幾個(gè)基本概念（一） 主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算（二） 主軸電機(jī)額定輸出扭矩及最大輸出扭矩的計(jì)算。（三） 主軸電機(jī)恒扭矩轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)際輸出功率的計(jì)算。（四） 機(jī)床主軸額定輸出扭矩及最大輸出扭矩的計(jì)算。車、銑、鉆方式下，主軸及電機(jī)所需功率的計(jì)算

AC主軸伺服電機(jī)及變頻調(diào)速電機(jī)

●基本概念1、電機(jī)的功率負(fù)載特性：做為一般驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作的回轉(zhuǎn)電機(jī)有以下三種常用的功率負(fù)載特性：

（1）連續(xù)工作制（S1）：是指該電機(jī)在額定工作條件和負(fù)載條件下允許長(zhǎng)時(shí)間、不間斷的工作。

（2）短時(shí)工作制（S2）：是指該電機(jī)在規(guī)定的短時(shí)間內(nèi)允許超出額定功率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)工作，其超載時(shí)間優(yōu)先采用10、30或60分鐘等。

（3）斷續(xù)工作制（S3）：是指該電機(jī)應(yīng)按一定的通、斷周期進(jìn)行工作，以保證電機(jī)在大電流、超載情況下不致因電機(jī)溫度過高，擊穿絕源而燒壞。

在S3工作制下工作的電機(jī)允許的每一通、斷工作周期為10分鐘，例FANUC AC主軸電機(jī)規(guī)定在50%ED率下（S3工作制），其循環(huán)時(shí)間周期為10分鐘（即ON：5min，OFF：5min）。

目前的AC主軸電機(jī)有一個(gè)重要特性就是允許在S2或S3工作制下運(yùn)轉(zhuǎn)，其實(shí)際就是一種短的工作制電機(jī)。如FANUC的α11型主軸電機(jī)的額定連續(xù)輸出功率為11kw。S2工作制下的30分鐘時(shí)間內(nèi)允許的超載功率為15kw。因數(shù)控機(jī)床在實(shí)際超載切削時(shí)每一次走刀時(shí)間很難超出30分鐘，故許多機(jī)床制造廠在標(biāo)定其生產(chǎn)的某型機(jī)床動(dòng)力參數(shù)時(shí)，常用主軸電機(jī)的30分鐘超載功率做為其樣本上標(biāo)示的主軸電機(jī)的主參數(shù)。同樣，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者亦充分利用好主軸電機(jī)的這種特性。

特別需要指出的是，目前多采用的標(biāo)準(zhǔn)型普通變頻電機(jī)，其僅能在S1工作制下工作，不允許超載使用，因此設(shè)計(jì)者選用時(shí)必須注意。但隨著技術(shù)的發(fā)展，最近市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種稱為“變頻主軸電機(jī)”的新型變頻電機(jī)，其恒功率的拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速控制頻率（周波）為33.3Hz，不但大幅降低了電機(jī)的拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速，提高了電機(jī)低速時(shí)的特性能力，且允許在S2工作制下進(jìn)行30分鐘超載運(yùn)行，是一種具有良好價(jià)格性能比的新型電機(jī)。

、電機(jī)的負(fù)載特性及主軸電機(jī)的拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速nj：無論AC主軸電機(jī)還是變頻調(diào)速電機(jī)，其在nj拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行無級(jí)調(diào)速時(shí)，均基本為恒功率調(diào)速。即隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，其輸出功率保持基本不變，而電機(jī)的輸出扭矩則隨轉(zhuǎn)速的升高而下降；其在nj拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行無級(jí)調(diào)速時(shí)，均為恒扭矩調(diào)速，即隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，其輸出扭矩恒定不變，而電機(jī)的輸出功率則隨轉(zhuǎn)速的降低而下降。因此機(jī)床主軸在低速段進(jìn)行粗加工而轉(zhuǎn)速又落入電機(jī)的恒扭矩段轉(zhuǎn)速時(shí)，設(shè)計(jì)者必須認(rèn)真校核此時(shí)電機(jī)的實(shí)際輸出功率能否滿足切削所實(shí)際需要的功率，否則會(huì)出現(xiàn)“悶車”現(xiàn)象。

