台达变频器在切削力丈量试验中的使用

1 引 言

金属切削原理是研讨金属切削加工规则的一门技术科学。金属资料的切削加工是用硬度高于工件资料的刀具在工件上切去一部分金属，然后得到满足要求的形状精度、尺度精度和表面质量[1,2]。研讨金属切削加工规则关于进步产品质量和出产功率至关重要，故此金属切削原理是全国高校一切机械类专业基础课的必修内容。

金属切削进程可理解为切削层金属(工件上要被切去的金属层)受刀具的推挤后发生塑性变形，从工件上别离下来构成切屑的进程。切削层金属的变形是刀具给予力作用的成果，这个力便是切削力，它是金属切削进程中重要现象之一[1-4]。影响切削力的要素有许多，切削速度对其影响有着较为特别的规则。传统的试验中，切削速度受工件直径的影响，导致试验作用不明显，甚至不抱负。

本文拟选用变频器完成机床主轴的无级调速，进而是切削速度也能无级改变，然后使每次试验都能得到较为抱负的试验作用。

2 切削速度对切削力的影响规则

切削脆性金属资料时(如灰铸铁、铅黄铜等)，切屑呈崩碎状，塑性变形小，刀-屑冲突小，故切削速度对切削力的影响不大。但切削塑性金属资料时(如45钢、球墨铸铁等)，切削速度对切削力的影响如图1所示。一般地，切削力分为x，y，z方向的3个分力，其间z方向的分力为主切削力，用Fc表明。由图1可看出，Fc随切削速度vc的升高，呈现“减-增-减”的趋势，Fc-vc的这种联系又称为“驼峰曲线”，这主要是受积屑瘤的影响所造成的。塑性资料切削中，在vc不高而又能构成接连切屑时，刀具切削刃邻近常常粘着一块剖面呈三角形的硬块，称为积屑瘤，其高度Hb受vc影响，Hb越高，使得实践前角越大，导致切削力越小。vc<20m/min时，随vc的升高，Hb逐步升高，使Fc逐步减小，在vc=20m/min邻近，Hb升至最高，使Fc呈现极小值；在20m/min 30m/min时，随vc的升高，再无积屑瘤呈现，Fc缓慢减小。

3试验中的问题

一般经过车削试验得到图1中的曲线，但车削中vc由式(1)核算而得。

式中 d——工件直径(mm)；
n——主轴转速(r/min)。

由式(1)可知，试验中d越来越小，使vc受到影响，工件直径不能过小，否则会因刚度缺乏而发生振荡。n是在机床上经过转速手柄调理传动齿轮完成的一系列转速。例如CA6140车床主轴有10、12.5、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400、450、500、560、710、900、1120及1400 r/min共24级转速。而驼峰曲线中的极值点只呈现在vc<40~50m/min的情况下。图2给出了工件直径对切削速度的影响。不难看出，受工件直径影响，齿轮合作的有级调速时，当20m/min < vc <50m/min时，只要4~5个数据点，不容易刚好得到“驼峰”中的极值点。故此需求对机床主轴进行无级调速，使切削速度接连改变，然后得到驼峰曲线中的极值点。

图2 工件直径对切削速度的影响

4用变频器完成机床主轴的无级调速

4.1 变频器调速的电气操控

为了可以使vc接连改变，即主轴转速无级改变，选用台达VDF075V43A型变频器对CA6140车床主电机进行无级调速。图3给出了变频器调速的电气操控接线图。需求无级调速时，由按钮SBB闭合接触器KMH和KMB(KMY断开)；不需无级调速时，由按钮SBY闭合接触器KMY (KMH和KMB断开)，这样一机两用。实践应用时，还必须对变频器的参数进行必要调整[5]。电机的发动和中止由按钮SB操控，工作频率由滑动变阻器R给定，设定规模是0~50Hz。