数控车床切削功率计算

对钩网 · 发表于 2018-1-3 11:54:31

工欲善其事必先利其器，在加工中除了刀具本身能承受工件的撞击力及切削力外，机台本身的功率及钢性是否足够，往往影响刀具寿命及加工效率，尤其CNC车床加工因为是工件旋转与离心力关系，转速会因工件大小及夹持方式受到一定限制，当加工时要效率提升唯有提高切削进给率或加大切削深度，而此时如果机台主轴功率不足，往往会因此而导致机台停机或刀具破损，以下就台中精机Vturn-36机台作为范例，计算马达功率是否能符合切削需求。
Vturn-36因须经过变速箱传动，扭力会有所更改，所以整合计算以求得正确切削力。
Vturn-36分为2000转及2500转，2000转低档时主轴与马达转速比为1：8.08，高档为1：2.66。2500转低档转速比为1：6.54，高档为1：2.15，当了解工件切削速度时须换算成主轴马达转速，才能求得正确的切削功率。
(一)切削功率计算公式：
Ne(Kw)＝(Ap×F×Vc×Ks)÷(60×103×η)
Ap(mm)：切削深度/ F(mm/rev)：每转进给量/ Vc(m/min)：切削速度 /Ks(N/mm2)：比切削力(查表) / η：机床总效率(80%或90%) /Ne(Kw)：所须功率
例题：加工外径200mm低碳钢，单边切深3mm，切削速度120m/min，进给率0.2mm/rev求所须功率。
解答：Ne＝(3×0.2×120×2600)÷(60×1000×0.8)＝3.9Kw
(二)切削扭力计算：
因Vturn-36有经过变速箱传动低速档齿轮比为1：2.4，所以马达扭力可提升2.4倍。
高速档齿轮比为1：0.79，所以马达扭力降为0.79倍。
T(N-m)＝Ap×Ks×f×r/ Ap(mm)：切削深度/ Ks(N/mm2)：比切削力(查表) /f(mm/rev)：每转进给量/ T(N-m)：切削阻抗扭矩/ r(m)：切削工件半径
例题：加工外径200mm低碳钢，单边切深3mm，切削速度120m/min，进给率0.2mm/rev求所须扭矩。
解答：T＝3×2600×0.2×0.1＝156(N-m)
(三)切削转速计算：
N=(Vc×1000)/(D×3.14) / N(rpm)：主轴转速/ Vc(m/min)：切削速度/ D(mm)：工件直径
由上面例题算出工件转速N＝(120×1000)÷(200×3.14)＝191rpm
所以要加工此工件所须条件为：(1)功率＝3.9Kw (2)扭矩＝156N-m(3)转速＝191rpm
(四)审查主轴马达是否有足够切削力加工此工件：
以Vturn -36双段2000rpm/α22i马达为审查机种。
1.低速檔：因主轴与马达转速比为1：8.08所以主轴转速191rpm时马达转速为1543rpm(功率为26KW)。变速箱齿轮比为1：2.4所以主轴扭力可提升2.4倍，由马达扭矩图查得其标准约为165N-m，经过变速箱后可达396 N-m。
2.高速檔：因主轴与马达转速比为1：2.66所以主轴转速191rpm时马达转速为508rpm(功率约为8KW)。变速箱齿轮比为1：0.79所以主轴扭力降为0.79倍，由马达扭矩图查得其标准约为165N-m，经过变速箱后只有123 N-m。因实测外径切削，扭矩影响很小，可忽略！
因此要符合第( 四) 项加工条件1. 功率：3.9Kw 用低速文件加工主轴负载约为15%，用高速档加工约为48%。