專機(jī)設(shè)計(jì)中加工功率的快速計(jì)算

沈義倫

（四川德恩精工科技股份有限公司，四川 眉山 620460）

一、面銑削加工

面銑削加工所需的功率可以由下面的公式來計(jì)算：

Pc=ap×ae×vf×Kc÷（60×106×η)，Pc（kW）：所需功率，ap（mm）：切削深度，ae（mm）：切削寬度，vf（mm/min）：每分鐘工作臺(tái)進(jìn)給，Kc（MPa）：比切削力，η:機(jī)床效率系數(shù)。

面銑削Kc 值按表1 選擇：

表1

筆者在設(shè)計(jì)專用機(jī)床時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)這樣的面銑削裝置：

工件材質(zhì)：HT200，工件加工部位狀況：鑄造毛坯面，切削寬度：140mm，切削深度：2-3mm，刀盤直徑：160mm，刀盤刃數(shù)：9，動(dòng)力頭：NT50 鏜銑主軸頭，移動(dòng)裝置：十字液壓滑臺(tái)。

此裝置設(shè)計(jì)銑削線速度為120m/min，每刃每轉(zhuǎn)進(jìn)給大約（由于采用液壓驅(qū)動(dòng)，不是很準(zhǔn)確）為0.1mm。切削速度由8 級(jí)電機(jī)通過同步帶輪變速來滿足。現(xiàn)對(duì)所需的電機(jī)功率進(jìn)行估算：

ap（mm）：3（按最大值取）

ae（mm）：140

Kc（MPa）：1750（由表1 中的HT200 欄，0.1mm/每刃進(jìn)給選出）

η:0.85（此裝置，中間的變速環(huán)節(jié)少）

由于主軸的每分鐘轉(zhuǎn)速：

n=120÷3.14÷160×1000=238.85

故銑削時(shí)的每分鐘進(jìn)給為：

vf=238.85×0.1×9

=214.97mm/min

此裝置所需功率:

Pc=ap×ae×vf×Kc÷（60×106×η)

=3×140×214.97×1750÷（60×106×0.85)

=3.10kW

按照電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，與3.1kW 相鄰的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)功率有3kW 和4kW 兩種，根據(jù)功率配備選大不能選小的原則，最終選擇4kW-8 級(jí)的電機(jī)。此4kW 的功率選擇在專用機(jī)床裝配好后，實(shí)際使用一段時(shí)間后表明此選擇是完全正確的。

二、鏜孔

鏜孔加工一般有單刃、多刃之分，多刃在每刃切削條件一樣的情況下，所需的功率可以認(rèn)為是單刃所需功率乘以刃數(shù)。單刃所需功率可以由下面的公式來計(jì)算：

Pc=ap×f×vc×Kc÷（60×103×η)，Pc（kW）：所需功率，ap（mm）：切削深度，f（mm）：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，vc（m/min）：切削速度，Kc（MPa）：比切削力，η:機(jī)床效率系數(shù)。

Kc 值按表2 選擇：

表2

工廠外購(gòu)一臺(tái)專用機(jī)床，其中有一套粗鏜孔裝置如下圖所示：

買回使用的過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡刀情況，造成刀具損壞，并嚴(yán)重影響加工進(jìn)度。由于提供專機(jī)的公司離我們公司很遠(yuǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況不能及時(shí)了解，工廠設(shè)備部希望工廠技術(shù)中心能夠提供技術(shù)支持，分析出原因后提供給對(duì)方，以加快改進(jìn)進(jìn)度。此裝置相關(guān)參數(shù)如下：工件材質(zhì)：HT200，工件加工部位狀況：鑄造毛坯面，切削深度：2-3mm，每轉(zhuǎn)進(jìn)給：0.1mm，電機(jī)功率：3kW-4 級(jí)變頻電機(jī)，主軸轉(zhuǎn)速：1200r/min（電機(jī)工作頻率50Hz 時(shí)），鏜刀刃數(shù)：2，

動(dòng)力頭：NT40 鏜銑主軸頭，移動(dòng)裝置：高精度液壓滑臺(tái)。

經(jīng)詢問機(jī)床操作人員，此專機(jī)鏜孔最大孔徑為Φ36，卡刀情況基本集中在Φ32-Φ36 孔徑。再詢問得知，車間為了追求加工效率，沒有對(duì)電機(jī)根據(jù)不同的功率進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)降低加工線速度，電機(jī)一直在50Hz 下運(yùn)行。

由此分析可能造成卡刀的情況有以下兩種：1.刀片承受不了加工的強(qiáng)度，出現(xiàn)崩刃，進(jìn)而出現(xiàn)卡刀。2.電機(jī)功率不足，切削力不夠，造成卡刀。由于卡刀，造成刀片損壞。

對(duì)于情況1，以加工Φ36 孔徑計(jì)算：

vc=36×3.14×1200=135.65m/min

這個(gè)加工線速度對(duì)使用鍍層機(jī)加刀片鏜材質(zhì)為HT200 的零件的孔來說，不算高。刀片型號(hào)為CCMT120408，刀片大小合適，且采用0.8 的刀尖R 角，刀片的強(qiáng)度滿足切削的要求，由此判斷問題不是有情況1 造成的。

對(duì)于情況2，同樣以加工Φ36 計(jì)算：η 按0.85 選擇，Kc 由表2 查為2110，由于是雙刃，

Pc=（ap×f×vc×Kc÷（60×103×η））×2

=（3×0.1×135.65×2110÷（60×103×0.85））×2

=1.68×2

=3.36kW

由此判斷是由于電機(jī)功率配備小了造成的。經(jīng)和專機(jī)制造公司設(shè)計(jì)人員溝通，專機(jī)制造公司在前期做方案時(shí)由于雙方溝通不足，沒有注意到此專機(jī)加工的產(chǎn)品是系列產(chǎn)品（此系列產(chǎn)品各型號(hào)之間唯一的區(qū)別是孔徑不同）。設(shè)計(jì)方案時(shí)，只按加工Φ28 孔徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒有考慮到孔徑變化問題。以加工Φ28 孔計(jì)算：

vc=28×3.14×1200

=105.5m/min

Pc=（ap×f×vc×Kc÷（60×103×η））×2

=（3×0.1×105.5×2110÷（60×103×0.85））×2

=1.31×2

=2.62kW

專機(jī)制造公司重新按4kW的電機(jī)功率來設(shè)計(jì)整套粗鏜孔裝置后，經(jīng)半年多的使用，再?zèng)]有出現(xiàn)過卡刀的情況。由于外圓車加工和鏜孔加工原理一樣，對(duì)鏜孔的功率計(jì)算同樣適用于對(duì)零件外圓的車加工的功率計(jì)算。