Zerspankraftmessung beim Fräsen

Welche Zerspankräfte wirken beim Fräsen?

Die Zerspankraft beim Fräsen bezieht sich auf die tangential wirkende Schnittkraft Fc, die eine der wichtigsten Kräfte ist (siehe Abb. 1 unten). Je nach dem zur Messung verwendeten Dynamometertyp können die Kräfte direkt erfasst oder berechnet werden.

Wie werden Zerspankräfte beim Fräsen gemessen?

Die beim Fräsen auftretenden Kräfte können sowohl mit stationären als auch mit rotierenden Dynamometern (RCD) gemessen werden. 

Wie werden Zerspankräfte beim Fräsen mit stationären Dynamometern gemessen?

Das stationäre Dynamometer wird auf den Maschinentisch montiert und das Werkstück darauf aufgebaut. Um die Masse auf dem Dynamometer und damit den negativen Einfluss auf die Dynamik des Dynamometers zu reduzieren, wird das Werkstück direkt darauf verschraubt und damit auf schwere und oftmals nichtsteife Schraubstöcke verzichtet. 

Wie aus den nachstehenden Abbildungen 1 und 2 hervorgeht, lassen sich die beim Fräsen auftretenden orthogonalen Kraftkomponenten Vorschubkraft Ff, Vorschubnormalkraft FfN und Passivkraft Fp mit einem stationären Dynamometer direkt erfassen. Die Aktivkraft Fa wird aus Ff und FfN berechnet. Die Schnittkraft Fc und die Schnittnormalkraft FcN lassen sich ebenfalls aus den Messwerten von Ff, FfN und Fp berechnen.

Wie werden Zerspankräfte beim Fräsen mit rotierenden Dynamometern gemessen?

Ein rotierendes Dynamometer (RCD) wird direkt in die Maschinenspindel eingesetzt, während das Werkzeug durch entsprechende Werkzeughalter mit ihm verbunden wird. Durch die Verbindung zur Maschinenspindel dreht sich das RCD während des Betriebs mit. Mithilfe des eingebauten Mehrkomponenten-Sensors ist es möglich, das Spindeldrehmoment Mz während der gesamten Messung direkt zu messen. 

Bei Verwendung eines RCDs dreht sich auch die entsprechende Achse, während sie beim Einsatz eines stationären Dynamometers stillsteht. In Abb. 2 sind die mit einem stationären Dynamometer gemessenen Kräfte Fx und Fy als grüne Vektoren dargestellt, während die mit einem RCD gemessenen Kräfte Fx und Fy als blaue Vektoren dargestellt sind.

Bei Verwendung von RCDs lässt sich die auf der Arbeitsebene wirkende Aktivkraft Fa aus den Kräften Fx und Fy berechnen. Die wirkende Schnittkraft Fc und die Schnittnormalkraft FcN lassen sich mithilfe des Drehmomentes Mz, des Werkzeugdurchmessers und der Aktivkraft Fa berechnen. 

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