．4 影响切削力的因素1．掌握被加工工件材料对切削力影响的要点。

2．掌握切削用量对切削力影响的要点。

3．能够正确分析背吃刀量、进给量对切削力影响程度不同的原因。

4．能够正确分析切削速度对切削力影响产生的驼峰曲线关系的原因。

5．掌握刀具前角对切削力影响的要点。

6．正确分析主偏角对各切削分力影响程度不同的原因。

7．掌握刀具材料对切削力影响的要点。

8．掌握切削液对切削力影响的要点。

9．掌握刀具磨损对切削力影响的要点。

4．1．5 其它1．了解切削力的理论公式建立。

2．了解切削力理论公式的不足。

4．2 典型范例和答题技巧[例4．1] 车削时切削合力F r为什么常分为三个相互垂直的分力?说明这三个分力的作用。

[分析]作用在切削刃上的切削力是沿空间的某一方向，根据切削运动，可以将合力分解成沿各运动方向的分力。

车削是按主运动(切削速度)方向、进给运动(进给量)方向、切深运动(背吃刀量)方向进行分解，三个方向的分力在车削时是互相垂直的。

同时，车床完成上述三个方向运动的各运动机构也将以各分力为设计、计算的依据参数。

而钻削加工是把切削力分解成轴向力和扭矩，同样也是为了便于设计、计算机床功率、运动机构强度等问题。

[答案] 切削合力方向为空间的某一方向，与切削运动中的三个运动方向均不重合，切削力是设计、计算机床功率、校验运动机构强度、合理选择切削用量、提高工件加工精度的一个重要参数或影响因素。

切削fn计算公式切削力计算公式是机械加工中非常重要的一部分，它可以帮助工程师和操作人员准确地预测和控制切削过程中的力的大小。

切削力的大小直接影响到加工零件的质量、加工工具的寿命以及加工效率。

因此，了解切削力的计算公式对于提高加工质量和效率具有重要意义。

在机械加工中，切削力是指在切削过程中对工件和刀具所产生的力。

切削力的大小受到多种因素的影响，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料和刀具几何形状等。

为了准确地计算切削力，工程师们提出了多种切削力计算公式，其中最常用的是切削力的总公式和切削力的分量公式。

切削力的总公式可以表示为：Fc = kc × ap × f × n。

其中，Fc表示切削力，kc表示切削力系数，ap表示切削深度，f表示进给速度，n表示切削次数。

切削力的分量公式可以表示为：Ft = kc × ap × f。

Fr = kc × ap × f × n。

其中，Ft表示切削力的切削分量，Fr表示切削力的摩擦分量。

切削力系数kc是切削力计算公式中的关键参数，它受到刀具材料、刀具几何形状、切削速度和进给速度等因素的影响。

因此，选择合适的切削力系数对于准确计算切削力至关重要。

通常情况下，切削力系数可以通过实验或者经验公式进行确定。

切削深度ap、进给速度f和切削次数n是切削力计算公式中的另外三个重要参数，它们分别代表了切削过程中切削的深度、切削的速度和切削的次数。

这些参数的大小直接影响到切削力的大小，因此在进行切削力计算时需要准确地测量和估算这些参数。

除了切削力的总公式和切削力的分量公式之外，还有一些特定的切削力计算公式，比如钻削力计算公式、铣削力计算公式、车削力计算公式等。

这些特定的切削力计算公式可以根据不同的切削工艺和切削条件进行调整和修正，以满足实际加工的需求。

总的来说，切削力计算公式是机械加工中非常重要的一部分，它可以帮助工程师和操作人员准确地预测和控制切削过程中的力的大小。

金属切削中的物理现象及基本规律（3）、切削力及其主要影响因素。

制工艺、设计机床、刀具、夹具时的主要技术参数。

（一）切削力的来源、切削分力金属切削时，切削层及其加工表面上产生弹性和塑性变形；同时工件与刀具之间的相对运动存在着摩擦力。

如图所示，作用在刀具上的力有两部分组成：2.作用在前、后刀面上的摩擦力F f Y和F f这些力的合力F称为切削合力，也称为总切削力。

总切削力F可沿x,y,z方向分解为三个互相垂直总切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力；进给力Ff总切削力在进给运动方向上的分力。

车削时各分力的实用意义如下：主切削力Fc作用于主运动方向，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力。

1.作用在前、后刀面上的变形抗力 F n Y和F U2-15作用在刀具上的切iU力切削力是金属切削过程中的基本物理现象之一，是分析机的分力Fc、Fp、Ff，如图2-16所示。

主切削力Fc总切削力F在主运动方向上的分力；背向力Fp刀昼对工件的力的分解扫）工件对刀具的力的分解E12-1G外囲车削时力的分解背向力Fp 纵车外圆时，背向力 Fp 不消耗功率，但它作用在工艺系统刚性最差的方向上，易使工 件在水平面内变形，影响工件精度，并易引起振动。

Fp 是校验机床刚度的必要依据。

进给力Ff 作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。

（二）切削力计算的经验公式通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关 系的表达式，称为切削力计算的经验公式。

