制造技术与机床

带锯床主切削力计算方法 发布时间:2011 年 12 月 25 日下午 6:26 对于八十以后才在我国得到迅速采用的带锯床下料这种节能的下料方法，其切削参数 应如何选择，目前研究还不够深入。因此对于卧式带锯床下料工艺的机理进行研究，找出一 个反映卧式带锯床下料切削力大小的切削力计算公式是正确使用和设计卧式带锯床十分重 要和迫切的课题。 由于研究和实验的条件有限，我们只能根据工作中的实践经验和有限的实验数据，参 照切削原理的理论， 借鉴其他加工工艺的切削力计算公式， 推倒出适用于卧式带锯床的切削 力计算公式。由于实验研究还有局限性，我们将实验时采集的机床型号 G4030 的实验数据 附在公式后面。 我们的研究，侧重于解决工作中的问题，不做深入的理论研究。我们推倒出的计算公 式用于 G4030 卧式带锯床，准确性是较高的。应用于它也可以解决其他型号带锯床生产中 的问题。

一、 卧带的切削力及主切削力的计算公式 1、卧式带锯床的切削力 卧式带锯床的切削工具是带锯条， 在切削时带锯条作直线运动并从上向下作进给运动切 削工件。切削力为 P， 如图一。我们将切削 力 P 分解为相互垂直 的三个分力：Pz、Py、 Px。由于带锯条是多 齿参加切割的，因此 P（Pz、Py、Px）是 合力。 其中 Px 我们称它为横向分力，对于正齿，它大小相等，而方向相反，而对于斜向分齿 它只有一个方向，左右分齿的方向相反，组成一个力矩，在切割面上留下幽纹，本文不进行 叙述。 Py 我们称它为走刀抗力，和带锯条的进给运动的方向相反，本文将提及。 Pz 我们称它为主切削力，与带锯条的主运动方向相反，是本文的论述重点。

2、主切削力 Pz 的计算公式 我们研究和实验后，推导出的每齿主切削力的计算公式为： Pzc=1626.6H S c Km单位为牛（N）

式中 Pzc 为每齿主切削力 Sc 为每齿进给量 单位为 mm m 为与进给力大小有关的指数 H 为带锯条的总分齿量 单位为 mm K 为与被切材料有关的系数 根据实验，当进给力为 650N 时，m 取 0.75 当进给力为 800N 时，m 取 0.70 当进给力为 1000N 时，m 取 0.62

实验时我们选用 σb=65kgf/mm2,HB 为 197 的 45 号钢为被切割材料，K=1。 实验时我们选用总分齿量为 1.5mm 的带锯条，H=1.5mm。因此，公式简化为： Pzc=2440 S c 公式 1 公式 1 中的 Sc 可由 Sc=60Db/1000vt 公式求出。 其中 D 为工件直径,单位为 mm， v 为切削速度，单位为 mmin， b 为带锯条齿距，单位为 mm， t 为切割整个工件的时间，单位为 sec， 最大同时切割齿数为 D/b。 因此我们可以将已知的条件代入公式 1 并乘以最大同时切割齿数，得到比较实用的

计 算公式为： Pzmax=295.8XD1+m·b-(1-m) ·V·t 带锯床主切削力计算公式的推导过程，我们不能期望和其它加工工艺一样使用实验设备和测量手段，而只能从机床、工件和刀具三方面的相互作用的关系着手，并借用其它工艺方法 已取得的公式进行比较和修正，通过分析和实验来完善。

1-1.我们的实验均在 G4030 卧式带锯床上进行，它的主电机功率为 2.2KW，有 25，31， 40，50，63 和 80mmin 六种切削速度，锯架的进给运动是在重力的作用下绕回转中心向下 转动，我们将它近似的视为匀速的向下的平行运动。

1-2.工件的材质和硬度的不同，锯削时产生的切削力也不同，实验时，我们均采用 σb ≦65kgf/mm2,即 637N/mm2 的同一材料。

1-3.切割工具为一边开有锯齿的环行带锯条。我们采用多种规格中的最常用的标准齿齿 形，斜向分齿，带宽为 25mm,厚度为 0.9mm，齿深为 3.15mm，分齿量为 0.3mm，总分齿量 为 1.5mm，齿距为每吋 4 齿（6.35mm）的带锯条。

