Zerspankraftmessung
Mit der am Institut für Schweisstechnik und Trennende Fertigungsverfahren vorhandenen Messeinrichtung lassen sich die einzelnen Komponenten der Zerspankraft F genauestens ermitteln.
Die Kenntnis der Grösse und Richtung der Zerspankraft F bzw. ihrer Komponenten, der Schnittkraft Fc, der Vorschubkraft Fv und der Passivkraft Fp, bilden eine Grundlage:
- zum Konstruieren von Werkzeugmaschinen, das heisst zur anforderungsgerechten Auslegung von Gestellen, Antrieben, Werkzeugsystemen, Führungen u.ä.;
- zum Festlegen von Schnittbedingungen in der Arbeitsvorbereitung,
- zum Abschätzen der unter bestimmten Bedingungen erreichbaren Werkstückgenauigkeiten (Verformung von Werkstück und Maschine),
- zum Ermitteln der an der Spanentstehungsstelle ablaufenden Vorgänge und
- zum Erklärung von Verschleissmechanismen.
Ferner bilden die Grösse der Zerspankraft einen beurteilungsmaßstab für die Zerspanbarkeit eines Werkstückstoffs, da im allgemeinen bei der Bearbeitung schwerer zerspanbarer Werkstückstoffe auch höhere Kräfte auftreten.
Zur genauen Bestimmung der Zerspankraftkomponenten müssen die Messgeräte folgende Anforderungen erfüllen:
- Hohe Steifigkeit, um eine Beeinflussung des Zerspanprozesses durch das Messsystemweitgehend auszuschliessen;
- Hohe Empfindlichkeit, wodurch eine genaue Kraftmessung möglich wird;
- Hohe Eigenfrequenz, damit auch dynamische Schnittkraftanteile ermittelt werden können.
Diese Voraussetzungen werden am ehesten von Systemen erfüllt, die auf piezoelektrischer Basis oder mit Dehnungsmessstreifen (DMS) arbeiten. Am Institut für Schweisstechnik und Trennende Fertigungsverfahren ist ein Drei-Komponenten-Dynamometer Typ 9263 der Firma Kistler vorhanden, siehe Abbildung 3 und 4. Mit diesem Messgerät lassen sich ausschliesslich Schnittkräfte beim Drehen bestimmen. In Abbildung 1 ist die Messkette zur Ermittlung der Schnittkräfte schematisch dargestellt. Zur Auswertung werden die verstärkten Messsignale über ein digitales Messwerterfassungssystem aufgenommen und über eine entsprechende Messwerterfassungssoftware hier DasyLab 5.0 erfasst und graphisch auswertet. Ergebnis der Schnittkraftermittlung ist ein Messprotokoll, in dem die drei ermittelten Komponenten der Zerspankraft F, die Schnittkraft Fc, die Vorschubkraft Fv und die Passivkraft Fp, in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt sind, siehe Abbildung 2.