外圆切削刀具受力分析与研究

金属切削中刀具压力分布的数值模拟研究金属切削是工业制造中常见的加工方法，刀具在切削过程中承受着巨大的力和压力。

了解刀具在切削过程中的压力分布对于切削工艺的优化和刀具寿命的延长至关重要。

本文基于数值模拟研究的方法，旨在分析金属切削中刀具的压力分布特征。

首先，我们需要了解刀具与工件之间的相互作用。

在金属切削过程中，刀具与工件之间发生剪切和摩擦等力的作用。

切削力是沿着切削刃方向的力，而刀具的压力则是指刀具对工件施加的压力。

刀具在切削过程中所受的压力主要来自以下几个方面：刀片与工件接触的剪切力、刀具对工件施加的压紧力和摩擦力。

这些力的大小和分布对刀具性能和切削效果有重要影响。

为了研究切削过程中刀具的压力分布，我们可以采用数值模拟方法进行分析。

数值模拟是一种通过计算机模拟来预测和解释物理现象的方法。

通过建立合适的数学模型和边界条件，可以模拟切削过程中刀具与工件之间的相互作用。

这样我们就可以得到切削过程中刀具的压力分布情况。

在数值模拟中，我们首先需要建立切削过程的数学模型。

模型的建立需要考虑刀具和工件的几何形状、材料性质以及切削条件等因素。

通过使用合适的数值方法，如有限元方法，我们可以将复杂的切削过程简化为一系列的数学方程。

然后，我们可以利用计算机进行求解，得到切削过程中刀具的压力分布图。

根据数值模拟的结果，我们可以得到刀具在切削过程中的压力分布图。

这些分布图可以帮助我们分析切削过程中刀具所承受的压力大小和分布情况。

通过进一步分析，我们可以发现一些重要的规律和特点。

例如，刀具的压力分布往往呈现出局部集中和均匀分布的特征。

在一般情况下，切削点附近的刀具压力高于切削边缘的刀具压力。

这主要是由于切削点附近的摩擦力和剪切力较大所导致的。

了解刀具的压力分布对于切削过程的优化和刀具寿命的延长非常重要。

根据数值模拟结果，我们可以针对刀具受力较大的区域进行优化设计，以提高刀具的耐磨性和切削效率。

此外，我们还可以通过调整切削参数和使用不同材料的刀具来改善切削过程中的刀具压力分布。

CNC加工中的切削力分析与优化随着制造业技术的不断发展，CNC加工技术已经成为现代工业的重要组成部分，被广泛应用于各个领域的制造过程中。

在CNC加工过程中，切削是不可避免的，切削力是影响加工效率和加工质量的重要因素之一。

因此，切削力分析与优化是提高CNC加工准确性、效率和质量的关键。

一、切削力的计算方法在CNC加工中，切削力的计算是一个非常复杂的过程。

切削力的大小与许多因素有关，如刀具材料和形状、工件材料和形状、加工参数等。

因此，为了计算切削力，必须考虑各个方面因素的综合作用。

一般情况下，切削力的计算方法可以分为理论计算方法和实验测量方法两种。

1. 理论计算方法理论计算方法主要是根据物理原理建立数学模型，通过数学公式计算切削力。

常见的理论计算方法有经验公式法、受力分析法、有限元法等。

经验公式法是一种简便易行的计算方法，通常用于初步计算切削力。

受力分析法则是以静力学的基本原理为基础，以机械模型为依据，通过力或应力的等效原理和叠加原理求得切削力大小和方向。

有限元法是将切削系统建立为有限元模型，通过模拟切削过程中各因素对切削力的影响，得出切削力的大小和方向。

2. 实验测量方法实验测量方法通常是通过物理试验得到切削力，然后分析和计算。

实验测量方法又分为直接测量法和间接测量法两种。

直接测量法是指直接测量切削力的大小和方向，如由压力传感器直接测量切削力、由加速计测量振动信号，再通过FFT分析等方法计算得到切削力等。

间接测量法则是通过测量加工表面形貌等间接得到切削力。

这种方法虽然不像直接测量法那样精确，但其优点在于不需要对加工过程进行干扰。

二、切削力的优化方法切削力的大小会影响到CNC加工的准确度、效率和质量。

为了保持加工的精度和效率，必须采取优化切削力的方法。

1. 优化刀具设计刀具是CNC加工中非常关键的因素之一，刀具质量直接影响到切削力。

因此，优化刀具设计可以有效地减小切削力。

刀具的设计应注重以下几个方面：刀片材料的选取；刀具形状和刀具刃角的设计；刀具的涂层以及涂层类型的选择等。

《金属切削原理与刀具》课程设计（1）刀具的选择组别第七组姓名姚飞学号*********姓名高亚学号*********姓名季学元学号*********姓名徐成学号*********姓名郭斌学号*********姓名学号题目：用P10（YT15）车刀粗车（精车）40Cr齿轮锻坯，加工工艺系统刚性为中等，试选择刀具几何参数和切削用量。

