Einflussfaktoren der geringen Schneidkrafteffizienz der CNC-Fräsmaschine

Beim Schneiden von Metall auf einer CNC-Fräsmaschine wird die Kraft, die erforderlich ist, damit das Werkzeug in das Werkstück schneidet, um das Werkstückmaterial in Späne zu verformen, als Schnittkraft bezeichnet. Die Schnittkraft ist eine wichtige Grundlage für die Berechnung der Schnittleistung, die Auslegung von Werkzeugen, Werkzeugmaschinen und Werkzeugmaschinenvorrichtungen sowie die Formulierung von Schnittparametern. In der automatisierten Produktion kann die Schneidkraft auch zur Überwachung des Schneidvorgangs und des Arbeitszustands des Werkzeugs verwendet werden.

Schnittkraft und Schneidleistung der CNC-Fräsmaschine

1. Die Quelle der Schneidkraft der CNC-Fräsmaschine.

Die Quelle der Schnittkraft ist einerseits der Widerstand, der durch elastische Verformung und plastische Verformung während des Spanbildungsprozesses entsteht; andererseits ist es der Reibungswiderstand zwischen Span und Spanfläche des Werkzeugs und der Reibungswiderstand zwischen Werkstück und Flanke des Werkzeugs .

2. Schneidkraft und Zersetzung.

Die Gesamtschneidkraft F beim Schneiden ist eine räumliche Kraft. Um die Messung und Berechnung zu erleichtern, um den Anforderungen von Werkzeugmaschinen, Vorrichtungen, Werkzeugkonstruktionen und Prozessanalysen gerecht zu werden, wird F häufig in drei zueinander senkrechte Schnittkomponentenkräfte Fc, Fp und Ff zerlegt.

(1) Die Hauptschneidkraft Fc ist die Projektion der Gesamtschneidkraft F in die Hauptbewegungsrichtung, und ihre Richtung ist senkrecht zur Grundfläche. Fc ist eine wichtige Grundlage für Computerbettleistung, Werkzeugfestigkeit, Vorrichtungsdesign und Auswahl von Schnittparametern. Fc kann durch empirische Formel oder Einheit der Schnittkraft kc (Einheit ist N/mm) berechnet werden:Fc=kcAD=kchDbD=kcapf.

(2) Die Gegenkraft Fp ist die Kraftkomponente der Gesamtschneidkraft F senkrecht zur Vorschubrichtung. Es ist der Hauptfaktor, der die Verformung des Werkstücks beeinflusst und die Vibration des Systems verursacht.

(3) Die Vorschubkraft Ff ist die Schneidkomponentenkraft der Gesamtschneidkraft zu F in der Vorschubbewegungsrichtung. Es ist die Hauptgrundlage für die Konstruktion und Überprüfung des Vorschubmechanismus der Werkzeugmaschine und der Vorschubleistung des Computerbetts.

Schnittkraft ist die Gesamtschnittkraft F, zerlegt in Fc und FD, FD wird zerlegt in Fp und Ff, ihre Beziehung ist Ff=FDsinkr; Fp=FDcoskr.

3. Schnittleistung der CNC-Fräsmaschine.

Die Schneidleistung bezeichnet die durch die Schneidkraft während des Schneidvorgangs abgegebene Leistung, ausgedrückt in pm, und die Einheit ist kW. Beim Drehen des Außenkreises ist es die Summe aus der Hauptschnittkraft Fc und der Leistungsaufnahme der Vorschubkraft Ff. Da der Stromverbrauch der Vorschubkraft Ff sehr klein ist (nur 1%5%), kann der Stromverbrauch des allgemeinen Ff vernachlässigt werden, und Fp funktioniert nicht, also erhalten wir die Formel Pm=Fcυc×10, wobei Fc ist die Hauptschneidkraft (N); υc ist die Schnittgeschwindigkeit (m/s).

Unter Berücksichtigung der Übertragungseffizienz der Werkzeugmaschine kann die Motorrate PE der Werkzeugmaschine aus der Schneidleistung Pm erhalten werden, d. h. PE≥Pm/, wobei die Übertragungseffizienz der Werkzeugmaschine im Allgemeinen 0,75 bis 0,85 ist.

