Podczas skrawania metalu na frezarce CNC siła potrzebna do tego, aby narzędzie wcinało się w przedmiot obrabiany i odkształcało materiał przedmiotu obrabianego na wióry, nazywana jest siłą skrawania. Siła skrawania stanowi ważną podstawę do obliczania mocy skrawania, projektowania narzędzi, obrabiarek i zamocowań obrabiarek oraz formułowania parametrów skrawania. W produkcji zautomatyzowanej siłę skrawania można również wykorzystać do monitorowania procesu skrawania i stanu pracy narzędzia.
Źródłem siły skrawania jest z jednej strony opór wytwarzany przez odkształcenia sprężyste i plastyczne podczas procesu tworzenia się wiórów, a z drugiej strony opór tarcia między wiórem a powierzchnią natarcia narzędzia oraz opór tarcia między przedmiotem obrabianym a powierzchnią natarcia narzędzia. .
Całkowita siła skrawania F podczas skrawania jest siłą przestrzenną. W celu ułatwienia pomiarów i obliczeń, aby sprostać wymaganiom obrabiarki, zamocowania, konstrukcji narzędzia i analizy procesu, siłę F często rozkłada się na trzy wzajemnie prostopadłe siły składowe skrawania Fc, Fp i Ff.
(1) Główna siła skrawania Fc jest rzutem całkowitej siły skrawania F w kierunku ruchu głównego, a jej kierunek jest prostopadły do powierzchni podstawy. Fc jest ważną podstawą do określenia mocy łoża komputera, wytrzymałości narzędzia, konstrukcji zamocowania oraz doboru parametrów skrawania. Fc można obliczyć za pomocą wzoru empirycznego lub jednostkowej siły skrawania kc, (w N/mm): Fc=kcAD=kchDbD=kcapf.
(2) Siła wsteczna Fp jest siłą składową całkowitej siły skrawania F prostopadłą do kierunku posuwu. Jest to główny czynnik wpływający na odkształcenie przedmiotu obrabianego i powodujący drgania układu.
(3) Siła posuwu Ff to siła składowa całkowitej siły skrawania F w kierunku ruchu posuwowego. Stanowi ona główną podstawę projektowania i sprawdzania mechanizmu posuwu obrabiarki oraz siły posuwu łoża komputerowego.
Siła skrawania jest to całkowita siła skrawania F rozkładana na Fc i FD, FD rozkładana jest na Fp i Ff, ich związek jest następujący: Ff=FDsinkr; Fp=FDcoskr.
Moc skrawania odnosi się do mocy rozpraszanej przez siłę skrawania podczas procesu skrawania, wyrażonej w pm, a jej jednostką jest kW. Podczas toczenia okręgu zewnętrznego jest to suma głównej siły skrawania Fc i poboru mocy przez siłę posuwu Ff. Ponieważ pobór mocy przez siłę posuwu Ff stanowi niewielką część (tylko 1%5%), pobór mocy przez siłę ogólną Ff można pominąć. Ponadto Fp nie wykonuje pracy, więc otrzymujemy wzór Pm=Fcυc×10, gdzie Fc to główna siła skrawania (N); υc to prędkość skrawania (m/s).
Biorąc pod uwagę sprawność przenoszenia napędu obrabiarki, współczynnik mocy silnika PE obrabiarki można uzyskać z mocy skrawania Pm, czyli PE≥Pm/, gdzie PE to sprawność przenoszenia napędu obrabiarki, zwykle od 0,75 do 0,85.
Im wyższa wytrzymałość i twardość materiału obrabianego, tym deformacja skrawania jest nieco mniejsza, ale całkowita siła skrawania jest nadal większa. W przypadku materiałów o podobnej wytrzymałości i twardości, plastyczność jest duża, a współczynnik tarcia z narzędziem jest również duży, więc siła skrawania jest zwiększona; w przypadku materiałów kruchych, ze względu na małe odkształcenia plastyczne, tarcie między wiórem a powierzchnią natarcia narzędzia jest małe, więc siła skrawania jest mała.