1-4.带锯条下料一定要用切削液，实验证明好的切削液比差的切削液可使带锯条的使用 寿命提高 27?上，我们采用 sy-4 切削液，暂时避开这一影响因素。 2、作为切削工具的带锯条，是我们推导卧带主切削力计算公式的重要因素，我们要仔 细的了解。

2-1.带锯条的锯齿是由铣齿机成形铣出，而左（右）分齿是由分齿机压出。 从正齿到正齿 （或从左向 分齿到左向分齿）的距离是三倍齿距，也只有 通过正、左、右三个齿才能在工件上切出等于 总分齿量的切口。

2-2.我们将带锯条的齿部放大若干倍，并 假定斜向分齿是从齿根部起偏转一角度 β 并 作图如图三。 由 sinβ=0.3/3.15 , β=5?28’,可以算出右向 分齿的右 2 角较正齿刃低 0.057mm，右 1 角较 正齿刃高 0.028mm。这个假定和实际有误差， 用于粗略的计算是可以的。可以看出，除正齿 承担切槽的功能外，右 1 角和左 2 角也参与切 槽的功能，而左右斜向分齿的左 1 角和右 2 角 部分是承担切除宽度为分齿量 0.3mm 的切割 端面的功能。

2-3. 根 据 2-1 ， 2-2 两点的分析， 我们确定以 正、左、右三个齿一组来计算切削力。其中左（右）斜向 分 齿 的 伸 出 部 分的 切 割情 况 如 图 四 ， 它的 切 割宽 度 为 0.3mm， 它的切割深度为三倍每齿进给量， 切割形式近视于 刨削平面。 一组锯齿中的正齿的切割情况和刨槽相似，见图五， 切割宽度为 0.9mm，切割深度为三倍每齿进给量，由于斜 向分齿的左

1、右 2 角部分参与切割槽的功能，它的切割 宽度约为 0.3mm，因此我们将它化为两个部分，中间的 0.3mm 部分，有三个锯齿的切割，它们的切割深度为单 齿进给量，其余的 0.9-0.3=0.6mm 部分只有正齿切割，它的进给量为三倍每齿进给量。一组锯齿的切割情况，经过这样的分析，可借用刨 削的公式。 3、从第二点的叙述，我们可以借用刨削加工的切 削力计算公式，从《金属机械加工工艺人员手册》 （上海科学技术出版社）P736 查得刨平面 的切削力公式为：

PZ=191 t s0.75(kgf) 即 PZ=1872 ts0.75(N) „„„„„„„„„公式 3 从《金属机械加工工艺人员手册》 （上海科学技术出版社）P775 查得刨槽的切削力公式为：

PZ=214t s (kgf) 即 PZ=2097.2 ts (N) „„„„„„„„„公式 4 公式 4 的 PZ 和 s 成直线关系，不适合进给量很小的锯削，我们根据《机械工程师进修大 学刊授教材第六期》有关论述和参考《金属机械加工工艺人员手册》 （上海科学技术出版社） P935 拉削切削力的数据，将公式 4 中的 S 上加一指数 0.75，得：

PZ=2097.2 ts0.75(N) „„„„„„„„„公式 5 将 2-3 点的数据代入公式 3 和公式 5 得 PZ 每组齿切平面=2X1872X0.3X（3SC）0.75=2560SC0.75（N）

PZ 每组齿切槽=3X2097X0.3XSC0.75+2097X0.6X（3SC）0.75 =4756SC0.75（N） 这两部分切削力的和即为每组锯齿主切削力，即： PZ 组齿=（2560+4756）SC0.75=7316 SC0.75（N）„„„„„„„„„公式 6