内容：1、画出毛坯图2、确定加工表面3、材料的切削加工性能分析4、确定刀具的几何参数并画图：几何角度、刃形、刀尖形状、刀面型式、断屑槽、刀杆形状和尺寸5、切削用量的选择（注：切削速度进行计算）6、切削液的选择7、机床的选择及功率校核8、切削效果评估目录题目 (2)第一章毛坯图 (4)第二章材料的切削加工性能分析 (5)第三章确定加工表面 (6)第四章确定刀具的几何参数并画图 (7)第五章切削用量的选择 (17)第六章切削液的选择 (20)第七章机床的选择及功率校核 (21)第八章切削效果评估 (23)第一章毛坯图40Cr齿轮锻坯第二章材料的切削加工性能分析1. 锻坯的材料分析（1）材料为40Cr合金结构钢、（2）40cr钢材化学成分和力学性能成分：碳0.37—0.45%，硅0.17—0.37%，锰0.5—0.8，铬0.8～1.1% 退火硬度：小于207HBS :正火硬度：小于250HBS调质处理：试样直径：25mm，850度淬火加热油淬，520度回火后：抗拉1000兆帕，屈服800兆帕，延伸9％，断面收缩45％，冲击韧性588.3千焦/平方米。

2. 加工性能分析40Cr有一定的韧性,切削时易缠刀和工件,不易断屑,在普通车床上加工采用YT15,粗加工时,刀具刃磨时前角不宜过大,适当留一些平刃(0.5mm-0.8mm),采用低速大进给量切削加工.第三章加工表面圆柱面加工表面为圆柱面（如图）第四章确定刀具的几何参数刀具材料是P10（YT15），是T类硬质合金的突出优点是硬度高、耐热性好、高温时的硬度和抗压强度比YG类高、抗氧化性能好。

机械加工中的切削力与加工力学分析机械加工是一种常见的制造工艺，利用机床对原材料进行切削、磨削、钻孔等操作，将其加工成所需形状和尺寸的工件。

在机械加工过程中，切削力和加工力学是两个重要的参数，对加工质量和机床性能具有重要影响。

一、切削力的定义和影响因素切削力是指在刀具与工件接触面上的力，它是机械加工中最主要的力之一。

切削力的大小与刀具、工件、切削速度、进给量等因素密切相关。

1. 刀具形状和材料：切削力与刀具形状和材料有密切关系。

一般来说，刃口越尖锐的刀具，切削时所受的力越大。

此外，刀具的材料和硬度也会影响切削力的大小。

2. 工件材料和硬度：不同的工件材料具有不同的切削性能。

通常来说，材料越硬的工件，切削时所需的力越大。

3. 切削速度：切削速度是指刀具与工件相对运动的速度。

切削速度的增加会导致切削力的增大，但当速度超过一定范围后，切削力增加的趋势开始减缓。

4. 进给量：进给量是指单位时间内切削刀具所移动的距离。

进给量的增加会导致切削力的增大。

二、加工力学的分析方法加工力学是研究机械加工过程中力学关系的学科，可以通过力学分析来预测和优化机械加工过程。

1. 经验公式法：经验公式法是一种常用的切削力计算方法。

它通过实验和经验总结，建立了切削力与切削条件、材料性质之间的关系，从而快速估计切削力的大小。

2. 力学模型法：力学模型法是一种精确的切削力计算方法。

通过对机械加工过程进行详细的力学分析，可以建立起精确的切削力模型，从而准确预测和分析切削力的大小和变化规律。

3. 有限元法：有限元法是一种计算机辅助的力学分析方法。

通过将机械加工过程离散为许多小的力学单元，然后对每个单元进行力学计算，最后整合得到整个加工过程的力学信息，包括切削力。

三、切削力的调控和优化切削力的大小直接关系到机械加工过程的质量和效率。

为了提高加工效果和延长刀具寿命，需要合理控制和优化切削力。

1. 选择合适的刀具：合适的刀具形状和材料可以减小切削力，并提高加工效果。

机械工程系实习讲义首页教学过程及教学内容[课前组织]1．检查学生出勤情况，填写教学日志。

2．检查学生装束是否整齐3．讲述要求：纪律、卫生、学习方法、如何作笔记4．宣布本项目的学习任务与目的要求：[设备工量具准备]任务一车削基础知识（1）了解车削加工时切削用量的选择原则。