在我國(guó)，因發(fā)電廠采用50Hz頻率（周波）數(shù)發(fā)電，故對(duì)標(biāo)準(zhǔn)AC主軸電機(jī)（如FANUC的α系列）和標(biāo)準(zhǔn)普通變頻電機(jī)而言，因多采用4極（4P）繞組電機(jī)，則nj拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速值應(yīng)為1500r/min。

無論何種調(diào)速電機(jī)，根據(jù)機(jī)床的負(fù)載特點(diǎn)，其nj拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速值越低，其與電機(jī)最高轉(zhuǎn)速間的比值越大（恒功率調(diào)速比），則該電機(jī)的力能特性越好。

（一）主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算：2×F公式：n = ——— ×60 P式中：n：電機(jī)轉(zhuǎn)速F：控制赫茲（周波）數(shù)P：電機(jī)的極數(shù)注：日本FANUC α系列主軸電機(jī)參數(shù)如下：1、調(diào)頻范圍：α0.5～α6型：0～266.6Hzα8～α22型 ：0～200Hzα30～α40型：0～150Hz 2、極數(shù)（P）：FANUC標(biāo)準(zhǔn)系列主軸電機(jī)多為4以FANUC α12型主軸電機(jī)為例計(jì)算（0-200Hz）：電機(jī)最高輸出轉(zhuǎn)速：2×200n = ——— ×60 = 6000r/min 4電機(jī)恒功率輸出轉(zhuǎn)速（電機(jī)拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速）2×50n = ——— ×60 = 1500r/min 4（注：電機(jī)50Hz以下為恒扭矩特性輸出）

（二）主軸電機(jī)額定輸出扭矩及最大輸出扭矩的計(jì)算：式中：N：主軸電機(jī)額定/30分超載的功率（KW）nj：主軸電機(jī)恒功率拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速（r/min）以FANUC α12型主軸電機(jī)為例計(jì)算（11/15kw）則：電機(jī)額定輸出扭矩（連續(xù)輸出扭矩）：電機(jī)最大輸出扭矩（30分鐘超載）：注：

（1）根據(jù)數(shù)控機(jī)床切削作業(yè)時(shí)的特點(diǎn)，計(jì)算主軸電機(jī)輸出扭矩時(shí)一般均將30分鐘超載扭矩做為標(biāo)準(zhǔn)扭矩?cái)?shù)值。（2）扭矩值為kg.m時(shí)除于0.102即可換算成Nm。

（三）主軸電機(jī)恒扭矩轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)輸出功率的計(jì)算

計(jì)算的目的：當(dāng)主軸電機(jī)在恒功率轉(zhuǎn)速范圍下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的下降，主軸電機(jī)的輸出功率亦隨之下降，此時(shí)在切削參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)，極易出現(xiàn)悶車現(xiàn)象，計(jì)算出主軸電機(jī)特定轉(zhuǎn)速下的輸出功率，是為校核切削時(shí)所消耗的功率是否符合為目的。公式：P（kw）=1.0269×n(r/min)×T（kg.m）/1000式中：P（kw）：所要求得的電機(jī)功率n（r/min）：電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速（恒扭矩段內(nèi)）T（kg.m）：電機(jī)的恒扭矩值舉例：仍以FANUC α12型主軸電機(jī)為例（11/15kw）（1）電機(jī)30分鐘超載時(shí)的輸出扭矩：（2）求電機(jī)在1000轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)的輸出功率（30分超載）？P（kw）=1.0269×1000r/min×9.74(kg.m)/1000=10.002kw

