切削功率的评估和监控

        在机床选型和配置主轴电机时需要考虑主轴电机功率、扭矩、转速等参数特性，以满足日常加工所需。有时在使用已有机床进行加工之前，也需要对加工所需的功率或扭矩进行评估，避免造成闷机、加工不良甚至事故。在加工持续进行中，也要监控机床是否在过载情况下持续工作。

切削功率计算

在手头没有计算工具的情况下，可利用基本公式进行人工计算。

1.车削

举例：

材料奥氏体不锈钢，相关参数都可以在刀具样本中查到。

使用90度主偏角刀具（实际刀具可能有几度偏差）近似取：Kr=90°；fn=0.2mm=hm；前角γo=0；mc=0.20；Kc1=2150。则Kc=2966N/mm2

f_n=0.2; a_p=2; V_c=200

则Pc=0.2×2×200×2966/60000=3.955kW

工具计算：

相关厂商已经开发了一些方便的小工具如APP或基于Excel 的小软件，使用方便。但很多都是基于自身产品的使用而开发的，与用户实际情况会有一定偏差，但是基本上可以满足电机选型和加工参数预评估的需要。

上述车削例子使用App计算：4.02kW，软件计算和手工计算之间有一些偏差，但不影响电机选型和基本加工参数范围的选择。

2．铣削

       从上述两个平均切屑厚度的公式，可以看出，在直刃刀具、切深相同、满槽铣的情况下，两个公式的计算结果是一样的，下面我们就以90度主偏角，满槽铣为例，铣刀直径40为例，用上述两公式均可得到h_m=2f_z/π。如果f_z=0.2，则h_m=0.127mm。若前角γ_o=0；m_c=0.20；K_c1=2150。则K_c=3248N/mm²

如果V_c=200，n=1592，铣刀齿数为5，切深a_p=2

工作台进给V_f=f_z×Z×n=1592m/min

P_c=40×2×1592×3248/60000000=6.89kW

App计算得到功率：6.55kW与计算结果接近，手工计算扭矩值M_c也比较接近。

M_c=6.89×30000/3.14/1592=41.35Nm

由于实际刀片具有槽型和安装前角等因素，刀具厂商的软件会比手工简化的公式计算结果小一些，但在具有主轴数据的情况下更能直观反映加工参数和主轴性能之间的关系。

功率监控

            监控方法：

            1， 观察记录加工视窗中功率百分比进度条，在功率图上找到对应转速下的功率输出，用读到的功率百分比乘以功率图上对应的功率输出值，就是大概的功率值

             2， 在系统驱动参数中读出。

       手工计算得到的功率和扭矩可在同样转速下主轴功率和扭矩图中的功率扭矩值相比较，看看它们之间的关系是否合理。也可对比系统实时的功率监控参数。

从上图可以读出相对平稳的切削功率在53%左右。结合功率扭矩图可以读出功率和扭矩值。

       8.5×53%=4.51kW  输出扭矩在额定最大的55Nm，超过所需的27.29Nm很多。

       带槽型的刀具实际加工监控和功率图反推结果与带槽型的软件计算结果很接近，带20度前角后结果更为接近。

       这里也没有计入机床效率（即切削直接消耗的功率占主轴电机输出功率的比值），所以，在实际评估时应视主轴情况予以考虑。

       在参数中读出有不同的途径。

       1， 设置相应功能选项后，可从变量中读取，如下图，单位W。

       2，直接从驱动数据中读出

        说明：出于刀具安全考虑，监控图中数据时切深ap=1，理论上如果ap=2，消耗功率也将翻倍。上图中功率应该为5.62kW和6.64kW。

        可以看出1、2两种监控途径读出的数据是基本一致的。但从驱动读到的数据比计算得到的数据大，包括了非切削消耗的功率。

3钻削

这里也给出钻削加工相关公式供参考。

结论：

1. 通过手工计算、软件计算、加工监控对比结果可知：用本文公式和工具进行切削功率评估是可靠的，可以指导电机选型和加工参数选择。

2. 不同的监控途径得到的功率数据一致，与计算结果有一定偏差，选型或加工时要考虑机床效率等因素，给一定富余量。

 

 

*本文参考刀具厂商相关资料和工具

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