粗加工操作可以将 CNC 主轴推向极限。了解如何解释马力图表可以将这些操作保持在安全范围内。

曾经有一段时间,机械师不得不依靠对完成切割所需功率的触觉理解来实现 CNC。要将刀具送入工件,需要用曲柄微动机床工作台或拉动进给手柄并用手插入。操作员记录了切割所需的力,反馈回路被内化,并且可以即时进行必要的调整。

粗加工

通过利用每台 CNC 机床随附的功率图表,粗加工操作最有可能提高生产率。Makino a51nx 400mm HMC 正在进行铝粗加工

今天,机械师在运行 CNC 加工中心时已经失去了这种有形的体验。这种观察可能给人的印象是手动机械师与行业有更多的接触,但事实是,CNC 机械师只是依靠一套不同的工具来了解他们的机器面临的负载。在牧野 (Makino)最近的一次网络研讨会中,产品专家大卫·沃德 (David Ward) 解释了如何正确解释马力和扭矩图表可以帮助用户充分利用机床的全部功能。

养成生产习惯

许多变量会影响铣削生产率,包括速度和进给、刀具以及 CNC 机床的设计功能。在对铣削操作进行编程时,操作员必须将这些变量放在首位。然而,没有两台数控机床是完全相同的。然而,Ward 说,许多 CAM 程序员会坚持使用标准的切削刀具进给和速度,而不考虑他们正在使用的主轴的特定功率。了解主轴功率和速度之间的关系可以帮助用户通过选择使机器更接近其马力和扭矩的工作极限的速度和进给来提高生产率 - 使铣削操作能够比以前更快地完成。

“如果负载计显示 115%,那么您就没有滥用机器,您的钱物有所值。” - David Ward

Ward 说,对于许多操作员来说,查阅马力和扭矩图表是一个例外,而不是一种习惯。部分原因是许多 CAM 系统自动执行此计算. 此外,通过保守编程更容易避免加工问题。更不用说许多操作员在诊断手术成功与否时只是依靠他们的耳朵。众所周知的桌子上剩下的可能是主轴电机在其额定占空比下运行 20-40%——在某些情况下生产力会急剧下降。

何时检查图表

最终,没有必要为每个铣削操作查阅马力图表。进行攻丝、钻孔或精加工等小型操作不需要机器的全部能力,并且在这些操作中施加过多的功率可能是有害的 - 导致工具损坏或零件损坏。需要去除大量材料的粗加工工序是提高主轴马力利用率的最佳选择。

关注主轴马力使用情况的最常见方法是负载计。在每台 CNC 机器上都可以找到,它提供负载的实时显示,反映相对于其连续负载额定值的功率使用,标记为 100%。这些为直接驱动和皮带驱动主轴提供动力的电动机具有通用的额定负载命名法。该负载额定值决定了在达到热限制之前电机的可用功率可以使用多长时间。

国际电工委员会 (IEC) 指定了八个占空比额定值,范围从 S1 到 S8。量表的低端 S1 表示连续负载等级。对于许多数控机床来说,这是机床可以无限期保持的功率,在负载表上表示为 100%。向上移动,S2 是短时工作等级。该额定值意味着仅在与总循环时间相关的短时间内需要功率。对于 CNC 机床,占空比等级的最高端通常是 S3。这代表了功率图的上限阈值,这个电量可以使用很短的时间。

在下面的图表中,功率和主轴速度的关系是沿着一系列线绘制的。根据 CNC 机床的制造商,只绘制一个或所有三个额定值。可以观察到,随着转速的变化,电机的额定功率也会发生变化。然而,进给率、切削深度和材料类型等参数也决定了在发生灾难性故障之前可以执行多快的铣削。那么什么时候检查图表才有意义呢?“没有理由花时间计算钻头和铰刀等较小工具的马力,”沃德说。“专注于更大的粗加工刀具。但即使将范围缩小到粗加工刀具,这也与您的机器尺寸有关。”

现实情况是,在粗加工期间,当一次去除最大量的材料以获得最高程度的生产力时,将使用机器马力的上限。

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x 轴上以 rpm 为单位的速度和 y 轴上以千瓦为单位的功率。功率图表将表示马力或千瓦作为功率单位。可以在下面找到将 MRR 转换为马力然后转换为 kW 的公式。

权力背后的计算

当刀具与工件接触时,主轴会消耗功率,因为​​切削刃会接触并去除材料。去除的材料量表示为材料去除率 (MRR)。随着 MRR 的增加,以 kW 或 HP 为单位测量的功率使用量增加。如下面的公式所详述,功率使用量(以 kW 或 hp 为单位)随着材料去除率 (MRR) 的增加而增加。MRR 取决于切削深度、切削宽度和进给率。

k因子

“K”因子以每分钟立方英寸为单位,是一马力可以去除的材料量。

确定马力消耗需要“K”因子:一个功率常数,表示每分钟可以去除一马力的立方英寸金属数。查阅图表时,“K”系数因材料硬度而异。K因子数据可以在右边的图表中找到。

  • 切削宽度 = Ae 切削
  • 深度 = Ap
  • 进给率 = Vf

    1. 确定 MRR = AeApVf
    2. 确定刀具处的 HP = MRR/k
    3. 转换为 kW= HP * 0.75

Ward 说,许多用于确定切割所需功率的计算对于 CNC 机械师来说是例行公事。然而,在对粗加工操作进行编程时必须回答的问题是:“这个速度是利用了足够的功率还是过多的功率来使机器运行而不会牺牲时间或超出机器的能力?” 这个问题将导致程序员至少考虑查阅图表并做出特定于机器的决定。

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