切削力与切削功率的计算

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加工功率如何计算？

在力学中，电机的功率是扭矩和轴的角速度的乘积。在加工中，这等于作用在主轴上的扭矩乘以主轴转速：

• 在刀具旋转切削加工（铣削和钻孔），它是作用在切削刃上的力乘以刀具半径乘以刀具旋转速度（主轴转速）。
• 在刀具非旋转切削加工（车削和开槽），它是作用在工件上的力乘以工件半径乘以工件旋转速度（主轴速度）。

计算切削力是一项相当复杂的计算，无法总结为简单的公式。幸运的是，有一种解决方法，它很容易实现，而且能得到相对准确的结果（大约 +/- 15%）。

方法是将金属去除率 (MRR)乘以特定切削力 (KC)

金属去除率(Q)： 加工操作在一分钟内去除的材料体积（单位为立方厘米或立方英寸）

特定切削力 (KC)：一种材料属性，表示从工件中取出切屑所需的力。网上（或工具书中）可以查到每种原材料或材料组的KC 值。

切削力计算

计算切削功率需要4个步骤：

步骤 1 – 计算金属去除率 (Q)

材料去除率 (MRR) 是在铣削、车削、钻孔和开槽等机械加工操作过程中每单位时间去除的材料量。它用字母 Q 表示，以每分钟立方英寸或每分钟立方厘米为单位。

上表所用单位：

• A p、A e、D、W – 毫米或英寸
• V f – 米/分钟或英寸/分钟
• V c – 米/分钟或英尺/分钟 (SFM)
• F n – 毫米/转或英寸/转
• MRR – 金属去除率 CM 3 /min 或 Inch 3 /min

步骤2 - 获取材料特定切削力 (KC1.1)

每种材料都有一个特定切削力系数，该系数表示在切削方向上的力，需要切削厚度为 1 毫米、顶角为 0° 的 1 平方毫米切屑面积，因此命名为 KC 1.1。除了 KC1.，每种材料都有一个MC 常数，表示 KC 在远离其标准点时如何变化。

步骤 3 – 计算实际 特定切削力 (KC)

由于KC1.1 已标准化为 0° 前角时的 1 毫米，因此我们需要计算适合我们条件的实际特定切削力 KC 。这是该过程中最复杂的部分，并且根据应用而有所不同。要进行计算，我们需要获得 4 个参数。

1. KC1.1 –标准化特定切削力 [KPSI] 或 [KW] – 从下表获得
2. MC – KC 图的曲线斜率。– 从下图获得
3. GAMF –顶角。– 从刀具/刀片目录或图纸中获得。
4. HM —切屑厚度 [英寸] 或 [毫米] — 需要根据应用进行计算。

a & b)我们已经从上面步骤 2获得了 KC1.1 和 MC 。

c) 顶前角（径向）-GAMF

每种切削刀具都有一个径向前角。该角度是在切削刃和工件之间测量的。因此，当可转位刀片安装在刀架上时，应使用组合角度（刀片安装在刀槽中时，顶部前角相对于刀具夹紧平面的角度）。信誉良好的刀具供应商会在其目录中提供此角度。如果您难以获得该角度，请使用 +7° 作为默认值，因为大多数切削刀具都具有轻微的正前角。

d) 切屑厚度（HM）根据应用的不同而采用不同的计算方法：

钻孔 –切屑厚度就是每齿（或每槽）的进给量。HM =FN/2（对于 90% 的钻头，它将是 FN/2）

切断/开槽 –切屑厚度就是每转的进给量。HM=FN

车削– 切屑厚度取决于接近角 (KAPR)。

• 当主偏角为 90°（或更大）时，使用每转进给量作为切屑厚度 HM=FN
• 随着接近角变小，切屑厚度根据以下公式减小：HM = FN X SIN(KAPR)

铣削 –切屑厚度取决于两个因素：

接近角（KAPR）：

• 当主偏角为90°（标准直铣刀）时，使用每转进给量作为切屑厚度
• 当主偏角为90°（标准直铣刀）时，使用每转进给量作为切屑厚度 HM= FZ
• 随着接近角变小，切屑厚度根据以下公式减小：HM = FZ X SIN(KAPR)
• 对于圆形，公式更为复杂，本文不再赘述。

径向切削深度(AE)：

• 当AE>=D/2时，以每齿进给量作为切屑厚度 HM=FZ
• 当AE<D/2时，切屑厚度根据径向切屑减薄系数 (RCTF)减小。HM=FZ/RCTF
• 此处深入解释了径向切屑减薄(RCTF)的详细公式

步骤 4 – 将结果转换为 kW 或 HP

• 假设输入值以英寸为单位，KC 以 KPSI 为单位，则结果应除以 400 以获得 HP 单位的功率。
• 假设输入值以毫米为单位，KC 以 Mpa (N/mm 2 ) 为单位，则应将结果除以 60,000 以获得 kW 为单位的功率。

因此，最终的公式是：