Увеличение силы резания при обработке с ЧПУ может вызвать чрезмерную нагрузку на инструмент, что приведет к его поломке. Высокие силы резания также могут привести к шероховатости поверхности, деформации заготовки, что влияет на точность размеров и качество обрабатываемых деталей. Из-за чрезмерных усилий резания могут возникать трещины.
Силы резания при фрезеровании.
Обрабатываемый материал оказывает сопротивление резанию. Силы резания при фрезеровании, прогибая фрезу, заготовку и узлы станка, ухудшают качество обработки. На преодоление его расходуется электроэнергия, потребляемая двигателем станка. Поэтому изучение причин зависимости усилия резания от условий работы имеет большое практическое значение.
Основными причинами возникновения сил сопротивления резанию при фрезеровании являются силы, препятствующие деформации и скалыванию элементов стружки, и силы трения, возникающие на контактных поверхностях зубьев фрезы, стружки и обрабатываемой заготовки. Причем первые составляют примерно 90% общей силы сопротивления резанию.
Сопротивление резанию зависит от механических свойств обрабатываемого материала, геометрии фрезы, режима резания и свойств смазывающе-охлаждающей жидкости.
Способность обрабатываемого металла оказывать сопротивление резанию можно характеризовать удельным давлением, которое представляет собой силу резания, приходящуюся на один квадратный миллиметр площади поперечного сечения срезаемой стружки. Удельное давление зависит не только от механических свойств обрабатываемого металла, но и от наибольшей толщины стружки, имеющей при фрезеровании, как известно, форму запятой. При этом усадка стружки не учитывается. Для более тонких стружек удельное давление при прочих равных условиях увеличивается, и наоборот, оно уменьшается для стружки большей толщины.
При торцовом фрезеровании стружка имеет наибольшую толщину в основной плоскости фрезы, параллельной направлению подачи.
Элементы режима резания оказывают различное влияние на величину силы резания. При увеличении ширины фрезерования и глубины резания увеличивается длина активной части главной режущей кромки и количество зубьев фрезы, одновременно участвующих в резании, что приводит к пропорциональному увеличению усилия резания. С увеличением подачи на зуб активная длина главной режущей кромки не изменяется, но увеличивается толщина и площадь поперечного сечения срезаемых стружек. Следовательно, в этом случае сила резания также увеличивается, но в меньшей степени. Поэтому для снижения силы сопротивления резанию выгоднее работать с большей подачей и меньшей глубиной резания и шириной фрезерования.
Скорость резания незначительно влияет на величину усилия резания.
При применении смазывающе-охлаждающих жидкостей сила резания уменьшается за счет уменьшения сил внешнего трения, возникающих на контактных поверхностях зуба фрезы, стружки и обрабатываемого материала. Кроме того, жидкость под давлением зуба фрезы, проникая в микротрещины срезанного металла, как бы разрыхляет его, тем самым облегчая резание.
Силы, действующие при цилиндрическом фрезеровании.
При цилиндрическом фрезеровании на цилиндрические (на каждый зуб) действует сила, которую можно разложить на составляющие силы: тангенциальную и радиальную. Тангенциальная сила создает крутящий момент на фрезе, который преодолевается крутящим моментом главного привода, а радиальная сила воспринимается подшипниками шпинделя станка. Силу резания можно также разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие силы. Горизонтальная сила воспринимается приводом подачи станка, а вертикальная сила прижимает к столу станка (при попутном фрезеровании) и отрывает от стола станка (при встречном фрезеровании) обрабатываемую заготовку, что необходимо учитывать при конструировании и расчете зажимных приспособлений.
Изучение того, как правильно определять и рассчитывать глубину резания (DOC), может решить эти проблемы, позволяя вам оптимизировать параметры резания, сохранять режущие инструменты и постоянно достигать превосходной точности деталей.
Глубина реза при обработке — это расстояние от необработанной поверхности заготовки до вновь обработанной поверхности после одного прохода режущего инструмента. Правильное определение и расчет глубины реза увеличивает срок службы инструмента, снижает теплообразование и обеспечивает точность обработки деталей с ЧПУ.
Глубина резания (DOC) является основополагающим параметром, который существенно влияет на качество детали, производственные затраты и общую эффективность.
Тщательно выбирая и контролируя глубину резания при обработке, производители могут оптимизировать производительность, сократить расходы и поддерживать строгие стандарты качества.