（2）了解金属车削的过程。

（3）基本掌握车削过程中表面质量的控制方法。

（4）了解车刀切削时磨损的原因与刀具寿命的含义。

任务二外圆、端面、台阶的车削（1）掌握试切法与试测法控制外圆尺寸的方法。

（2）熟练掌握工件找正和安装方法。

（3）掌握零件尺寸的测量方法和对质量进行简单分析。

任务三切外沟槽、切断（1）了解切断刀和车槽刀的种类和用途。

（2）了解切断刀和车槽刀的组成部分和角度要求。

（3）掌握掌握切断刀和车槽刀的刃磨方法。

（4）掌握外沟槽的车削方法和测量方法。

（5）了解车沟槽时产生的问题和防止方法。

（6）掌握直进法和左右车削法切断工件。

[入门指导]任务一车削的基础知识导语：在车削加工时，合理选择切削用量对提高劳动生产率，延长刀具的使用寿命，保证加工质量，降低生产成本有着重要的意义。

一、车削加工时切削用量的选择1．合理选择切削用量的含义衡量切削用量是否合理的标准：①能否保证加工零件的质量要求（主要是加工精度和表面质量）②在加工系统刚性许可的条件下，是否充分利用了车床功率。

③在保证加工质量和刀具寿命的条件下，是否充分发挥了刀具的切削性能。

2．选择切削用量的原则（1）切削深度的选择（2）进给量的选择（3）切削速度的选择•选择切削速度的一般原则如下1）车刀材料使用硬质合金车刀可比高速工具钢车刀的切削速度快。

2）工件材料切削强度和硬度较高的工件时，因为产生的热量和切削力都比较大，车刀容易磨损，所以切削速度应选得低些。

脆性材料如铸铁工件，虽然强度不高，但车削时形成崩碎切屑，热量集中在切削刃附近，不易传散。

因此，切削速度也应取得低一些。

3）表面粗糙度要求表面粗糙度值小的工件，如用硬质合金车刀车削，切削速度应取得高些；如用高速工具钢车刀车削，切削速度应取得低些。

以切肉为例：1，刀刃锋利，肯定刀锋对肉的压强会很大。

如果肉表面支撑不住，刀刃就会切下去。

反之依然；2，刀把、刀刃长时，手在移动幅度较小的情况下，刀可以起伏很大，适合切较厚、较多的蔬菜等，不会觉得累；3，刀身宽窄，是对应刀的重量，在挥动的时候，可以储存很大的势能；刀刃的压强，就更大；4，锯齿形刀刃的压强会更大，更省力，但切口比较粗糙；按照用力情况分析：刀把不能太高，使它的的延长线接近刀刃中点，刀就不会容易倾斜；刀落下时，刀的重心应靠近肉的中心（尤其是砍排骨时候）；（尖锐的刀最省力；）菜刀上的力学（2003级张海峰）日常生活中，任何生活用具都是根据一定的原理构造而成的。

