Jak obliczyć siłę skrawania narzędzi cnc?

Jako zaufany dostawca narzędzi CNC często spotykam klientów, którzy chcą dowiedzieć się, jak obliczyć siłę skrawania narzędzi CNC. Wiedza ta jest kluczowa dla optymalizacji procesów obróbki, zapewnienia trwałości narzędzi i uzyskania wysokiej jakości detali. Na tym blogu omówię kluczowe czynniki związane z obliczaniem siły skrawania i przedstawię kilka praktycznych metod.

Zrozumienie podstaw siły skrawania

Siła skrawania to siła wywierana przez narzędzie skrawające na przedmiot obrabiany podczas procesu obróbki. Składa się z trzech głównych składników: siły stycznej (Ft), siły promieniowej (Fr) i siły osiowej (Fa). Siła styczna to siła, która działa w kierunku prędkości skrawania i odpowiada za usuwanie materiału. Siła promieniowa działa prostopadle do krawędzi skrawającej i może powodować ugięcie narzędzia i przedmiotu obrabianego. Siła osiowa działa wzdłuż osi narzędzia i ma znaczenie przy operacjach takich jak wiercenie.

Czynniki wpływające na siłę skrawania

1. Materiał przedmiotu obrabianego
   Właściwości mechaniczne materiału przedmiotu obrabianego, takie jak twardość, wytrzymałość i plastyczność, mają ogromny wpływ na siłę skrawania. Na przykład twardsze materiały, takie jak stal nierdzewna lub tytan, wymagają większych sił skrawania w porównaniu do bardziej miękkich materiałów, takich jak aluminium. Ważną rolę odgrywa także mikrostruktura materiału. Materiały o strukturze gruboziarnistej mogą wymagać innych sił skrawania niż materiały o strukturze drobnoziarnistej.
2. Geometria narzędzia tnącego
   Geometria narzędzia skrawającego, w tym kąt natarcia, kąt przyłożenia i promień krawędzi skrawającej, wpływa na siłę skrawania. Dodatni kąt natarcia generalnie zmniejsza siłę skrawania, ponieważ umożliwia narzędziu łatwiejsze ścinanie materiału. Jednak zbyt duży dodatni kąt natarcia może osłabić krawędź skrawającą. Kąt przyłożenia zapobiega tarciu narzędzia o obrabiany przedmiot, co może zwiększyć siłę skrawania. Ostry promień krawędzi skrawającej zmniejsza siłę wymaganą do zainicjowania tworzenia się wiórów.
3. Parametry cięcia
   • Szybkość cięcia: Zwiększenie prędkości skrawania zwykle zmniejsza siłę skrawania do pewnego punktu. Przy wyższych prędkościach materiał jest usuwany efektywniej, a proces tworzenia wiórów staje się bardziej stabilny. Jednakże wyjątkowo wysokie prędkości skrawania mogą prowadzić do zużycia narzędzia i zwiększenia sił skrawania w wyniku wytwarzania ciepła.
   • Szybkość podawania: Szybkość posuwu to odległość, o jaką przemieszcza się narzędzie na obrót lub na ząb. Większa prędkość posuwu zazwyczaj zwiększa siłę skrawania, ponieważ w jednostce czasu usuwa się więcej materiału.
   • Głębokość cięcia: Większa głębokość skrawania wymaga większej siły do ​​usunięcia materiału. Wraz ze wzrostem głębokości skrawania zwiększa się również powierzchnia przekroju wióra, co skutkuje większymi siłami skrawania.

Metody obliczania siły skrawania

1. Wzory empiryczne
   Wzory empiryczne są szeroko stosowane w przemyśle do szacowania siły skrawania. Wzory te opierają się na danych eksperymentalnych i uwzględniają czynniki wymienione powyżej. Jednym z najczęstszych wzorów empirycznych operacji toczenia jest równanie Kupca:
   [F_{t}=K_{c} \cdot A_{c}]
   gdzie (F_{t}) to styczna siła skrawania, (K_{c}) to konkretna siła skrawania (zależna od materiału przedmiotu obrabianego, geometrii narzędzia i warunków skrawania), a (A_{c}) to pole przekroju poprzecznego wióra. Pole przekroju wióra (A_{c}) można obliczyć jako (A_{c}=f\cdot a_{p}), gdzie (f) to posuw, a (a_{p}) to głębokość skrawania.

