Impacto da Baixa Eficiência de Produção na Força de Corte em Fresadoras CNC

Ao cortar metal com fresadora CNC, a ferramenta de corte penetra na peça e deforma o material em cavacos, o que se chama força de corte. A força de corte é base importante para cálculo de potência de corte, projeto de ferramentas, máquinas-ferramenta e fixadores, e formulação de parâmetros de corte. Na produção automática, o processo de corte e o estado de trabalho das ferramentas também podem ser monitorados pela força de corte.

Força de Corte e Potência de Corte de Fresadora CNC

1. Fonte da força de corte de fresadora CNC

Por um lado, a fonte da força de corte é a resistência causada por deformação elástica e plástica no processo de formação de cavacos. Por outro, é a resistência de atrito entre cavaco e face de saída da ferramenta e entre peça e face de saída da ferramenta.

2. Força de corte e decomposição

A força de corte total F durante o corte é uma força espacial. Para facilitar medição, cálculo e atender às necessidades de projeto de máquina-ferramenta, fixador e ferramenta e análise de processo, F é frequentemente decomposta em três componentes mutuamente perpendiculares: FC, FP e FF.

(1) A força de corte principal FC é a projeção da força total F na direção do movimento principal, perpendicular ao plano base. FC é base importante para potência da máquina, resistência da ferramenta, projeto de fixador e seleção de parâmetros de corte. FC pode ser calculada por fórmula empírica ou força de corte unitária KC (unidade: N/mm): FC = kc·ad = kc·hd·bd = kc·ap·f.

(2) A força de retorno FP é o componente da força 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 o componente de corte da força total F na direção de avanço. É a base principal para projeto e verificação do mecanismo de avanço da máquina-ferramenta e da potência de avanço.

A força de corte total F decompõe-se em FC e FD, FD decompõe-se em FP e FF, e sua relação é FF = fd·sin kr, FP = fd·cos kr.

3. Potência de corte de fresadora CNC

Potência de corte refere-se à potência consumida pela força de corte no processo de corte, expressa em PM e em kW. Ao torneiar superfície externa, é a soma da potência consumida pela força de corte principal FC e pela força de avanço FF. Como a força de avanço FF consome pequena proporção da potência (apenas 1%–5%), geralmente pode-se ignorar a potência consumida por FF, e FP não realiza trabalho, obtendo-se pm = fc × υc, 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 potência do motor PE pode ser calculada a partir da potência de corte PM: PE ≥ PM / η, onde η é a eficiência de transmissão, geralmente 0,75–0,85.

Principais Fatores que Afetam a Força de Corte de Fresadora CNC

1. Influência do material da peça de fresadora CNC

Quanto maior a resistência e dureza do material da peça, embora a deformação de corte diminua ligeiramente, a força de corte total ainda aumenta. Para materiais com resistência e dureza de usinagem semelhantes, se a plasticidade for grande, o coeficiente de atrito com a ferramenta também é grande, aumentando a força de corte; ao usinar materiais frágeis, a força de corte é pequena devido à pequena deformação plástica e pequeno atrito entre cavaco e face de saída.

2. Influência dos parâmetros de corte de fresadora CNC

(1) Profundidade de corte ap e 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 difere. No torneamento, quando ap dobra, a força principal dobra; quando f dobra, a força principal aumenta apenas 68%–86%. Portanto, no processo de corte, considerando força principal e potência, aumentar o avanço é melhor que aumentar a profundidade de corte.

• Velocidade de corte υc.

Curva de influência da velocidade de corte na força de corte ao usinar aço 45 (ap=4mm, f=0,3mm/r) com ferramenta de metal duro YT15. Ao cortar metal plástico, na zona de acúmulo de cavaco, o crescimento do acúmulo aumenta o ângulo de saída real da ferramenta, reduz a deformação do cavaco e reduz a força de corte; inversamente, a redução do acúmulo aumenta a força de corte. Quando não há acúmulo, com o aumento de υc, a temperatura de corte aumenta, o atrito da face de saída diminui, a deformação diminui e a força de corte diminui. Portanto, corte de alta velocidade é frequentemente usado na produção para melhorar produtividade. Ao cortar metais frágeis, υc aumenta e a força de corte diminui ligeiramente.

3. Influência dos parâmetros geométricos da ferramenta em fresadora CNC

(1) Ângulo de saída. O ângulo de saída tem maior influência na força de corte. Ao cortar metal plástico, o aumento do ângulo de saída reduz a deformação de extrusão e atrito do material a ser cortado, facilita a remoção de cavacos e reduz a força de corte total; ao cortar metais frágeis, o efeito do ângulo de saída na força de corte não é óbvio.

(2) Chanfro negativo. Retificar chanfro negativo na aresta de corte afiada melhora a resistência da aresta e a vida útil da ferramenta, mas aumenta a deformação do metal a ser cortado e a força de corte.

(3) Ângulo de desvio principal. A influência do ângulo de desvio principal na força de corte ocorre principalmente através da mudança da espessura de corte e do comprimento da curva do arco da ponta da ferramenta, afetando a deformação e, assim, a força de corte. O ângulo de desvio principal tem pouco efeito na força principal FC, mas efeito óbvio na proporção da força de retorno FP e força de avanço FF. F'd é o empuxo reverso da peça à ferramenta. Como f'p = f'd·cos kr, f'f = f'd·sin kr, aumentar o ângulo de desvio principal Kr aumenta a força de avanço F'f e diminui a força de retorno f'p. Ao torneiar peça esbelta, pode-se selecionar maior ângulo de desvio principal para reduzir ou prevenir deformação de flexão da peça.

4. Outros fatores. Atrito entre ferramentas de corte e materiais da peça

Nas mesmas condições de corte, a força de corte de ferramenta de aço rápido é a maior, seguida por metal duro e cerâmica. O uso de fluido de corte reduz a força de corte, e maior o desempenho de lubrificação do fluido, mais significativa a redução. Quanto maior o atrito, mais grave o desgaste da ferramenta.