在厨房里，我们经常用到菜刀，其构造原理是什么呢？我们不妨应用自己所学过的物理知识，对其构造上的力学进行分析。

一、菜刀的总体结构分析菜刀主要是由刀刃，刀身和刀把三部分构成的。

从总的分析，刀刃和刀身都是用钢铁制成的，而刀把则是木头。

其原因是由于钢铁的硬度较大，可以用来剁切许多坚硬的东西。

刀把如果也用钢铁制成，则使用起来就非常笨重了，为此是用木头代替，既省钢铁材料，使用起来又轻便又省力。

再则，由于刀身是质量较大的钢铁材料制成的，其重心是在刀身上。

用菜刀切东西时，就相当于使用杠杆工作，这时手作用在刀把上力的力臂大于切东西的阻力臂，这样就达到省力的目的。

二、菜刀的局部构造分析1、对刀刃的力学分析菜刀的刀刃是用来切削食物的。

刀刃的横截面是一个三角形，且刃尖是非常锐利，即是三角形的顶角0很小。

当我们使用菜刀切削食物时，给刀刃施加作用力F时，由于刀刃与食物接触面积极小，产生的压强便非常大，从而把食物割开。

同时这个力F会产生另一个效果，即是使刀刃对两侧面推压食物，把食物切开。

从力的分解角度来看，刀刃对两个侧面的推压作用力为F和F为力F的两个分力。

若刀刃的截面是等腰三角形，则根据力的平行四边形定则可知，F=F=F/2Sin0 .当0角越小时，推压力F就越大。

切削用量对切削力的影响比较Prepared on 22 November 2020切削用量对切削力的影响比较（陕西理工学院机械工程学院）摘要：通过分析切削力单因素实验，探讨切削用量对切削力的影响规律；同时讨论刀具几何参数对切削力的影响，得出一般结论；进而对比说明精密切削切削力的特殊规律。

关键词：切削变形；切削力；刀具；精密切削；规律1.引言金属机械加工过程中，产生的切削力直接影响工件的粗糙度和加工精度，同时也是确定切削用量的基本参数。

所以掌握切削用量对切削力的影响规律也显得重要。

本文从一般切削和精密切削两个方面对切削用量对切削力的影响规律做初步探讨。

2.金属切削加工机理金属切削加工是机械制造业中最基本的加工方法之一。

金属切削加工是指在金属切削机床上使用金属切削刀具从工件表面上切除多余金属，从而获得在形状、尺寸精度及表面质量等方面都符合预定要求的加工。

切削加工原理利用刀具与工件之间的相对运动，在材料表面产生剪切变形、摩擦挤压和滑移变形，进而形成切屑。

切削变形根据金属切削实验中切削层的变形，如图1-2，可以将切削刃作用部位的切削层划分为3个变形区。

第Ⅰ变形区：剪切滑移区。

该变]3[形区包括三个过程，分别是切削层弹 性变形、塑性变形、成为切屑。

第Ⅱ变形区：前刀面挤压摩擦区。

该变形区的金属层受到高温高压作用， 使靠近刀具前面处的金属纤维化。

第Ⅲ变形区：后刀面挤压摩擦区。

该变形区造成工件表层金属纤维化与 图1-2切削层的变形区加工硬化，并产生残余应力。

3.切削力切削力是指切削过程中作用在刀具或工件上的力，它是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。

切削力来源根据切削变形的不同，切削过程中刀具会受到三种力的作用，即： （1）克服切削层弹性变形的抗力 （2）克服切削层塑性变形的抗力（3）克服切屑对刀具前面、工件对刀具后面的摩擦力切削力的合成与分解图2-2切削力合力和分力图2-2为车削外圆时切削力的合力与分力示意图。

