Facteurs Réduisant l'Efficacité de la Force de Coupe dans les Fraiseuses CNC

Lors de la coupe de métal sur une fraiseuse CNC, la force requise pour que l'outil coupe dans la pièce pour déformer le matériau de la pièce en copeaux est appelée la force de coupe. La force de coupe est une base importante pour calculer la puissance de coupe, concevoir des outils, des machines-outils et des montages de machines-outils, et formuler des paramètres de coupe. Dans la production automatisée, la force de coupe peut également être utilisée pour surveiller le processus de coupe et l'état de fonctionnement de l'outil.

Force de Coupe et Puissance de Coupe de la Fraiseuse CNC

1. La Source de la Force de Coupe de la Fraiseuse CNC.

La source de la force de coupe, d'une part, est la résistance générée par la déformation élastique et plastique pendant le processus de formation des copeaux ; d'autre part, c'est la résistance de frottement entre le copeau et la face de gouge de l'outil et la résistance de frottement entre la pièce et le flanc de l'outil.

2. Force de Coupe et Décomposition.

La force de coupe totale F pendant la coupe est une force spatiale. Afin de faciliter la mesure et le calcul pour répondre aux besoins de la machine-outil, du montage, de la conception d'outil et de l'analyse de processus, F est souvent décomposée en trois forces composantes de coupe mutuellement perpendiculaires Fc, Fp et Ff.

(1) La force de coupe principale Fc est la projection de la force de coupe totale F dans la direction du mouvement principal, et sa direction est perpendiculaire à la surface de base. Fc est une base importante pour la puissance du lit d'ordinateur, la résistance de l'outil, la conception de montage, et la sélection des paramètres de coupe. Fc peut être calculé par formule empirique ou force de coupe unitaire kc, (en N/mm) : Fc=kcAD=kchDbD=kcapf.

(2) La force de recul Fp est la force composante de la force de coupe totale F perpendiculaire à la direction d'avance. C'est le facteur principal qui affecte la déformation de la pièce et cause la vibration du système.

(3) La force d'avance Ff est la force composante de coupe de la force de coupe totale F dans la direction du mouvement d'avance. C'est la base principale pour la conception et la vérification du mécanisme d'avance de la machine-outil et de la puissance d'avance du lit d'ordinateur.

La force de coupe est la force de coupe totale F décomposée en Fc et FD, FD est décomposé en Fp et Ff, leur relation est Ff=FDsinkr ; Fp=FDcoskr.

3. Puissance de Coupe de la Fraiseuse CNC.

La puissance de coupe fait référence à la puissance dissipée par la force de coupe pendant le processus de coupe, exprimée en pm, et l'unité est kW. Lors du tournage du cercle extérieur, c'est la somme de la force de coupe principale Fc et de la consommation de puissance de la force d'avance Ff. Puisque la consommation de puissance de la force d'avance Ff ne représente qu'une petite proportion (seulement 1% à 5%), la consommation de puissance du Ff général peut être ignorée, et Fp ne fait pas de travail, donc nous obtenons la formule Pm=Fcυc×10, où Fc est la force de coupe principale (N) ; υc est la vitesse de coupe (m/s).

En considérant l'efficacité de transmission de la machine-outil, le taux de moteur PE de la machine-outil peut être obtenu à partir de la puissance de coupe Pm, c'est-à-dire PE≥Pm/, où est l'efficacité de transmission de la machine-outil, généralement 0,75 à 0,85.

Les Principaux Facteurs Affectant la Force de Coupe de la Fraiseuse CNC

1. L'Influence du Matériau de la Pièce de la Fraiseuse CNC.

Plus la résistance et la dureté du matériau de la pièce sont élevées, bien que la déformation de coupe soit légèrement réduite, la force de coupe totale est encore augmentée. Pour les matériaux avec une résistance et une dureté de traitement similaires, la plasticité est grande, et le facteur de frottement avec l'outil est aussi grand, donc la force de coupe est augmentée ; pour les matériaux fragiles, en raison de la petite déformation plastique, le frottement entre le copeau et la face de gouge de l'outil est petit, donc la force de coupe est petite.

