专机设计中加工功率的快速计算

沈义伦

（四川德恩精工科技股份有限公司，四川 眉山 620460）

一、面铣削加工

面铣削加工所需的功率可以由下面的公式来计算：

Pc=ap×ae×vf×Kc÷（60×106×η)，Pc（kW）：所需功率，ap（mm）：切削深度，ae（mm）：切削宽度，vf（mm/min）：每分钟工作台进给，Kc（MPa）：比切削力，η:机床效率系数。

面铣削Kc 值按表1 选择：

表1

笔者在设计专用机床时设计了一个这样的面铣削装置：

工件材质：HT200，工件加工部位状况：铸造毛坯面，切削宽度：140mm，切削深度：2-3mm，刀盘直径：160mm，刀盘刃数：9，动力头：NT50 镗铣主轴头，移动装置：十字液压滑台。

此装置设计铣削线速度为120m/min，每刃每转进给大约（由于采用液压驱动，不是很准确）为0.1mm。切削速度由8 级电机通过同步带轮变速来满足。现对所需的电机功率进行估算：

ap（mm）：3（按最大值取）

ae（mm）：140

Kc（MPa）：1750（由表1 中的HT200 栏，0.1mm/每刃进给选出）

η:0.85（此装置，中间的变速环节少）

由于主轴的每分钟转速：

n=120÷3.14÷160×1000=238.85

故铣削时的每分钟进给为：

vf=238.85×0.1×9

=214.97mm/min

此装置所需功率:

Pc=ap×ae×vf×Kc÷（60×106×η)

=3×140×214.97×1750÷（60×106×0.85)

=3.10kW

按照电机标准，与3.1kW 相邻的标准电机功率有3kW 和4kW 两种，根据功率配备选大不能选小的原则，最终选择4kW-8 级的电机。此4kW 的功率选择在专用机床装配好后，实际使用一段时间后表明此选择是完全正确的。

二、镗孔

镗孔加工一般有单刃、多刃之分，多刃在每刃切削条件一样的情况下，所需的功率可以认为是单刃所需功率乘以刃数。单刃所需功率可以由下面的公式来计算：

Pc=ap×f×vc×Kc÷（60×103×η)，Pc（kW）：所需功率，ap（mm）：切削深度，f（mm）：每转进给量，vc（m/min）：切削速度，Kc（MPa）：比切削力，η:机床效率系数。

Kc 值按表2 选择：

表2

工厂外购一台专用机床，其中有一套粗镗孔装置如下图所示：

买回使用的过程中，有时会出现卡刀情况，造成刀具损坏，并严重影响加工进度。由于提供专机的公司离我们公司很远，对现场状况不能及时了解，工厂设备部希望工厂技术中心能够提供技术支持，分析出原因后提供给对方，以加快改进进度。此装置相关参数如下：工件材质：HT200，工件加工部位状况：铸造毛坯面，切削深度：2-3mm，每转进给：0.1mm，电机功率：3kW-4 级变频电机，主轴转速：1200r/min（电机工作频率50Hz 时），镗刀刃数：2，

动力头：NT40 镗铣主轴头，移动装置：高精度液压滑台。

经询问机床操作人员，此专机镗孔最大孔径为Φ36，卡刀情况基本集中在Φ32-Φ36 孔径。再询问得知，车间为了追求加工效率，没有对电机根据不同的功率进行变频调节降低加工线速度，电机一直在50Hz 下运行。

由此分析可能造成卡刀的情况有以下两种：1.刀片承受不了加工的强度，出现崩刃，进而出现卡刀。2.电机功率不足，切削力不够，造成卡刀。由于卡刀，造成刀片损坏。

对于情况1，以加工Φ36 孔径计算：

vc=36×3.14×1200=135.65m/min

这个加工线速度对使用镀层机加刀片镗材质为HT200 的零件的孔来说，不算高。刀片型号为CCMT120408，刀片大小合适，且采用0.8 的刀尖R 角，刀片的强度满足切削的要求，由此判断问题不是有情况1 造成的。

对于情况2，同样以加工Φ36 计算：η 按0.85 选择，Kc 由表2 查为2110，由于是双刃，

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

由此判断是由于电机功率配备小了造成的。经和专机制造公司设计人员沟通，专机制造公司在前期做方案时由于双方沟通不足，没有注意到此专机加工的产品是系列产品（此系列产品各型号之间唯一的区别是孔径不同）。设计方案时，只按加工Φ28 孔径进行设计，没有考虑到孔径变化问题。以加工Φ28 孔计算：

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

专机制造公司重新按4kW的电机功率来设计整套粗镗孔装置后，经半年多的使用，再没有出现过卡刀的情况。由于外圆车加工和镗孔加工原理一样，对镗孔的功率计算同样适用于对零件外圆的车加工的功率计算。