切削力与切削温度对刀具性能的影响分析切削力和切削温度是刀具性能关键参数，对于刀具的寿命和切削质量具有重要影响。

本文将分析切削力和切削温度对刀具性能的影响，并探讨相应的优化方法，以提高刀具的使用寿命和加工效率。

首先，切削力是指刀具对工件施加的力，它是切削过程中切削力学特性的直接体现。

切削力大小与刀具本身的刚度、刀具形状、切削条件等因素密切相关。

过大的切削力会导致刀具受力过大，易发生断裂、磨损等情况，从而降低刀具的使用寿命。

其次，切削温度是指切削过程中刀具与工件接触处的温度。

切削温度的升高主要由切削热引起，切削热是因为切削过程中机械能转化为热能所产生的现象。

过高的切削温度会导致刀具表面出现氧化、烧蚀等现象，从而加速刀具的磨损，降低刀具寿命。

切削力和切削温度的大小与刀具材料的选择密切相关。

对于切削力来说，刀具材料的硬度、韧性和强度等参数将直接影响切削过程中的切削力大小。

通常情况下，硬度较高的刀具材料会具有较大的切削力，而韧性较好的刀具材料则可降低切削力的大小，从而提高刀具的使用寿命。

在切削温度方面，刀具材料的导热性能是一个重要因素。

通常情况下，导热性好的刀具材料能够迅速将切削热传递至刀具周围和冷却液中，并加速热量的散去，从而降低切削温度。

刀具材料的润滑性能也会影响切削温度的大小。

良好的润滑性能可以降低切削面与刀具的摩擦阻力，减少切削热的产生，从而降低切削温度。

此外，切削参数的选择对切削力和切削温度的影响也不可忽视。

合理选择切削参数如切削速度、进给量和切削深度等，可以有效减小切削力和切削温度。

降低切削温度的方法还可以通过加工液的冷却和润滑作用来达到，以减少切削过程中切削热的积聚和刀具表面的磨损。

为了更好地优化切削力和切削温度，一些先进的刀具设计和制造技术被广泛应用。

例如，采用涂层技术可以提高刀具的耐磨性和润滑性能，从而降低切削力和切削温度。

刀具的复合结构设计、减少刀具材料的残留应力等技术也被广泛研究，以提高刀具的刚度和热稳定性。

《机械制造技术基础》习题集0 绪论0.1什么是制造和制造技术?0.2机械制造业在国民经济中有何地位？为什么说机械制造业是国民经济的基础？0。

3如何理解制造系统的物料流、能量流和信息流？0.4什么是机械制造工艺过程？机械制造工艺过程主要包括哪些内容？0.5什么是生产纲领，如何确定企业的生产纲领？0.6什么是生产类型？如何划分生产类型？各生产类型各有什么工艺特点？0.7企业组织产品的生产有几种模式？各有什么特点？0.8按照加工过程中质量m的变化，制造工艺方法可分为几种类型?并说明各类方法的应用范围和工艺特点。

1．金属切削加工的基本知识1．1何谓切削用量三要素?它们是怎样定义的?1．2刀具标注角度参考系有几种?它们是由什么参考平面构成的?试给这些参考平面定义？1．3 试述刀具标注角度的定义。

一把平前刀面外圆车刀必须具备哪几个基本标注角度？这些标注角度是怎样定义的？它们分别在哪个参考平面内测量？1．4试述判定车刀前角γ0、后角α0和刃倾角λs,正负号的规则。

1．5试述刀具标注角度与工作角度的区别。

为什么横向进给时，进给量不能过大?1．6曲线主切削刃上各点的标注角度是否相同，为什么？1．7 试标出图1-1所示端面切削情况下该车刀的γ0，α0,λs,αn，k r，k r'，γ0’，α0’，以及αp，f，h D,b D。

如果刀尖的安装高于工件中心h值，切削时a，b点的实际前、后角是否相同？以图说明之。

图1—1 题1。

7图示1．8 砂轮的特性有哪些?砂轮的硬度是否就是磨料的硬度？如何选择砂轮？1．9常用刀具材料的种类有哪些?它们有什么特性？从化学成分、物理机械性能说明陶瓷、立方氮化硼、金刚石刀具材料的特点和应用范围.1．10刀具材料必须具备哪些性能?1．11 试列举普通高速钢的品种与牌号，并说明它们的性能特点及应用.试列举常用硬质金的品种与牌号，并说明它们的性能特点及应用范围2．金属切削过程的基本规律及其应用2．1金属切削过程的本质是什么?切削过程中的三个变形区是怎样划分的？各变形区有特征?2．2影响加工表面粗糙度的因素有哪些？如何减小表面粗糙度？2．3影响切屑变形的因素有哪些？它们是怎样影响切屑变形的?2．4 试判断题图2—1（a）、(b）两种切削方式哪种平均变形大，哪种切削力大,为什么?切削条件：k r＝90°，rε＝0.5 mm，αp＝1 mm，f＝1 mm／r.题图2-1 习题4用图2．5 切屑类型有哪几种?各种类型切屑的形成条件是什么？切屑形状有哪几种？切削塑性金属时，为了使切屑容易折断可采用哪些措施？2．6影响切削力的因素有哪些？它们是怎样影响切削力的？2．7 用k r＝60°、γ0＝20°的外圆车刀在CA 6140车床上车削细长轴，车削后工件呈腰鼓形，其原因是什么？在刀具上采用什么措施可以减小甚至消除此误差?2．8 试分析k r＝93°的外圆车刀车削外圆时工件的受力情况.2．9 在CA6140车床上车削调质处理的45钢，其硬度为HB＝229;刀具材料为YTl4;车刀几何参数为：γ0＝15°,α0＝6°，α’0＝6°，k r＝75°，λs＝0，b r1＝0。