2. L'Influence de la Quantité de Coupe de la Fraiseuse CNC

(1) La quantité ap et la quantité d'avance f du couteau arrière.

Lorsque f et ap augmentent, la zone de coupe augmente et la force de coupe principale augmente aussi, mais le degré d'influence des deux est différent. En tournage, lorsque ap est doublé, la force de coupe principale est approximativement doublée ; lorsque f est doublé, la force de coupe principale n'augmente que de 68% à 86%. Par conséquent, dans le processus de coupe, si vous considérez la force de coupe principale et la puissance de coupe, il est plus avantageux d'augmenter le taux d'avance que d'augmenter la quantité de couteau arrière.

(2) Vitesse de coupe υc. La courbe de l'influence de la vitesse de coupe sur la force de coupe lors de l'usinage de l'acier 45 (ap=4mm, f=0,3mm/r) avec l'outil en carbure cémenté YT15. Lors de la coupe de métaux plastiques, dans la zone de bordure accumulée, la croissance de la bordure accumulée peut augmenter l'angle de gouge réel de l'outil, réduire la déformation du copeau, et réduire la force de coupe ; inversement, la réduction de la bordure accumulée augmente la force de coupe. Lorsqu'il n'y a pas de bordure accumulée, à mesure que la vitesse de coupe υc augmente, la température de coupe augmente, le frottement de la face de gouge diminue, la déformation diminue, et la force de coupe diminue. Par conséquent, la coupe à grande vitesse est souvent utilisée en production pour augmenter la productivité. Lors de la coupe de métaux fragiles, υc augmente, et la force de coupe diminue légèrement.

3. L'Influence des Paramètres Géométriques des Outils de la Fraiseuse CNC

(1) Angle de gouge. L'angle de gouge a la plus grande influence sur la force de coupe. Lors de la coupe de métaux plastiques, l'angle de gouge augmente, ce qui peut réduire la déformation d'extrusion et le frottement du matériau à couper, l'évacuation des copeaux est fluide, et la force de coupe totale diminue ; lors de la coupe de métaux fragiles, l'angle de gouge n'a pas d'effet évident sur la force de coupe.

(2) Chanfrein négatif. Meuler un chanfrein négatif sur un bord de coupe tranchant peut augmenter la résistance du bord, augmentant ainsi la durée de vie de l'outil, mais à ce moment, la déformation du métal coupé augmente, ce qui augmente la force de coupe.

(3) Angle d'entrée. L'influence de l'angle d'entrée sur la force de coupe est principalement par le changement de l'épaisseur de coupe et de la longueur de la courbe d'arc de pointe pour affecter la déformation, affectant ainsi la force de coupe. L'angle d'entrée a un petit effet sur la force de coupe principale Fc, mais il a un effet significatif sur le rapport de la force de recul Fp et de la force d'avance Ff. F'D est la poussée inverse de la pièce contre l'outil. Puisque F'p=F'Dcoskr, F'f=F'dsinkr, augmenter l'angle d'entrée kr augmentera la force d'avance F'f et la force de recul F'p diminuera. Lors du tournage d'une pièce élancée, un angle d'entrée plus grand peut être sélectionné afin de réduire ou prévenir la déformation de flexion de la pièce.

4. L'Influence d'Autres Facteurs. Le Frottement Entre l'Outil et le Matériau de la Pièce

Sous les mêmes conditions de coupe, les outils en acier rapide ont la plus grande force de coupe, suivis des outils en carbure cémenté, et les outils en céramique la plus petite. L'utilisation de fluide de coupe dans le processus de coupe peut réduire la force de coupe, et plus la performance lubrifiante du fluide de coupe est élevée, plus la réduction de la force de coupe est significative. Plus l'usure du flanc de l'outil est sévère, plus le frottement est sévère et plus la force de coupe est grande.