Bearbeitungskräfte

Bearbeitungskräfte sind die mechanischen Kräfte, die beim spanenden Bearbeiten von Werkstücken auftreten. Sie entstehen durchplastische Formänderungen, Reibung und Spankontakt zwischen Werkzeug und Werkstück und wirken sowohl auf das Werkzeug als auch auf das Werkstück. In der Regel werden sie in drei Richtungen beschrieben: die Hauptschnittkraft Fc, die sich in Richtung der Schnittrichtung ausrichtet, die Vorschubkraft Ff entlang des Vorschubwegs des Werkzeugs und die Radialkraft Fr, die senkrecht dazu wirkt.

Die Hauptschnittkraft Fc ist meist die größte Komponente und steht im Zusammenhang mit der Materialabnahme im Kern des Spanprozesses. Die Vorschubkraft Ff beeinflusst unter anderem die Schnitttiefe sowie die Stabilität des Werkstücks während des Vorschubs, während die Radialkraft Fr zu Werkzeugdeflexionen und Spanabweisungen führen kann. Die Verteilung der Kräfte hängt stark von Werkstoff, Werkzeuggeometrie (z. B. Spanwinkel, Freistellwinkel), Schnitttiefe, Schnittgeschwindigkeit, Vorschubrate und der Kühlung bzw. Schmierung ab.

Typische Messungen erfolgen mit Kraftsensoren oder Dynamometern, oft während der Zerspanung, um Fc, Ff und Fr bestimmt zu erraten. Modelle zur Abschätzung der Bearbeitungskräfte basieren auf empirischen Koeffizienten, die Materialabtragsrate, Schnitttiefe und Schnittgeschwindigkeit berücksichtigen. Diese Kräfte dienen in der Praxis der Auslegung von Werkzeugmaschinen, der Bestimmung von Energiebedarf und der Bewertung von Werkzeugstandzeiten sowie der Vermeidung von Vibrationen und Werkzeugverschleiß.

Durch Optimierung von Schnittparametern, Werkzeuggeometrie, Kühlmittel und Maschinenspannung lassen sich Bearbeitungskräfte reduzieren, was zu höherer Oberflächenqualität, größerer Prozessstabilität und längerer Lebensdauer von Werkzeugen führt.