切削力动力学建模与控制研究切削力动力学建模与控制研究是近年来制造业领域的一个重要研究方向。

随着数控技术在机械加工领域的广泛应用，越来越多的科学家和工程师开始关注如何准确估计和控制切削过程中的切削力，以提高切削效率、降低能耗和提升加工质量。

本文将介绍切削力动力学建模与控制研究的方法和进展。

一、背景和意义切削力是在机械加工过程中产生的重要力学现象，它与切削工具的材料、几何形状、表面质量等因素密切相关。

准确估计和控制切削力对于提高机械加工的效率和质量是至关重要的。

过高的切削力会导致刀具磨损和变形，甚至引起加工质量下降和工具断裂等问题；而过低的切削力则无法实现充分切削效果。

因此，开展切削力动力学的建模与控制研究，可以为实现优化加工提供科学依据和方法。

二、切削力动力学建模方法切削力动力学建模是切削力研究的核心内容，也是实现切削力控制的基础。

建模方法的选择和精度对于准确估计切削力至关重要。

目前常用的切削力建模方法主要有经验公式法、力学法、有限元法和神经网络法等。

经验公式法是一种基于实验数据或理论公式的简单而有效的方法。

通过对大量实验数据进行拟合，可以得到与切削参数和工件材料性质相关的经验公式，从而推算出切削力。

这种方法运算简单，但受限于数据质量和拟合条件，模型精度有一定程度的局限。

力学法是基于力学原理建立的切削力模型。

通过对刀具和工件之间的接触、切削区域的应力和变形等进行建模分析，可以得到比较准确的切削力估计结果。

力学法需要较为复杂的数学计算和较高的理论背景，但可以提供一定的理论指导，并在特定条件下提供更准确的切削力预测。

有限元法是一种常用的数值模拟方法。

它通过将刀具和工件离散化为一系列小单元，利用有限元分析软件进行力学计算和模拟，从而得到切削力的分布和大小。

有限元法可以考虑复杂的切削过程和材料行为，模型精度相对较高，但计算时间较长且需要较高的计算资源。

神经网络法是一种基于人工智能的切削力建模方法。

通过对已有数据进行训练和学习，神经网络可以将输入参数和对应的切削力进行映射和预测。

您要打印的文件是：切削力计算的经验公式打印本文切削力计算的经验公式作者：佚名转贴自：本站原创度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。

强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。

灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。

材料的高温强度高，切削力增大。

⑵切削用量的影响①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。

加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。

在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。

因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。

②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。

这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。

在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。

约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。

图3-15 切削速度对切削力的影响切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。

⑶刀具几何参数的影响①前角的影响前角γo加大，被切削金属的变形减小，切削厚度压缩比值减小，刀具与切屑间的摩擦力和正应力也相应下降。

因此，切削力减小。

但前角增大对塑性大的材料(如铝合金、紫铜等)影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料(灰铸铁、脆铜等)，因切削时塑性变形很小，故前角变化对切削力影响不大。

外圆切削刀具受力分析与研究李庆华;庞楠【摘要】In the process of cutting, the interaction of the cutting tools and working pieces is an important factor affecting the quality of machining, which is also a crucial link in processing system. In order to get a better processing quality and improve the efficiency of cutting, this paper, taking the carbide cutter as an example, establishes a complete analysis system based on analyzing the cylindrical cutting tool force. Through the finite element simulation analysis and experimental analysis on the internal stress and deformation in the process of cutting, it gets the change law of deformation and internal stress in machining, laying a foundation for related research about subsequent optimization of the geometry angle of cutting tools.%在切削加工过程中，刀具和工件的相互作用是影响切削加工质量的重要因素，也是加工系统中至关重要的环节，为了加强质量，提高切削效率，本文以硬质合金刀具切削外圆为例，对刀具受力情况进行了分析和研究，建立了完整的分析系统；对切削加工过程中刀具内应力及变形情况进行了有限元仿真分析和试验分析，得到了加工过程中刀具内应力及变形的变化规律，为后续刀具几何角度优化的相关研究奠定了基础。

刀具设计力学分析实验报告1. 引言刀具是机械加工过程中的重要工具，其设计合理与否直接影响到加工质量和效率。

在刀具的设计过程中，力学分析是必不可少的一项工作，通过力学分析可以评估刀具的强度和刚度，在保证刀具稳定工作的基础上，最大限度地提高切削效率。

本实验旨在通过力学分析，对一种特定刀具的设计进行评估和优化，以期提高其强度和刚度，从而提高切削效率。

2. 实验目的- 了解刀具的工作原理和设计要求；- 运用力学知识，对刀具进行受力分析；- 分析刀具的强度和刚度，并提出优化设计建议。

3. 实验原理3.1 刀具受力分析刀具在切削过程中受到各种力的作用，其中主要包括切向力、径向力和弯矩。

刀具的强度和刚度决定了其是否能够承受这些力，因此需要对切削力进行合理的受力分析。

3.2 刀具的强度和刚度评估刀具的强度是指刀具在工作过程中能够承受的最大力，通常通过材料的屈服强度和断裂强度进行评估。

刚度则是指刀具抵抗变形的能力，主要与刀具的几何形状和材料刚度相关。

4. 实验步骤1. 根据实验要求，选择一种特定刀具，并进行刀具的几何形状测量；2. 运用力学知识，对刀具进行受力分析，计算刀具在切削过程中所受到的切向力、径向力和弯矩；3. 根据刀具的材料特性和尺寸参数，评估刀具的强度和刚度；4. 提出刀具的优化设计建议，以提高切削效率。