(1) Wielkość ap i wielkość posuwu f noża tylnego.
Gdy f i ap wzrastają, zwiększa się powierzchnia skrawania i główna siła skrawania, ale stopień wpływu tych dwóch czynników jest różny. Podczas toczenia, gdy ap jest podwojone, główna siła skrawania jest około dwukrotnie większa; gdy f jest podwojone, główna siła skrawania jest zwiększona tylko o 68% do 86%. Dlatego w procesie skrawania, biorąc pod uwagę główną siłę skrawania i moc skrawania, korzystniejsze jest zwiększanie posuwu niż zwiększanie ilości cięcia wstecznego.
(2) Prędkość skrawania υc. Krzywa wpływu prędkości skrawania na siłę skrawania przy obróbce stali 45 (ap=4mm, f=0,3mm/r) tokarskim narzędziem z węglika spiekanego YT15. Podczas skrawania metali plastycznych, w obszarze krawędzi spiętrzającej, wzrost krawędzi spiętrzającej może zwiększyć rzeczywisty kąt natarcia narzędzia, zmniejszyć odkształcenie wióra i zmniejszyć siłę skrawania; odwrotnie, zmniejszenie krawędzi spiętrzającej zwiększa siłę skrawania. Gdy krawędź nie jest zabudowana, wraz ze wzrostem prędkości skrawania υc wzrasta temperatura skrawania, zmniejsza się tarcie powierzchni natarcia, zmniejsza się odkształcenie i zmniejsza się siła skrawania. Dlatego w produkcji często stosuje się cięcie z dużymi prędkościami w celu zwiększenia wydajności. Podczas cięcia metali kruchych wartość υc wzrasta, a siła skrawania nieznacznie się zmniejsza.
(1) Kąt natarcia. Kąt natarcia ma największy wpływ na siłę skrawania. Podczas skrawania metali plastycznych kąt natarcia zwiększa się, co może zmniejszyć odkształcenie wytłaczania i tarcie materiału obrabianego, ułatwić usuwanie wiórów i zmniejszyć całkowitą siłę skrawania; podczas skrawania metali kruchych kąt natarcia nie ma wpływu na siłę skrawania. oczywiste.
(2) Fazowanie ujemne. Szlifowanie ujemnej fazy na ostrej krawędzi skrawającej może zwiększyć wytrzymałość krawędzi, a tym samym żywotność narzędzia, ale w tym czasie zwiększa się odkształcenie ciętego metalu, co zwiększa siłę skrawania.
(3) Kąt wejścia. Wpływ kąta wejścia na siłę skrawania polega głównie na zmianie grubości cięcia i długości łuku końcówki, co wpływa na odkształcenie, a tym samym na siłę skrawania. Kąt natarcia ma niewielki wpływ na główną siłę skrawania Fc, ale ma znaczący wpływ na stosunek siły wstecznej Fp i siły posuwu Ff. F'D to siła wsteczna docisku przedmiotu obrabianego do narzędzia. Ponieważ F'p=F'Dcoskr, F'f=F'dsinkr, zwiększenie kąta natarcia kr spowoduje zwiększenie siły posuwu F'f, a zmniejszenie siły oporu F' p. Podczas toczenia smukłego przedmiotu można wybrać większy kąt wejścia, aby zmniejszyć lub zapobiec odkształceniu giętnemu przedmiotu.
W tych samych warunkach skrawania narzędzia ze stali szybkotnącej mają największą siłę skrawania, następnie narzędzia z węglika spiekanego, a narzędzia ceramiczne najmniejszą. Zastosowanie cieczy chłodząco-smarującej w procesie skrawania może zmniejszyć siłę skrawania, a im lepsze właściwości smarne cieczy chłodząco-smarującej, tym większe zmniejszenie siły skrawania. Im większe jest zużycie powierzchni bocznej narzędzia, tym większe jest tarcie i tym większa siła skrawania.
