狄寶晶

（長安大學 工程機械學院，西安 710064）

“切削力確立與經(jīng)驗公式建立”計算機輔助實驗教學

狄寶晶

（長安大學 工程機械學院，西安 710064）

根據(jù)筆者多年的教學經(jīng)驗，打破傳統(tǒng)教學模式，總結(jié)并建立了“切削力確立與經(jīng)驗公式建立”的計算機輔助實驗教學。切削力測量與經(jīng)驗公式的建立是大學機械制造專業(yè)金屬切削原理課的重要內(nèi)容，也是本專業(yè)學生認識和處理復雜抽象切削機理的重要環(huán)節(jié)，實用性很強。該課采用計算機輔助教學后，有效改變了以往采取的數(shù)據(jù)處理方法繁瑣且準確性差，數(shù)據(jù)分析不直觀，學生對復雜、抽象的教學內(nèi)容理解較困難的問題，大大提高了學生的學習興趣和學習成績。

計算機 切削力 經(jīng)驗公式

金屬切削過程中，切削用量的大小直接影響著切削力的大小，而切削力又決定著切削溫度的產(chǎn)生，從而直接影響刀具的磨損、破損、使用壽命、加工精度、已加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在實際生產(chǎn)中，切削力又是計算切削功率，制定切削用量，了解切削狀態(tài)，設計和使用金屬切削機床、刀具、夾具的必要依據(jù)。因此，在組合機床、加工中心、柔性制造系統(tǒng)中，切削力顯得尤為重要。以往處理實驗中采集的數(shù)據(jù)方法費時、費力且準確性差，無法從經(jīng)驗公式中直觀了解進給量和切削深度對切削力的影響規(guī)律。而計算機輔助“切削力測量與經(jīng)驗公式建立”的應用，對學生快速、深層認識、研究切削力產(chǎn)生的原因和計算方法，分析和研究切削機理，了解和掌握各切削用量對切削力影響的本質(zhì)特征，提高應用切削力經(jīng)驗公式處理工作中遇到的實際問題的能力等，都有重要的現(xiàn)實意義。鑒于此，筆者總結(jié)多年的教學經(jīng)驗，獨立開發(fā)“切削力測量與經(jīng)驗公式建立計算機輔助實驗教學”應用軟件，以期大大提高學生對其的理解與掌握。

1 切削力及其經(jīng)驗公式

切削力來源有兩個方面：一是切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈性變形、塑性變形所產(chǎn)生的抗力；二是刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。利用材料力學的原理，可以推導出切削力的理論公式。理論公式能夠反映影響切削力因素的內(nèi)在聯(lián)系，有助于分析問題。但是，在推導公式時簡化了許多條件，故與實際切削時的情況差別較大，因而計算出來的切削力不夠精確，目前在實際應用中大多采用經(jīng)驗公式計算切削力。

切削力合力由主切削力Fc、切深抗力Fp、進給抗力Ff相互垂直的三個分力組成。一般情況下，主切削力Fc比Fp、Ff都大得多，承擔著主要切削工作。在實際應用中，主切削力Fc是計算切削功率和設計機床的主要依據(jù)。這里，主要講述主切削力Fc的計算機輔助經(jīng)驗公式建立及計算機輔助分析。

2 軟件應用過程

2.1 ap-Fz雙對數(shù)分析

2.1.1 學生根據(jù)計算機提問輸入

（1）測力儀標定系數(shù)Kc=0.75kg/με，應變儀電標定系數(shù)Kc’=50με/8mm=6.25με/mm。這里，Kc是八角環(huán)測力儀固有的值，是常量；Kc’是學生做實驗前根據(jù)實驗條件，在YD-15型應變儀上實時采集的數(shù)據(jù)，也是常量。

（2）固定切削速度V，改變切削深度ap。當ap1=1mm、ap2=2mm、ap3=3mm、ap4=4mm、ap5=5mm時，進給量f=0.1mm/r。

（3）從光線示波器顯示振子發(fā)出紫外線光點在紫外線感光紙上各位移量：h1=9mm、h2=18mm、h3=26mm、h4=35mm、h5=41mm。

2.1.2 計算機輸出

（1）改變各切削深度時，相對應的各切削力的值Fc1=42.2kg、Fc2=84.4kg、Fc3=121.9kg、Fc4=164.1kg、Fc5=192.1kg。

兒童的慢性疾病對父母與患病子女的關(guān)系也產(chǎn)生重大威脅。一項較早期的研究顯示，先天性心臟病患兒與母親之間的安全依戀顯著少于健康兒童與母親的安全依戀[20]。最近的一些研究進一步證實，患有慢性病的兒童和青少年與父母之間的關(guān)系比健康的同齡人與父母的關(guān)系更糟糕[21]。在有慢性病患兒的家庭中，特別是有癲癇、聽力障礙及哮喘兒童的家庭中，父母對兒童表現(xiàn)出較少溫暖情緒的反應，較多的要求、控制以及過度保護[22]。父母和患兒之間表現(xiàn)出更少的熱情和結(jié)構(gòu)化的溝通，更多的敵意溝通或是放棄溝通[23]。