5. 实验结果与分析经过对刀具的受力分析和强度刚度评估，得到刀具在切削过程中所受到的切向力为XN、径向力为YN、弯矩为MN。

根据刀具的材料特性和尺寸参数计算得到刀具的最大强度和刚度为XMPa和YGN/m。

通过分析刀具的受力情况，发现在切向力和弯矩较大的情况下，刀具可能存在断裂和变形的风险。

因此，建议在优化设计中增加刀具的强度，可以选择更高强度的材料或者增加刀具的截面面积。

另外，刀具的刚度也是影响切削效果的重要因素。

刚度较低的刀具容易引起振动，导致切削表面质量下降。

在优化设计中，可以通过增加刀具的刚度，如适当增大刀具的直径或增加刀尖角度，来提高切削效果。

第48卷第9期林业机械与木工设备 Vol 48 No. 92020 年 9 月FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENT Sep. 2020研究与设计轮廓精加工的刀路分析及对比徐军平(江苏省常州刘国钧高等职业技术学校，江苏常州213000)摘要：对传统外圆精加工提出针对性的进刀方式优化,从理论、微观、能达成的尺寸精度、耐用度、工作 效率、适用性等方面进行分析和总结，对改进后的加工路径进行分析。

关键词：数控车；外圆精加工;加工路径中图分类号:TG519文献标识码:A文章编号：2095 -2953(2020)09 -0059 -04Analysis and Comparison of Tool Path for Contour FinishingXU Jun-ping(Changzhou Liu Guojun Vocational Technology College ,Changzhou Jiangsu 213000,China)Abstract : A targeted feed method was proposed for traditional cylindrical finishing , with analysis and summary con ­ducted from theoretical , microscopic , achievable dimensional accuracy , durability , work efficiency and applicabilityangles,etc. with the machining path after improvement analyzed.Key words ： CNC lathe ； cylindrical finishing ； machining path对外圆精加工走刀方式进行深入研究,全面解 析数控车加工中外圆径向精加工的每个要点，以提 高产品加工精度和质量稳定性UT 。

第一章引言1.1本课题研究的意义随着计算机技术和计算方法的发展，负责的工程问题可以采用离散化的数值计算技术并借助计算机得到满足工程要求的数值解。

数值模拟技术是现代工程学形成和发展的重要推动力之一。

目前，在工程领域应用最广泛的数值模拟方法是有限元法，有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据和有效手段。

ANSYS能对有效的模拟可转位刀具的受力分析，选择合理的刀具结构、几何参数及切削用量参数是提高其切削性能的重要因素，国际生产研究会（CIRP）的一项研究报告指出：“由于刀具材料的改进，刀具使用寿命每隔十年几乎提高一倍；而由于刀具结构和几何参数的改进，刀具使用寿命每隔十年几乎提高二倍”。

由此可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其及其重要的现实意义。

此外，在生产中，切削用量的合理选择是一个很重要的问题，它与生产率、加工成本、利润和加工质量等有着密切的联系，所以根据刀具最低有效应力标准来优化切削用量可以达到最优的经济技术指标，具有可观的经济效益。

基于有限元的方法来对刀具的应力应变进行分析进而得出刀具的最佳几何参数一直是研究的热点。

该方法利用基于有限元的数值模拟技术，在计算机上通过建立有限元模型、输入材料性能参数、加载、计算来真实地模拟出切削的整个过程，从而可得出切削区及刀具中的应力应变的变化。

在此基础上分析不同几何参数下刀具的应力应变分布，进而选取合理的优化标准，并结合刀具材料的性能特点，设计出较合理的刀具结构及几何参数。

因此，随着新型刀具材料的发展，明确切削力和刀片夹紧力在刀片和刀槽之间接触表面上的分布情况是非常重要的，这样就更有利于刀片和刀具的设计，以便防止塑性变形和疲劳破损的产生，确保刀片和刀具的性能。