2. Analiza elementów skończonych (MES)
   Analiza elementów skończonych jest bardziej zaawansowaną metodą obliczania siły skrawania. Polega na utworzeniu modelu numerycznego procesu skrawania, uwzględniającego narzędzie, przedmiot obrabiany i warunki skrawania. MES może symulować złożone interakcje pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak odkształcenie materiału, wytwarzanie ciepła i tarcie. Jednakże MES wymaga specjalistycznego oprogramowania i znacznych zasobów obliczeniowych.

   

3. Instrumentalne testy cięcia
   Oprzyrządowane testy skrawania obejmują wykorzystanie czujników siły do ​​bezpośredniego pomiaru siły skrawania podczas procesu obróbki. Metoda ta zapewnia dokładne dane, jest jednak czasochłonna i wymaga drogiego sprzętu. Jest często używany do celów badawczych lub do walidacji wyników uzyskanych ze wzorów empirycznych lub MES.

Znaczenie obliczania siły skrawania przy wyborze narzędzia CNC

Dokładne obliczenie siły skrawania jest niezbędne przy wyborze odpowiedniego narzędzia CNC. Jeśli siła skrawania jest zbyt duża dla konkretnego narzędzia, może to prowadzić do przedwczesnego zużycia narzędzia, złamania i złego wykończenia powierzchni przedmiotu obrabianego. Z drugiej strony, jeśli siła skrawania będzie znacznie mniejsza niż możliwości narzędzia, proces obróbki może nie być efektywny.

Na przykład podczas pracy z twardymi materiałami może być konieczne wybranie narzędzia o mocnej krawędzi skrawającej i odpowiedniej geometrii, aby wytrzymać duże siły skrawania. NaszDiamentowy kawałek palcato doskonały wybór do zastosowań wymagających dużych sił. Konstrukcja z diamentową końcówką zapewnia wysoką twardość i odporność na zużycie, dzięki czemu z łatwością radzi sobie z twardymi materiałami.

Podobnie w przypadku operacji wymagających precyzyjnej kontroli siły skrawania, takich jak obróbka wykańczająca, potrzebne jest narzędzie o ostrej krawędzi skrawającej i zoptymalizowanej geometrii. NaszWiertło diamentowe do kamieniazostała zaprojektowana, aby zapewnić dokładne i wydajne wiercenie w materiałach kamiennych, gdzie należy dokładnie kontrolować siłę skrawania, aby uniknąć pęknięć lub odprysków.

W operacjach szlifowania,Diamentowe koło dociskoweto świetna opcja. Może wytrzymać duże siły związane z usuwaniem materiału, zachowując jednocześnie spójne wykończenie powierzchni.

Wskazówki dotyczące zmniejszania siły skrawania

1. Optymalizuj parametry cięcia
   • Dostosuj prędkość skrawania, posuw i głębokość skrawania, aby znaleźć optymalną kombinację, która zmniejsza siłę skrawania bez utraty produktywności. Na przykład nieznaczne zwiększenie prędkości skrawania i zmniejszenie posuwu może czasami prowadzić do zmniejszenia siły skrawania.
2. Stosuj odpowiednie powłoki narzędzi
   Powłoki narzędzi mogą zmniejszać tarcie pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym, zmniejszając w ten sposób siłę skrawania. Powłoki takie jak azotek tytanu (TiN), węglikoazotek tytanu (TiCN) i azotek aluminium i tytanu (AlTiN) są powszechnie stosowane w celu poprawy wydajności narzędzi.
3. Utrzymuj ostrość narzędzia
   Ostra krawędź skrawająca wymaga mniejszej siły do ​​usunięcia materiału. Regularnie sprawdzaj i ponownie ostrz lub wymieniaj zużyte narzędzia, aby zapewnić stałą wydajność cięcia.

Wniosek

Obliczanie siły skrawania narzędzi CNC jest złożonym, ale niezbędnym zadaniem w przypadku każdej operacji obróbki skrawaniem. Rozumiejąc czynniki wpływające na siłę skrawania, stosując odpowiednie metody obliczeniowe i wybierając odpowiednie narzędzia, można zoptymalizować procesy obróbki, zwiększyć trwałość narzędzi i uzyskać wysokiej jakości detale.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o naszych narzędziach CNC lub potrzebujesz pomocy w obliczeniu siły skrawania dla konkretnego zastosowania, nie wahaj się z nami skontaktować. Jesteśmy tutaj, aby pomóc Ci w maksymalnym wykorzystaniu operacji obróbki skrawaniem.

Referencje

• Boothroyd, G. i Knight, WA (2006). Podstawy obróbki skrawaniem i obrabiarek. Prasa CRC.
• Trent, EM i Wright, PK (2000). Cięcie metalu. Butterworth-Heinemann.