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45钢的切削力试验研究.pdf

1、 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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

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