为了表述上的方便，将每组齿的切削力除以齿数，得到 PZC=2440 SC0.75（N） ，这只是一个平均值。

带锯床切削力公式的准确性 发布时间:2011 年 12 月 28 日下午 6:31 带锯床切削力计算公式的准确性 1、我们在一定的假设条件下，从工作的实践经验，从有关切削原理的学习体会，从借用 刨削加工以有的计算公式这几方面着手推导出了卧带主切削力的计算公式， 没有专用的实验 设备和检测手段来验证，只能用机床形式实验的不很准确的数据来对照，为此我们用公式 PZC=2440 SC0.75（N）的计算值与 1999 年 12 月湖南机床厂 G4030 卧式带锯床的实验数据相 比较，在单齿进给量不小于 0.003mm 和负载功率不是超负荷的情况下，误差不超过 4?可 以说是有很高的准确性。见附录一。 2、我们用公式 PZC=2440 SC0.75（N）的计算值与 2000 年 7 月湖南机床厂 G4030 卧式带 锯床的实验数据相比较，误差值在-20?右，这两台 G4030 结构相同，只是 2000 年 7 月的 按 样机比 1999 年 12 月的样机进给力大 15? 因此我们将 SC 的指数修正为 0.7， PZC=2440 SC0.7 （N）进行计算并和实验数据进行比较，误差值不超过 4.6?也是比较准确的。见附录二。 3、从美国引进的样机 120A 自动卧式带锯床，它的结构和 G4030 相同，但它有重锤，进 给力更大，我们将 SC 的指数修正为 0.62，用公式 PZC=2440 SC0.62（N）的计算值与 120A 自 动卧式带

锯床的实验数据进行比较，误差值也很小。 4、根据以上的情况，我们将计算公式用 PZC=2440 SCm（N）的形式来作为主切削力的计 算公式，从这里我们可以看出，卧带的主切削力与进给压力的大小有关，进给压力大，主切 削力也大， 但不是进给力大， 生产效率就高。 事实上， 在进给压力在 650N 时， 切断 Φ150mm 的工件最快只用了 105sec， 而进给压力为 800 N 时， 切断 Φ150mm 的工件最快也用了 111sec， 120A 卧带进给力为 1000N 左右，它的最大生产效率比 G4030 卧带还要低。 实验证明，进给力只要略大于走刀抗力就可以了，而走刀抗力即 Py 与 PZ 的关系为 Py/PZ=0.37~0.45。 5、为了使用方便，我们将 PZC=2440 SCm（N）计算公式变为：PZ=295.8D1+mb-(1-m) (Vt)-m。 因为 D、b 这两项是已知条件，V 可以选定，t 可以通过计时得到。

四、 切削力计算公式的应用 切削力计算公式的应用 1、主切削力的计算公式给出了主切削力与工件直径 D、带锯条齿距、切削速度 V 和切割 时间（即生产效率）之间的关系，当这些已知的或可以选定的条件为定值时可以算出 PZ 的 大小。 例 如 当 D=150mm,b=6.35mm,V=50m/min,t=162sec 及 m=0.75 时 ， 1.75 -0.25 -0.75 PZ=295.8X150 X6.35 X（50X162） =1403（N） 当计算出的 PZ 值超过了机床允许的最大主切削力时，可以减小 PZ 或加大 b、V、t 来减 小 PZ。 若 D 和 t 已定，则可以通过加大或减小 b、V 来增加或减小 PZ，这对选择和合理使用带 锯床是很重要的。 我们也可以根据已知条件计算出 PZ，从而确定机床的最大主切削力和确定机床的主电机功率，这对于设计带锯床也是十分重要的。 2、 在推导切削力的计算公式和实验的过程中， 我们发现进给力的大小会影响主切削力的 大小，当进给力适当的时候，主切削力不是很大但生产效率最高。对于 G4030 卧式带锯床 进给力为 650N 时，SC 的指数为 0.75，为最佳选择。公式 2 反映了这一关系，我们据此曾建 议减小 G4025-1 卧式带锯床的进给压力，经采用后，解决了原 G4025-1 卧式带锯床容易断 带的问题。 我们初步认识是机床的进给压力应控制在最大主切削抗力的一半左右比较好， 这 一点是值得进一步研究的。