随着CAE技术的发展，应用有限元方法进行车削过程仿真分析，可以研究切削的流动状态、刀具-工件的车削应力-应变状况和温度场分布状态等，研究的结果对车削过程的优化起到一定的作用。

切削力与切削功率切削力与切削功率切削力与切削功率计算切削力及其分解、切削功率（1）切削力产生与切削力分解切削加工时，刀具作用下，被切削层金属、切屑和工件已加工表面金属都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形所产生抗力分别作用前刀面和后刀面上：同时，切屑沿前刀面流出，刀具与工件之间有相对运动，还有摩擦力作用刀面和后刀面上。

这些作用刀具上合力就是总切削力F，简称切削力。

F受很多因素影响，，其大小和方向都是不固定。

便于分析切削力作用和测量切削力大小，常常将总切削力F分解为如图1-9所示三个互相垂直切削分力：1)切削力F c是总切削力主运动方向上分力。

，它垂直与基面，是切削力中最大一个切削分力。

其所消耗功率占总功率95%~99%。

它是计算机床动力，校核刀具、夹具强度与刚度主要依据之一。

2) 背向力F p是总切削力切削深度方向上分力。

它基面内，与进给运动方向垂直。

图1-9 切削力分解此力作用机床一夹具一工件一刀具系统刚度最弱方向上，容易引起振动与加工误差，它是设计和校验系统刚度和精度基本参数。

3) 进给力F f是总切削力进给运动方向上分力。

它基面内，与进给运动方向一致。

F f作用机床进给机构上，是计算和校验机床进给系统动力、强度及刚度主要依据之一。

由图1-9可知，总切削力F与三个切削分力之间关系为（1-1）（2）切削功率消耗切削过程中功率称为切削功率p m。

切削功率为切削力F c--和进给力F f所消耗功率之和，因背向力F p没有位移，不消耗功率。

切削功率（W）为（1-2）式中：F c—切削力（N）υc—切削速度（m/s）F f—进给力（N）υf—进给速度（mm/s）。

一般情况下，F f所消耗功率（约占p m1%~2%）远小于F c所消耗功率，，式（1-2）可简化为（1-3）按上式求P m后，如要计算机床电动机功率P E，还应将P m除以机床传动效率ηm（一般取ηm=0.75~0.85），即(1-4)2.切削分力经验公式目前，生产中计算切削分力经验公式可分为两类：一类是按单位切削力进行计算。

75°可转位外圆车刀1 75°可转位外圆车刀已知:工件材料Cr18NiTi，使用机床CA6140，加工后dm=26,Ra=3.2,需粗、半精车完成，加工余量3.0mm，设计装C刀片75°直头外圆车刀。

设计步骤：1.选择刀片夹固结构考虑到加工是在CA6140普通机床上进行，属于连续切削，参照表2-1典型车刀夹固结构简图和特点，采用偏心式刀片夹固结构。

2．选择刀片材料由原始条件结构给定：被加工工件材料为灰铸铁，连续切削，完成粗车、半精车两道工序，按照硬质合金的选用原则，选取刀片材料（硬质合金牌号）为YG6。

3.选择车刀合理角度根据刀具合理几何参数的选择原则，并考虑到可转位车刀：几何角度的形成特点，选取如下四个主要角度（1）前角=14°，（2）后角=6°（3）主偏角=75°，（4）刃倾角=-6°的实际数值以及副后角和副偏角在计算刀槽角度时，经校验后确定。

后角4.选择切削用量根据切削用量的选择原则，查表确定切削用量为：粗车时：切削深度ap=3mm，进给量f=0.5mm/r，切削速度v=90m/min半精车时:ap=1mm，f=0.4mm/r，v=130m/min5,选择刀片型号和尺寸（1）选择刀片有无中心固定孔由于刀片夹固结构已选定为偏心式式，因此应选用有中心固定孔的刀片。

（2）选择刀片形状按选定的主偏角=75°，选用棱形80°刀片。

（3）选择刀片精度等级选用U级(4)选择刀片边长内切圆直径d （或刀片边长L ）根据已选定的ap,Kr,λs ，可求出刀刃的实际参加工作长度Lse 。

为；Lse=s r K ap λcos sin =οο6cos 75sin 3-=3.123mm L ﹥1.5Lse=4.685因为是棱形 ，d›4.525(5)选择刀片厚度S根据ap,f ，利用诺模图，得S ≧4.8（6）选择刀尖圆半径rε：根据ap,f, 利用诺模图，得连续切削εr =0.8（7）选择刀片断屑槽型式和尺寸根据条件，选择V 型。