（2）切削深度與切削力單因素實驗法的雙對數(shù)坐標圖ap-Fc。

（3）確定各切削力在坐標圖中的位置。

（4）計算機根據(jù)一元回歸分析，畫出相對應各切削力值在雙對數(shù)坐標圖中的回歸線。

（5）回歸線傾斜角度及斜率，既切削力經(jīng)驗公式指數(shù)xFc=0.9516。

（6）輸出單因素切削力指數(shù)公式中的系數(shù)CFc=42.7999和主切削力經(jīng)驗公式中系數(shù)1CFc1=382.914。

圖1 ap-Fz雙對數(shù)分析圖

（7）切削深度與切削力單因素法經(jīng)驗公式：Fc=42.7999，計算機通過圖形輸出設備輸出ap-Fz雙對數(shù)分析圖，如圖1所示。

2.2 f-Fz雙對數(shù)分析圖

2.2.1 學生根據(jù)計算機提問輸入

（1）Kc=0.75kg/με、Kc’=50με/8mm=6.25με/mm。

（2）固定切削速度V，改變進給量f。當f1=0.1mm/r、f2=0.2mm/r、f3=0.3mm/r、f4=0.4mm/r、f5=0.5mm/r時，切削深度ap=1mm。

（3）振子光點各位移量h1=9mm、h2=17mm、h3=23mm、h4=29mm、h5=34mm。

2.2.2 計算機輸出

（1）改變各進給量時，相對應的各切削力的值Fc1=42.2kg、Fc2=79.6kg、Fc3=107.8kg、Fc4=135.8kg、Fc5=159.3kg。

（2）切削深度與切削力單因素實驗法的雙對數(shù)坐標圖f-Fc。

（3）確定各切削力在坐標圖中的位置，畫出相對應各切削力值在雙對數(shù)坐標圖中的回歸線。

（4）回歸線傾斜角度及斜率，既切削力經(jīng)驗公式指數(shù)yFc=0.8248。

（5）系數(shù)Cf=208.9599、系數(shù)2CFc2=288.959及主切削力經(jīng)驗公式中最終系數(shù)CFc=335.937。

（6）切削深度與切削力單因素法經(jīng)驗公式：Fc=208.9599f0.8248，主切削力經(jīng)驗公式。計算機通過圖形輸出設備輸出f-Fz雙對數(shù)分析圖，如圖2所示。

圖2 f-Fz雙對數(shù)分析圖

3 軟件應用擴展

（1）計算機自動輸出作者創(chuàng)造性地增加的切削深度與切削力計算機輔助二維分析圖，如圖3所示；進給量與切削力計算機輔助二維分析圖，如圖4所示。

（2）從圖3可以看出，當分別取切削深度ap1=0.2mm、ap2=0.4mm、ap3=0.6mm、ap4=0.8mm，f=0.1mm/r時，將其帶入主切削力經(jīng)驗公式，得到4條單調(diào)上升的曲線，且曲線有一定的弧度。

（3）從圖4可以看出，當分別取進給量f1=0.1mm/r、f2=0.24mm/r、f3=0.3mm/r、f4=0.4mm/r，ap=1mm時，將其帶入主切削力經(jīng)驗公式，得到4條單調(diào)上升的曲線。但是，此時曲線幾乎是直線，由此可得出切削深度對切削力的影響要大于進給量對切削力的影響，曲線單調(diào)上升的速度隨著切削深度或進給量的增加而增加等。仔細分析研究圖3、圖4，學生可深刻了解各切削用量對切削力的影響規(guī)律及相互關(guān)系，從而加深對切削力經(jīng)驗公式的本質(zhì)特征領會，提高學生應用切削力經(jīng)驗公式解決實際問題的能力。

圖3 f-Fz二維分析圖

圖4 ap-Fz二維分析圖

[1]陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2012：110-174.

[2]周澤華.金屬切削原理[M].上海：上海科學技術(shù)出版社，1998.

[3]狄寶晶.金屬切削DBJ計算機輔助分析與計算系統(tǒng)使用說明書.

[4]趙芝眉，丁儒林.金屬切削原理實驗[M].北京：機械工業(yè)出版社，1986.

The Cutting Force of the Establishment of“Computer Aided Experimental Teaching and Experience Formula”

DI Baojing
(School of mechanical engineering Chang'an University, Xi'an 710064)

The author of this paper, according to the teaching experience of the course for many years, has broken the traditional teaching mode and has established the computer aided experimental teaching of "cutting Cutting force establishment and empirical formula establishment".the establishment of cutting force measurement and empirical formula is an important part of the metal cutting principle in University machinery manufacturing. It is also an important part of the students' understanding and handling of complex abstract cutting mechanism. The use of computer assisted instruction, to effectively change the used data processing method is tedious and poor accuracy, data analysis is not intuitive, students to complex and abstract teaching content understanding more difficult problems, greatly improving the students' learning interest and learning results.

Computer,Cutting force,Empirical formula