Увеличение глубины резания увеличивает силы резания из-за расширенной площади контакта между инструментом и заготовкой. Эти повышенные силы резания могут привести к вибрации или дребезгу, которые не только ухудшают качество поверхности, но и нагружают шпиндель, подшипники и линейные направляющие станка. Постоянная дребезга может сократить срок службы инструмента, повредить заготовку и привести к неточностям размеров.
При фрезеровании необходимо контролировать как радиальную, так и осевую глубину резания. Фрезерование пазов или карманов может включать более легкие радиальные глубины, чтобы избежать поломки инструмента, в то время как торцевое фрезерование может поддерживать более тяжелые осевые глубины. Высокоскоростные методы фрезерования, где неглубокие резы сочетаются с высокими скоростями подачи, являются альтернативным подходом для определенных материалов.
Настройка оптимизированного DOC может удалять значительные объемы материала за один проход, оптимизируя черновые операции. Во многих случаях применение более глубоких резов на ранних этапах процесса сокращает общее время цикла, позволяя быстро переходить к чистовым проходам.
Неглубокая или умеренная глубина резания предотвращает чрезмерное усилие на инструменте, помогая поддерживать стабильную производительность резания. Прогрессивные или многопроходные стратегии дают лучшие результаты, чем один тяжелый проход.
Большая глубина резания неизбежно увеличивает силы резания, требуя большей мощности шпинделя и крутящего момента.
Как работает измерительная система станка с ЧПУ.
Автоматизация процесса измерений на станках с ЧПУ осуществляется с помощью специальной системы, функционирующей на базе датчиков:
• Датчик для измерения заготовок и деталей. Его задачи: привязка заготовки и контроль размеров готового изделия.
• Датчик измерения и контроля инструмента. Его задачи: замер инструмента, контроль износа и обнаружение повреждений режущей кромки.
Датчик измерения детали – это датчик контакта (touch probe), который состоит из щупа в виде твердотельного шарика, сигнального устройства и источника питания. Он крепится в шпинделе фрезерного станка. На медленной подаче щуп датчика касается заготовки и передает сигнал в систему управления фрезерного станка, которая сразу же отмечает величину смещения по соответствующей оси.
Система измерения кроме датчика контакта включает устройство отслеживания перемещений. Структура измерительной системы изображена на схеме, где стрелками отмечены каналы передачи данных.
Датчик контакта находится в инструментальном магазине станка, его параметры вносятся в систему ЧПУ при проведении ПНР. Сигнальное устройство датчика реагирует на любые касания щупа по принципу замыкания-размыкания электроцепи.
При поступлении команды о вызове датчика щуп выходит на рабочую позицию и начинает делать замеры. Сигнальное устройство «информирует» о касании, и устройство отслеживания фиксирует позицию датчика. Данные через преобразователь поступают в систему ЧПУ.
Датчик контроля инструмента статично устанавливается на рабочем столе станка, замеряет диаметр и вылет инструмента по длине. Такие датчики могут быть контактными и бесконтактными (лазерными). В последнем случае обмер происходит в момент, когда луч прерывается, касаясь инструмента.
Системы ЧПУ для фрезерных станков могут передавать сигналы датчикам и принимать от них сигналы состояния по разным технологиям: оптическая система, радиосистема и проводная система.
Выбор в пользу той или иной измерительной системы делают с учетом модели фрезерного станка, условий производства и бюджета. Оптимальными считаются контактные системы с оптической передачей данных.
Измерение с помощью датчиков обеспечивает преимущества:
• повышение производительности станков;
• увеличение степени автоматизации и разгрузку операторов;
• сокращение времени наладки станка на постоянной основе;
• минимизацию ошибок и брака;
• снижение себестоимости единицы продукции;
• расширение производственных возможностей за счет более сложных работ;
• повышение степени соответствия требованиям заказчиков;
• снижение стоимости владения оборудованием за счет покупки меньшего количества станков и отказа от дорогих измерительных приборов, требующих калибровки и техобслуживания.
В конструкции современного фрезерного станка с ЧПУ должна быть предусмотрена система измерения усилия реза с автоматическим отключением в случае чрезмерного превышения.

Глубина резания при обработке на станках с ЧПУ: определение, значение и расчет DOC : [сайт]. – 2024. – URL: http://mashining-custom.com/ (дата обращения 31.12.2024). – Текст : электронный.
Измерительные системы для фрезерного станка с ЧПУ : [сайт]. – 2022. – URL: http:// promoil.com/ (дата обращения 21.11.2022). - Текст : электронный. 
Силы резания при фрезеровании : [сайт]. – 2025. – URL: http:// stanotex.ru / (дата обращения 23.04.2025). – Текст : электронный.

Журавлев Михаил Вячеславович
12 мая 2025 год