在实际中使用切削力的经验公式有两种：一是指数公式，二 是单位切削力。

1 .指数公式背向力式中Fc -------------- 主切削力（N ）; Fp ----------- 背向力（N ）;Ff —— C fp进给力（ N );C fc 、、C ff- 系数,可查表 2-1 ；X fc 、 y fc 、nfc、 x fp 、 «p 、 nfp 、 X ff 、y ff、n ff -------- 指数，可查表 2-1。

“车削力测定及经验公式建立”实验报告内容
报告如下：
一、实验目的
这次实验主要是为了验证车削力随着刀槽深度的增加而变化，并建立车削力与刀槽深度的经验公式。

二、实验原理
车削力模型可以用来描述刀具在工件表面的力学行为。

车削力主要由刀槽深度所决定，而刀具的抓力等。

当它们变化时，对车削力也会产生影响，因此，车削力的大小取决于一些特定条件，如刀具转速、切削深度和切削速度等。

三、实验仪器
本实验使用的仪器有：车削力测量仪、旋转车削机、刀片及刀片定位器。

四、实验步骤
（1）根据实验设计，安装旋转车削机，并将仪器设置好；
（2）在旋转车削机上安装刀具；
（3）将刀片位置定位器与刀片相连，将车削力测量仪与旋转车削机相连，并调节车削力测量仪以适应测试条件；
（4）根据实验设计，通过调整刀片，以不同的削刀深度进行车削切削，测量出车削力随着刀槽深度的变化；
（5）根据实验测量的车削力随着刀槽深度的变化，建立车削力与刀槽深度的经验公式。

五、实验结果
根据实验结果，得到车削力与刀槽深度之间的经验公式：F=k×d2。

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

式中弓—轴向切削力D —钻头直径mm]转逬给童(mm) 亏一修正系数，查表切削力Ff刀具材料：高速钢加工方式：钻公式：Ff=309*D*fA(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=293.839M= 0.2W2/0£^式中M—切削力矩D—诂头亘®(mm)/—每转ift给童(mm) %—修正系飙查表切削力矩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*DA(2)*fA(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、铳削切削力计算D--- 抚7J 直径［mm)B --- 愤度〔nnm)F = C 冋価於％」躺宓^ 式中F —铳削力〔皿印——在用高速钢(阿盹匸47)铁刀従削时，考虑工件删艮铳刀尧型的系埶 其值查表 口$—锭削深度〔mm)j\—每齿进给車(血) z —铳刀的齿数斥一用高谨钢CW 吃跆v ＞饶刀链削时，苇慮工件村料机械性能不同的悔正条敌 丽丿 一 铳削切削力计算类别：工件材料：碳钢、青铜、铝合金、可锻铸铁等刀具材料：高速钢铳刀类型：端铳刀公式：F=(Cp)*(ap)A(1.1)*(fz)A(0.80)*DA(-1.1)*BA(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 对于结构歸铸钢；瓦0J8 1对于灰铸铁：K ¥ =。

车床加工切削力及切削功率计算示例当加工时要效率提升唯有提高切削进给率或加大切削深度，而此时如果机台主轴功率不足，往往会因此而导致机台停机或刀具破损，以下就台中精机Vturn-36机台作为范例，计算马达功率是否能符合切削需求。

Vturn-36因须经过变速箱传动，扭力会有所更改，所以集成计算以求得正确切削力。

Vturn-36分为2000转及2500转，2000转低档时主轴与马达转速比为1 : 8.08,高档为1 : 2.66。

2500转低档转速比为1 : 6.54,高档为1 : 2.15，当了解工件切削速度时须换算成主轴马达转速，才能求得正确的切削功率。

(一)切削功率计算公式：Ne(Kw) = (Ap x FX Vcx Ks) -(60x 103心)Ap(mm)：切肖U深度F(mm/rev):每转进给量Vc(m/min)：切削速度Ks(N/mm2):比切削力(查表)n：机床总效率(80%或90%)Ne(Kw):所须功率例题：加工外径200mm低碳钢，单边切深3mm,切削速度120m/min, 进给率0.2mm/rev求所须功率。

解答：Ne= (3 x 0.2X 120X 2600)-(60x 1000X 0.8) = 3.9Kw(二)切削扭力计算：因Vturn-36有经过变速箱传动低速档齿轮比为 1 : 2.4,所以马达扭力可提升2.4倍。

高速档齿轮比为1 : 0.79,所以马达扭力降为0.79倍。

T(N-m) = Apx KsX f x rAp(mm):切削深度Ks(N/mm2):比切削力(查表)f(mm/rev):每转进给量T(N-m )：切削阻抗扭矩r(m):切削工件半径例题：加工外径200mm低碳钢，单边切深3mm,切削速度120m/min,进给率0.2mm/rev求所须扭矩。

解答：T= 3x 2600X 0.2x 0.1 = 156(N-m)(三)切削转速计算：N=(Vc x 1000)/(D x 3.14)N(rpm厂主轴转速Vc(m/min)：切削速度/D(mm) :工件直径由上面例题算出工件转速 N = (120x1000)宁(200x 3.14)= 191rpm所以要加工此工件所须条件为：(1)功率=3.9Kw⑵扭矩=156N-m⑶转速=191rpm(四)审查主轴马达是否有足够切削力加工此工件：以Vturn -36双段2000rpm/a 22i马达为审查机种。