（四）機(jī)床主軸額定輸出扭矩及最大輸出扭矩的計(jì)算：

●計(jì)算的目的：

電機(jī)上所輸出的扭矩不等于是主軸上所輸出的扭矩，因?yàn)樵跈C(jī)床主傳動(dòng)鏈上常采用皮帶輪或變檔齒輪等進(jìn)行降、升速，如采用的是降速傳動(dòng)時(shí)，則有一個(gè)降速比i對(duì)電機(jī)輸出扭矩的放大作用，這就是機(jī)械設(shè)計(jì)上常采用一個(gè)小功率電機(jī)，通過大的降速比來拖動(dòng)大的運(yùn)動(dòng)負(fù)載的原因。

公式：式中：M：主軸的輸出扭矩（kg.m）N：主電機(jī)額定功率或30分超載功率（KW）Nj：主電機(jī)恒功率時(shí)的拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速（r/min）i：傳動(dòng)鏈降速比 η：機(jī)械傳動(dòng)效率（皮帶輪直接傳動(dòng)時(shí)取0.96）注：根據(jù)數(shù)控機(jī)床切削作業(yè)的特點(diǎn)，計(jì)算主軸的輸出扭矩時(shí)，一般均按主軸30分鐘超載時(shí)的最大輸出扭矩來計(jì)算。

下面所述的“車、銑、鉆方式下主軸及電機(jī)所需功率的計(jì)算”，計(jì)算車、銑、鉆不同切削方式時(shí)公式中的每kw金屬去除率MRt，MRm，MRd值，應(yīng)從相應(yīng)的切削手冊(cè)或資料中查出。 a.車削時(shí) 切削條件（1）主軸轉(zhuǎn)速：Ns（r/min）（2）工件直徑：Dt (mm)（3）進(jìn)給速度：fr（mm/r）（4）切削深度：t (mm) （切削公式）（1）切削速度：Ⅴc =π×Dt×Ns (mm/min)（2）進(jìn)給率：fm = fr×Ns（mm/min）（3）金屬去除率：Q = t×fr×Vc/1000 (cm3/min)= t×fr×π×Dt×Ns/1000 (cc/min) Q =π×Dt×t×fm/1000(cc/min)（4）機(jī)床主軸所需功率：Ps=Q/MRt（KW）式中：MRt=每kw的金屬去除率（cc/min/kw）（5）主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率：PM = 1/η×Q/MRt式中：η=主軸驅(qū)動(dòng)的效率（%）b.銑削時(shí)（切削條件）（1）主軸轉(zhuǎn)速：Ns（r/min）； （2）銑刀直徑：Dm（mm）（3）銑削寬度：W（mm）； （4）銑削深度：t（mm）（5）銑刀齒數(shù)：n（齒數(shù)）； （6）進(jìn)給：ft（mm/每齒）（切削公式）（1）切削速度：Ⅴc=π×Dm×Ns (mm/min)（2）進(jìn)給率：fm=ft×n×Ns（mm/min）（3）金屬去除率：Q=W×t×ft×n×Ns/1000 (cm3/min)Q=W×t×fm/1000(cc/min)（4）機(jī)床主軸所需功率：Ps=Q/MRm（KW）式中：MRm=每kw的金屬去除率（cc/min/kw）（5）主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率：PM=1/η×Q/MRm（kw）式中：η=主軸驅(qū)動(dòng)的效率（%）c.鉆削時(shí)（切削條件）（1）主軸轉(zhuǎn)速：Ns（r/min） （2）鉆頭直徑：Dd（mm）（3）進(jìn)給：fr（mm/r）（切削公式）（1）切削速度：Ⅴc =π×Dd×Ns (mm/min)（2）進(jìn)給率：fm = fr×Ns（mm/min）（3）金屬去除率：Q=π/4×Dd2×fr×Ns/1000 (cm3/min)Q =π/4×Dd2×fm/1000(cc/min)（4）機(jī)床主軸所需功率：Ps = Q/MRd（KW）式中：MRd = 每kw的金屬去除率（5）主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率：PM = 1/η×Q/MRd（kw）式中：η = 主軸驅(qū)動(dòng)的效率（%）