Schnittkraft

Was ist die Schnittkraft (Zerspankraft)?

Die Schnittkraft, auch Zerspankraft genannt, ist die Kraft, die beim Zerspanen eines Werkstoffs auf das Werkzeug wirkt. Sie besteht aus mehreren Variablen, einschließlich der Hauptschnittkraft, die in Schnittrichtung wirkt, und der Vorschubkraft, die in Vorschubrichtung wirkt. Die genaue Größe der Schnittkraft hängt von Faktoren wie Werkstoff, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe ab.

Woraus setzt sich die Schnittkraft zusammen?

Die Schnittkraft spielt eine zentrale Rolle beim Zerspanungsprozess und setzt sich aus der Berechnung verschiedener Einflusskräfte zusammen, die auf das Werkzeug und das Werkstück wirken. Diese Kräfte lassen sich in drei Hauptkomponenten unterteilen: die Hauptschnittkraft (Fc), die Vorschubkraft (Ff) und die Passivkraft (Fp).

Hauptschnittkraft (Fc)

Diese Kraft wirkt in der Schnittrichtung und ist die größte der drei Komponenten. Sie ist verantwortlich für das eigentliche Abscheren des Materials. Die Hauptschnittkraft ist direkt proportional zur Schnitttiefe und Schnittbreite sowie abhängig von der Härte des Werkstoffs und der Schnittgeschwindigkeit. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Leistungsaufnahme der Werkzeugmaschine.

Vorschubkraft (Ff)

Die Vorschubkraft wirkt in der Vorschubrichtung und ist die zweitgrößte Komponente der Schnittkraft. Sie ist für das Bewegen des Werkzeugs durch das Material verantwortlich. 

Diese Kraft ist ebenfalls abhängig von Vorschubgeschwindigkeit, Schnitttiefe und Materialeigenschaften, jedoch geringer als die Hauptschnittkraft. Die Dimensionierung der Werkzeugmaschine und die Gestaltung des Vorschubmechanismus werden durch diese Kraft beeinflusst.

Passivkraft (Fp)

Eine Passivkraft, manchmal auch als radiale Kraft bezeichnet, wirkt senkrecht zu den beiden anderen Kräften und wird häufig vernachlässigt, da sie die kleinste der drei Komponenten ist. Dennoch hat sie Einfluss auf die Stabilität und Genauigkeit des Zerspanungsprozesses, insbesondere bei der Oberflächenbearbeitung. Die Passivkraft kann Deformationen und Vibrationen im Werkstück und Werkzeug verursachen.

Alle drei Kräfte zusammen ergeben die resultierende Schnittkraft, die bei der Planung und Optimierung des Zerspanungsprozesses berücksichtigt werden muss. Die genaue Bestimmung dieser Kräfte ermöglicht es, die Werkzeugstandzeit zu maximieren, die Oberflächenqualität zu verbessern und die Prozesssicherheit zu gewährleisten.

Moderne Simulationstools und Messtechniken helfen dabei, die Schnittkraft präzise zu berechnen und zu analysieren, was zu einer effizienteren und wirtschaftlicheren Fertigung führt.

Warum ist es wichtig, die Schnittkraft zu kennen?

Das Wissen um die Schnittkraft ist in der Zerspanungstechnik von großer Bedeutung, weil sie unmittelbar die Effizienz, Qualität und Lebensdauer des Fertigungsprozesses beeinflusst. Eine präzise Kenntnis der Schnittkraft ermöglicht die Auswahl geeigneter Werkzeuge und deren richtige Einstellung, was wiederum die Maschinenbelastung und den Energieverbrauch optimiert.

1. Werkzeugstandzeit: Die Schnittkraft beeinflusst den Verschleiß und die Lebensdauer des Werkzeugs. Zu hohe Kräfte können zu schnellem Verschleiß oder sogar zum Bruch des Werkzeugs führen, wodurch die Produktionskosten steigen.
2. Oberflächenqualität: Eine angemessene Schnittkraft trägt zur Erzielung einer hohen Oberflächenqualität bei. Instabile oder übermäßige Kräfte können Vibrationen und Oberflächenunregelmäßigkeiten verursachen, die die Qualität des Endprodukts mindern.
3. Prozesssicherheit: Die Kenntnis der Schnittkraft ermöglicht es, den Zerspanungsprozess sicherer und stabiler zu gestalten. Dies minimiert das Risiko von Maschinenstillständen und erhöht die Produktionssicherheit.
4. Energieeffizienz: Durch die Optimierung der Schnittkraft kann der Energieverbrauch der Maschine reduziert werden, was sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile bietet.

Die genaue Bestimmung und Kontrolle der Schnittkraft stellt sicher, dass der Zerspanungsprozess wirtschaftlich, sicher und qualitativ hochwertig durchgeführt wird. Moderne Messtechniken und Simulationstools unterstützen diese Optimierung und tragen zur kontinuierlichen Verbesserung der Fertigungstechnologien bei.