数控机床常用计算项目与计算方法.doc

PAGE PAGE 9 数控机床常用计算项目与计算方法  编者说明： 1、编制本“计算方法”的目的是用于指导数控机床的设计计算及进行数控机床“交钥匙”项目时所需的必要计算。 2、本“计算方法”上所汇集的计算项目及计算方法仅是为一般设计手册中不常涉及的计算公式，其来源系汇集的散见于各种手册，数控系统说明书及杂志中的相应公式。 3、本“计算方法”的编制系采用按数控机床常用功能部件、单元为构成的方法编写，以利应用方便。 4、由于编者水平及资料所限，加之编撰时间仓促，如有错误，欢迎指正。 目 录 一、AC主轴伺服电机及变频调速电机 ●几个基本概念 主轴电机转速的计算 主轴电机额定输出扭矩及最大输出扭矩的计算。 主轴电机恒扭矩转速范围内实际输出功率的计算。 机床主轴额定输出扭矩及最大输出扭矩的计算。 车、铣、钻方式下，主轴及电机所需功率的计算。 二、AC伺服电机及伺服进给轴 伺服进给轴额定及超载时有效推力的计算。 钻孔时最大轴向进给力的计算 钻孔时作用在伺服电机上力的计算 进给伺服电机的选择计算 刀架用伺服电机的选用计算 直线伺服进给轴参考点减速档块宽度LDW的计算 倾斜(垂直)进给轴是否增加平衡装置的计算 三、其它计算 切削力、切削功率及切削扭矩的计算 主轴轴承dMN值的计算 主轴轴承润滑脂封入量的计算 螺纹车削走刀次数的计算 根据粗糙度要求，计算合理切削工艺参数的计算 一、AC主轴伺服电机及变频调速电机 ●基本概念 1、电机的功率负载特性： 做为一般驱动负载工作的回转电机有以下三种常用的功率负载特性： （1）连续工作制（S1）：是指该电机在额定工作条件和负载条件下允许长时间、不间断的工作。（2）短时工作制（S2）：是指该电机在规定的短时间内允许超出额定功率进行运转工作，其超载时间优先采用10、30或60分钟等。（3）断续工作制（S3）：是指该电机应按一定的通、断周期进行工作，以保证电机在大电流、超载情况下不致因电机温度过高，击穿绝源而烧坏。 在S3工作制下工作的电机允许的每一通、断工作周期为10分钟，例FANUC AC主轴电机规定在50%ED率下（S3工作制），其循环时间周期为10分钟（即ON：5min，OFF：5min）。 目前的AC主轴电机有一个重要特性就是允许在S2或S3工作制下运转，其实际就是一种短的工作制电机。如FANUC的α11型主轴电机的额定连续输出功率为11kw。S2工作制下的30分钟时间内允许的超载功率为15kw。因数控机床在实际超载切削时每一次走刀时间很难超出30分钟，故许多机床制造厂在标定其生产的某型机床动力参数时，常用主轴电机的30分钟超载功率做为其样本上标示的主轴电机的主参数。同样，进行数控机床设计时，设计者亦充分利用好主轴电机的这种特性。 特别需要指出的是，目前多采用的标准型普通变频电机，其仅能在S1工作制下工作，不允许超载使用，因此设计者选用时必须注意。但随着技术的发展，最近市场上出现了一种称为“变频主轴电机”的新型变频电机，其恒功率的拐点转速控制频率（周波）为33.3Hz，不但大幅降低了电机的拐点转速，提高了电机低速时的特性能力，且允许在S2工作制下进行30分钟超载运行，是一种具有良好价格性能比的新型电机。 2、电机的负载特性及主轴电机的拐点转速nj： 无论AC主轴电机还是变频调速电机，其在nj拐点转速以上进行无级调速时，均基本为恒功率调速。即随着电机转速的提高，其输出功率保持基本不变，而电机的输出扭矩则随转速的升高而下降；其在nj拐点转速以下进行无级调速时，均为恒扭矩调速，即随着电机转速的下降，其输出扭矩恒定不变，而电机的输出功率则随转速的降低而下降。因此机床主轴在低速段进行粗加工而转速又落入电机的恒扭矩段转速时，设计者必须认真校核此时电机的实际输出功率能否满足切削所实际需要的功率，否则会出现“闷车”现象。 在我国，因发电厂采用50Hz频率（周波）数发电，故对标准AC主轴电机（如FANUC的α系列）和标准普通变频电机而言，因多采用4极（4P）绕组电机，则nj拐点转速值应为1500r/min。 无论何种调速电机，根据机床的负载特点，其nj拐点转速值越低，其与电机最高转速间的比值越大（恒功率调速比），则该电机的力能特性越好。 （一）主轴电机转速的计算： 2×F 公式：n = ——— × 60 P 式中：n：电机转速 F：控制赫兹（周波）数 P：电机的极数 注：日本FANUC α系列主轴电机参数如下： 1、调频范围： α0.5～α6型：0～266.6Hz α8～α22型 ：0～200Hz α30～α40型：0～150Hz 2、极数（P）：FANUC标准系列主轴电机多为4