45钢的切削力试验研究.pdf

精密制造与自动化 2016年第4期 51 45 钢的切削力试验研究 郑伶俐 吴志强 高天友2（1.常州机电职业技术学院 江苏常州 213164；2.常州轻工职业技术学院 江苏常州 213164）摘 要 在切削加工中，切削力是一个重要的物理量，它是合理制定切削参数的重要依据。切削力对产生切削热影响很大，当切削热过高时会导致刀具的磨损加快，降低刀具的耐用度，影响零件加工表面质量和刀具的使用寿命。通过建立切削加工试验平台，用单因素和多因素车削 45 钢试验，分析并建立切削力与切削速度、切削深度和进给量之间的影响规律，揭示 45 钢与切削参数之间的内在联系，为加工提供理论依据，指导实际生产。关键词 45 钢 切削力 切削速度 切削深度 进给量 通过对切削机理的研究，包括功率消耗、切削用量的选择，对设计机床、刀具和夹具有着很重要的意义1,2。在金属切削过程中，刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需要的力称为切削力。切削力的大小与工件材料、刀具磨损和切削用量等相关3，它影响着切削过程中的功率消耗、机床使用、刀具和夹具的设计，是合理制定切削参数的的重要依据。通过在机床上进行 45 钢的实际切削力的试验研究，分析切削用量对车削力的影响，并与仿真结果进行比较，验证仿真得到的切削参数。1 1 试验系统试验系统 数控车削试验的测试系统由数控车床、测力系统、表面粗糙度测量仪、涂层硬质合金刀具和被切削工件等组成。1）数控车床 采用 CKA6136i 型数控机床一台，该机床 X 轴行程360 mm，Z轴行程750 mm，主轴转速范围3 500 rpm，主电机功率 5.5 kW，最大进给速度 20 000 mm/min。2）测力系统 由 YDC-III8902 压电车削测力仪、YE5850 电荷放大器三台、PCI9118DG 多功能数据采集卡与普通计算机等组成。2 2 影响切削力的因素影响切削力的因素 研究表明，影响切削力的因素很多，包括工件材料、刀具、切削量、刀具磨损情况和切削液等4。影响切削的因素有：（1）工件材料的物理力学性能、化学成分、几何形状、加工硬化程度、热处理状态等；（2）切削深度、切削速度与进给量；（3）刀具的几何形状、刀具的材料、刀具的磨损、刀具的安装。（4）切削液、切削温度、切削方式等。3 3 切削力试验结果与分析切削力试验结果与分析 利用上面的原理，运用切削力测试系统，设置好相关参数，进行试验数据采集得到不同条件下的切削力，实时切削过程显示，如图 1 所示。图图 1 实时切削过程显示实时切削过程显示 3.1 3.1 单因素试验结果分析单因素试验结果分析 1）切削速度 v 对车削力的影响 通过试验采集不同切削速度下的车削力Fx、F、F的值。图 2 为选取切削深度p=3 mm，进给量 f=0.3 mm/r，切削速度对车削力的影响趋势图。万方数据 精密制造与自动化 2016年第4期 52 050100150200250300140175210245切削速度（m/min）切削力（N）FzFyFx0501001502002503003504000.20.30.50.8切削深度（mm）切削力（N）FzFyFx0501001502002503003500.10.150.20.3进给量（mm/r）切削力（N)FzFyFx 图图 2 切削速度切削速度 v 与切削力关系图与切削力关系图 从图 2 的试验结果中可以看出切削速度 v 的变化对三个切削分力的影响趋势。当切削速度为v=140 m/min 时，主切削力F达到了最大值，随着切削速度的提高，主切削力F获得最小值时的切削速度为 v=245 m/min，下降的速率很缓慢；进给抗力Fx获得最小值时的切削速度为 v=140 m/min，进一步提高切削速度至 v=175 m/min 时，进给抗力Fx呈上升趋势；切深抗力F随切削速度的提高呈下降趋势，当提高切削速度至 v=210 m/min 时，切深抗力F呈上升趋势，上升的速率很慢5,6。2）切削深度p对车削力的影响 通过试验采集到不同切削深度p下的车削力Fx、F、F的值。图 3 为选取切削速度 v=145 m/min，进给量 f=0.3 mm/r，切削深度对车削力的影响趋势图。图图 3 切削深度切削深度与切削力关系图与切削力关系图 从试验结果图 3 中可以看出切削深度p的改变对三个切削分力的影响趋势在程度上稍有差异，随切削深度的加大，主切削力F呈持续上升趋势；切深 抗 力 F和 进 给 抗 力 Fx当 切 削 深 度 加 大 到p=0.8 mm 时，切深抗力F和进给抗力Fx达到最大值，随切削深度的加大，切深抗力F和进给抗力Fx呈上升趋势。3）进给量 f 对车削力的影响 通过试验采集到不同进给量 f 下的车削力Fx、F、F的值。图 4 为选取切削速度 v