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Zerspankräfte beim Drehen

Welche Zerspankräfte wirken bei Drehprozessen?

Als Zerspankraft bezeichnet man beim Drehen in der Regel die Hauptschnittkraft Fc, die tangential verläuft und oft die größte Kraft ist. Abb. 1 zeigt, dass die Hauptschnittkraft beim Drehen Fc tangential zur Drehrichtung wirkt. Während Schnittkraft Fc, Vorschubkraft Ff und die Passivkraft Fp während des Drehens direkt gemessen werden können, müssen Aktivkraft Fa und die resultierende Kraft R berechnet werden. Die Aktivkraft besteht aus der Vektorsumme der Schnittkraft Fc und der Vorschubkraft Ff. Sie wird mitunter verwendet, um unterschiedliche Prozesseinstellungen zu vergleichen. Die resultierende Kraft ergibt sich aus der Vektorsumme der Schnittkraft Fc, der Vorschubkraft Ff und der Passivkraft Fp und wird ebenfalls zum Vergleich unterschiedlicher Prozesseinstellungen verwendet.

    Die Abbildung zeigt die beim Drehen auftretenden Orthogonalkräfte sowie die Vektorsummenkraft und die resultierende Kraft.
    Die Abbildung zeigt die beim Drehen auftretenden Orthogonalkräfte sowie die Vektorsummenkraft und die resultierende Kraft.
    Die Abbildung zeigt die beim Längsdrehen erzeugten und gemessenen Zerspankräfte. Fc, Ff und Fp.
    Die Zerspankraftmessung beim Drehen mit einem Dynamometer vom Typ 91129AA von Kistler bewirkt eine deutliche Verbesserung des Zerspanprozesses.
    Stationäre Dynamometer wie der 9129AA von Kistler lassen sich mit verschiedenen Maschinenadaptern und Werkzeugaufnahmen kombinieren.
    Die Grafik verdeutlicht die orthogonal wirkenden Kraftkomponenten beim Drehen: Fc, Ff und Fp. Es sind sowohl die Vektorsummen der Kraftkomponenten Fa als auch die resultierende Kraft R zu sehen.

    Wie werden Zerspankräfte in Drehprozessen gemessen

    Das Drehen – insbesondere das Längsdrehen – ist ein Modellfall des Spanens mit geometrisch definierter Schneide und wird aufgrund der konstanten Eingriffsverhältnisse eingesetzt, um spezifische Kräfte von bestimmten Werkstoffen mit verschiedenen Randbedingungen zu bestimmen und diese zu charakterisieren.

    Für die optimale Messung der Zerspankraft und anderer Kraftkomponenten wird das Werkzeug auf einem stationären Dynamometer befestigt, der mit piezoelektrischer Technik arbeitet. Diese teilweise modular aufgebauten Dynamometer werden üblicherweise mithilfe eines passenden Adapters am Revolverkopf der Werkzeugmaschine montiert. Das Werkzeug wird mit einem Werkzeughalter auf dem Dynamometer befestigt, wodurch das Dynamometer zwischen dem Werkzeug und dem Revolverkopf eingebettet ist. Mit diesem Aufbau lassen sich die Kräfte akkurat und hochdynamisch erfassen, sodass auch kleinste Änderungen in der Prozesskette sofort quantifiziert werden können. Die durch den Drehprozess erzeugte Zerspankraft wird mithilfe von Mehrkomponenten-Dynamometern unmittelbar in die drei Komponenten Schnittkraft Fc, Vorschubkraft Ff und Passivkraft Fp aufgeschlüsselt

    Welche Vorteile hat ein stationäres Dynamometer bei der Zerspankraftmessung von Drehprozessen?

    Das Messen der Zerspankräfte von Drehprozessen lohnt sich bei vielen Anwendungen, z. B.:

    • Untersuchung des plastomechanischen Verhaltens während des Schneidprozesses
    • Analyse der Spanbildung und deren Auswirkung auf den Prozess
    • Erkennen von Verschleißprozessen mit Kraftverläufen

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