Fatores-Chave que Afetam a Eficiência da Força de Corte em Fresadoras CNC

Ao cortar metal numa fresadora CNC, a força necessária para a ferramenta cortar na peça para deformar o material da peça em cavacos é chamada força de corte. A força de corte é uma base importante para calcular potência de corte, projetar ferramentas, máquinas-ferramenta e dispositivos de fixação, e formular parâmetros de corte. Na produção automatizada, a força de corte também pode ser usada para monitorar o processo de corte e o estado de funcionamento da ferramenta.

Força de Corte e Potência de Corte de Fresadora CNC

1. Fonte da Força de Corte de Fresadora CNC

A fonte da força de corte, por um lado, é a resistência gerada por deformação elástica e plástica durante o processo de formação de cavacos; por outro lado, é a resistência de atrito entre o cavaco e a face de ataque da ferramenta e a resistência de atrito entre a peça e o flanco da ferramenta.

2. Força de Corte e Decomposição

A força de corte total F durante o corte é uma força espacial. Para facilitar a medição e cálculo para atender às necessidades de máquina-ferramenta, dispositivo de fixação, design de ferramenta e análise de processo, F é frequentemente decomposta em três forças de componente de corte mutuamente perpendiculares Fc, Fp e Ff.

(1) A força de corte principal Fc é a projeção da força de corte total F na direção do movimento principal, e a sua direção é perpendicular à superfície base. Fc é uma base importante para potência de cama de computador, resistência da ferramenta, design de dispositivo de fixação e seleção de parâmetros de corte. Fc pode ser calculado por fórmula empírica ou força de corte unitária kc, (unidade é N/mm): Fc=kcAD=kchDbD=kcapf.

(2) A força de retrocesso Fp é a força componente da força de corte total F perpendicular à direção de avanço. É o principal fator que afeta a deformação da peça e causa vibração do sistema.

(3) A força de avanço Ff é a força componente de corte da força de corte total F na direção do movimento de avanço. É a base principal para projetar e verificar mecanismo de avanço de máquina-ferramenta e potência de avanço de cama de computador.

A força de corte é a força de corte total F decomposta em Fc e FD, FD é decomposta em Fp e Ff, a sua relação é Ff=FDsinkr; Fp=FDcoskr.

3. Potência de Corte de Fresadora CNC

Potência de corte refere-se à potência dissipada pela força de corte durante o processo de corte, expressa em pm, e a unidade é kW. Ao tornear círculo externo, é a soma da força de corte principal Fc e do consumo de potência da força de avanço Ff. Como o consumo de potência da força de avanço Ff é muito pequeno (apenas 1%-5%), o consumo de potência geral de Ff pode ser ignorado, e Fp não faz trabalho, então obtemos a fórmula Pm=Fcυc×10, onde Fc é a força de corte principal (N); υc é a velocidade de corte (m/s).

Considerando a eficiência de transmissão da máquina-ferramenta, a taxa do motor PE da máquina-ferramenta pode ser obtida a partir da potência de corte Pm, ou seja, PE≥Pm/η, onde η é a eficiência de transmissão da máquina-ferramenta, geralmente 0,75 a 0,85.

Principais Fatores que Afetam a Força de Corte de Fresadora CNC

1. Influência do Material da Peça na Fresadora CNC

Quanto maior a resistência e dureza do material da peça, embora a deformação de corte seja ligeiramente reduzida, a força de corte total ainda aumenta. Para materiais com resistência e dureza de processamento semelhantes, a plasticidade é grande, e o fator de atrito com a ferramenta também é grande, então a força de corte aumenta; para materiais frágeis, devido à pequena deformação plástica, o atrito entre o cavaco e a face de ataque da ferramenta é pequeno, então a força de corte é pequena.

2. Influência da Quantidade de Corte da Fresadora CNC

(1) Quantidade de retrocesso ap e quantidade de avanço f.

Quando f e ap aumentam, a área de corte aumenta e a força de corte principal também aumenta, mas o grau de influência dos dois é diferente. No torneamento, quando ap é dobrado, a força de corte principal é aproximadamente dobrada; quando f é dobrado, a força de corte principal aumenta apenas 68% a 86%. Portanto, no processo de corte, se considerar a força de corte principal e potência de corte, é mais vantajoso aumentar a taxa de avanço do que aumentar a quantidade de retrocesso.

(2) Velocidade de corte υc.

A curva de influência da velocidade de corte na força de corte ao usinar aço 45 (ap=4mm, f=0,3mm/r) com ferramenta de torneamento de metal duro YT15. Ao cortar metais plásticos, na área de aresta de acumulação, o crescimento da aresta de acumulação pode aumentar o ângulo de ataque real da ferramenta, reduzir a deformação do cavaco, e reduzir a força de corte; inversamente, a redução da aresta de acumulação aumenta a força de corte. Quando não há aresta de acumulação, à medida que a velocidade de corte υc aumenta, a temperatura de corte aumenta, o atrito da face de ataque diminui, a deformação diminui, e a força de corte diminui. Portanto, corte de alta velocidade é frequentemente usado na produção para melhorar a produtividade. Ao cortar metais frágeis, υc aumenta e a força de corte diminui ligeiramente.

3. Influência dos Parâmetros Geométricos das Ferramentas de Fresadora CNC

(1) Ângulo de ataque.

O ângulo de ataque tem a maior influência na força de corte. Ao cortar metais plásticos, o ângulo de ataque aumenta, o que pode reduzir a deformação de extrusão e atrito do material a ser cortado, remoção suave de cavacos, e reduzir a força de corte total; ao cortar metais frágeis, o ângulo de ataque não tem efeito óbvio na força de corte.

(2) Chanfro negativo.

Retificar um chanfro negativo numa aresta de corte afiada pode aumentar a resistência da aresta, aumentando assim a vida útil da ferramenta, mas neste momento, a deformação do metal a ser cortado aumenta, o que aumenta a força de corte.

(3) Ângulo de entrada.

A influência do ângulo de entrada na força de corte é principalmente através da mudança da espessura de corte e do comprimento da curva do arco da ponta para afetar a deformação, afetando assim a força de corte. O ângulo de entrada tem pequeno efeito na força de corte principal Fc, mas tem efeito significativo na razão da força de retrocesso Fp e força de avanço Ff. F'D é o empuxo reverso da peça contra a ferramenta. Como F'p=F'Dcoskr, F'f=F'dsinkr, aumentar o ângulo de entrada kr aumentará a força de avanço F'f e a força de retrocesso F'p diminui. Ao tornear peças esguias, um ângulo de entrada maior pode ser selecionado para reduzir ou prevenir a deformação de flexão da peça.

4. Influência de Outros Fatores

O atrito entre a ferramenta e o material da peça.

Sob as mesmas condições de corte, ferramentas de aço rápido têm a maior força de corte, seguidas por ferramentas de metal duro, e ferramentas de cerâmica as menores. Usar fluido de corte no processo de corte pode reduzir a força de corte, e quanto maior o desempenho lubrificante do fluido de corte, mais significativa a redução da força de corte. Quanto mais severo o desgaste do flanco da ferramenta, maior o atrito e maior a força de corte.