Die Hauptfaktoren, die die Schneidkraft der CNC-Fräsmaschine beeinflussen

1. Der Einfluss des Werkstückmaterials auf die CNC-Fräsmaschine.

Je höher die Festigkeit und Härte des Werkstückmaterials ist, desto geringer ist zwar die Schnittverformung, aber dennoch die Gesamtschnittkraft. Bei Materialien mit ähnlicher Verarbeitungsfestigkeit und Härte ist die Plastizität groß und der Reibungsfaktor mit dem Werkzeug ist ebenfalls groß, sodass die Schneidkraft erhöht wird. Bei spröden Materialien ist aufgrund der geringen plastischen Verformung die Reibung zwischen dem Span und der Spanfläche des Werkzeugs gering, sodass die Schnittkraft gering ist

2. Der Einfluss der Schnittmenge der CNC-Fräsmaschine

(1) Der Betrag ap und der Vorschubbetrag f des hinteren Messers.

Wenn f und ap zunehmen, vergrößert sich die Schnittfläche und die Hauptschnittkraft nimmt ebenfalls zu, aber der Grad der Beeinflussung der beiden ist unterschiedlich. Beim Drehen wird bei Verdoppelung von ap die Hauptschneidkraft ungefähr verdoppelt; bei Verdoppelung von f erhöht sich die Hauptschnittkraft nur um 68 % auf 86 %. Daher ist es im Schneidprozess unter Berücksichtigung der Hauptschneidkraft und Schneidleistung vorteilhafter, die Vorschubgeschwindigkeit zu erhöhen als den Rückschnittbetrag zu erhöhen.

(2) Schnittgeschwindigkeit υc.

Die Einflusskurve der Schnittgeschwindigkeit auf die Schnittkraft bei der Bearbeitung von 45er Stahl (ap=4mm, f=0.3mm/r) mit dem YT15 Hartmetall-Drehwerkzeug. Beim Schneiden von plastischen Metallen im Aufbauschneidenbereich kann das Wachstum der Aufbauschneide den tatsächlichen Spanwinkel des Werkzeugs erhöhen, die Spanverformung verringern und die Schnittkraft verringern; umgekehrt erhöht die Reduzierung der Aufbauschneide die Schnittkraft. Wenn keine Aufbauschneide vorhanden ist, steigt mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit υc die Schnitttemperatur, die Reibung der Spanfläche nimmt ab, die Verformung nimmt ab und die Schnittkraft nimmt ab. Daher wird Hochgeschwindigkeitsschneiden häufig in der Produktion eingesetzt, um die Produktivität zu verbessern. Beim Schneiden von spröden Metallen steigt υc und die Schnittkraft nimmt leicht ab.

3. Der Einfluss geometrischer Parameter von CNC-Fräsmaschinen

(1) Spanwinkel.

Der Spanwinkel hat den größten Einfluss auf die Schnittkraft. Beim Schneiden von Kunststoffmetallen nimmt der Spanwinkel zu, was die Extrusionsverformung und Reibung des zu schneidenden Materials verringern, die Spanabfuhr glätten und die Gesamtschneidkraft verringern kann. Beim Schneiden von spröden Metallen hat der Spanwinkel keinen Einfluss auf die Schnittkraft. offensichtlich.

(2) Negatives Fasen.

Das Schleifen einer negativen Fase an einer scharfen Schneidkante kann die Festigkeit der Schneide erhöhen und dadurch die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern, aber zu diesem Zeitpunkt nimmt die Verformung des zu schneidenden Metalls zu, was die Schneidkraft erhöht.

(3) Eingabewinkel.

Der Einfluss des Eintrittswinkels auf die Schnittkraft erfolgt hauptsächlich durch die Änderung der Schnittstärke und der Länge der Kopfbogenkurve, um die Verformung und damit die Schnittkraft zu beeinflussen. Der Eintrittswinkel hat einen geringen Einfluss auf die Hauptschnittkraft Fc, aber einen erheblichen Einfluss auf das Verhältnis von Gegenkraft Fp und Vorschubkraft Ff. F’D ist der Rückwärtsschub des Werkstücks gegen das Werkzeug. Da F’p=F’Dcoskr, F’f=F’dsinkr, erhöht eine Vergrößerung des Eintrittswinkels kr die Vorschubkraft F’f und die Gegenkraft F’ p nimmt ab. Beim Drehen schlanker Werkstücke kann ein größerer Einstellwinkel gewählt werden, um die Biegeverformung des Werkstücks zu verringern oder zu verhindern.

4. Der Einfluss anderer Faktoren.

Die Reibung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstückmaterial

Unter gleichen Schnittbedingungen haben HSS-Werkzeuge die größte Schnittkraft, gefolgt von Hartmetallwerkzeugen und Keramikwerkzeugen am geringsten. Die Verwendung von Schneidflüssigkeit im Schneidprozess kann die Schneidkraft verringern, und je höher die Schmierleistung der Schneidflüssigkeit ist, desto deutlicher ist die Verringerung der Schneidkraft. Je stärker der Freiflächenverschleiß, desto größer die Reibung und desto größer die Schnittkraft.