انتخاب پارامترهای ماشینکاری (DOC محوری، DOC شعاعی، بار تراشه، سرعت اسپیندل و سرعت سطح) توسط عوامل بسیاری محدود شده است. این موارد عبارتند از:
- عمر ابزار
- استحکام لبه برش
- کیفیت سطح قطعه کار
- کاهش سروصدا
- تخلیه تراشه
دو محدودیت اساسی در عملکرد ماشینکاری، گشتاور و قدرت موتور اسپیندل است. مشخصات محدودیت‌های گشتاور و توان، اغلب در منحنی‌های گشتاور و قدرت از سازندگان ماشین ابزار موجود است. درک این منحنی‌ها با درک شرایط شروع می‌شود. کلمات نیرو، گشتاور، کار و قدرت اغلب به صورت آزاد به کار می‌روند، اما تعاریف فنی خاصی دارند.
نیرو باعث می شود جسمی با جرم m در جهت خطی شتاب بگیرد و شتاب مستقیماً با نیرو متناسب است (F = ma). حرکت خطی (x) دارای واحد متر است. سرعت (v) نرخ تغییر موقعیتی است و دارای واحدهای متر بر ثانیه است. شتاب (a) نرخ تغییر سرعت است و دارای واحدهای متر بر مجذورثانیه است.
واحد نیرو در سیستم متریک نیوتن است. تقریباً 4.45 نیوتن در هر پوند نیرو وجود دارد(برای کسانی که سیستم اندازه گیری انگلیسی را ترجیح می‌دهند). واحد جرم در سیستم متر یک کیلوگرم است. از آنجا که F = ma، 1 نیوتن از نظر ابعادی برابر با 1 kg.m/sec2 است.
اگر جسمی حول یک محور بچرخد (مانند دوک)، موقعیت زاویه‌ای آن (θ) که معمولاً بر حسب رادیان اندازه‌گیری می‌شود، مشابه موقعیت در مورد حرکت خطی است. رادیان یک اندازه گیری بدون بعد از زاویه است و 2π رادیان در هر چرخش وجود دارد. سرعت تغییر موقعیت زاویه‌ای سرعت زاویه‌ای (ω) است که بر حسب رادیان در ثانیه اندازه‌گیری می‌شود. نرخ تغییر سرعت زاویه‌ای، شتاب زاویه‌ای (α) است که بر حسب رادیان در ثانیه اندازه‌گیری می‌شود.
همتای دورانی جرم، ممان اینرسی (I) است که دارای واحدهای نیوتن. متر است. مفهوم ممان اینرسی، مشابه دشوارتر بودن شتاب دادن به یک جسم پرجرم، بیان می‌کند که ایجاد شتاب چرخشی برای جسمی با جرم زیاد یا جایی که جرم دور از محور چرخش قرار گرفته است، دشوارتر است.
همانطور که نیرو باعث شتاب خطی یک جرم می‌شود، گشتاور نیز باعث شتاب زاویه‌ای یک گشتاور جرمی اینرسی می‌شود (T = Iα). گشتاور دارای واحدهای نیوتن متر است. ممکن است آن را مانند یک دست روی آچار تصور کنید. گشتاور را می توان با فشار بیشتر یا با افزایش طول آچار افزایش داد.
در یک موتور اسپیندل، گشتاور ناشی از جریانی است که در یک حلقه در یک میدان مغناطیسی جریان دارد. میدان مغناطیسی ممکن است توسط آهنرباهای دائمی یا در یک آهنربای الکتریکی ایجاد شود. برای مثال، محدودیتی در گشتاور موجود ناشی از قدرت میدان مغناطیسی و حداکثر جریانی که سیم می‌تواند حمل کند وجود دارد.
در حرکت خطی، کار انجام شده توسط یک نیرو بر حسب نیرو ضربدر فاصله داده می‌شود و دارای واحدهای نیوتن متر یا ژول است. در حرکت چرخشی، کار با گشتاور ضربدر چرخش یا نیوتن متر ضربدر رادیان‌های بی بعد داده می‌شود، بنابراین کار در حالت چرخشی نیز دارای واحدهای ژول است.
توان برابر کار در واحد زمان است. در حرکت خطی، توان توسط نیرو ضربدر سرعت، بر حسب نیوتن متر/ثانیه یا وات داده می‌شود. در حرکت دورانی، قدرت توسط گشتاور ضربدر سرعت چرخش (P = Tω)، دوباره بر حسب وات داده می‌شود.
گشتاور و قدرت موجود در یک اسپیندل با تغییر سرعت اسپیندل تغییر می‌کند. نمودارهایی که این تغییرات را نشان می‌دهند، منحنی گشتاور و منحنی قدرت هستند. انواع زیادی در طراحی وجود دارد، اما دو شکل اصلی منحنی گشتاور و قدرت وجود دارد: گشتاور ثابت و گشتاور ثابت و به دنبال آن قدرت ثابت.
شکل 1 منحنی‌های گشتاور و قدرت را برای یک موتور با گشتاور ثابت نشان می‌دهد. گشتاور در سراسر محدوده سرعت اسپیندل ثابت است و با افزایش سرعت، توان به صورت خطی افزایش می‌یابد. در این حالت، موتور اسپیندل حدود 1 کیلو وات در هزار دور در دقیقه تولید می‌کند (5 کیلو وات در 5000 دور در دقیقه، 10 کیلو وات در 10000 دور در دقیقه و غیره). این طرح برای اسپیندل‌های با سرعت بالا رایج است.
شکل 1. منحنی گشتاور و منحنی قدرت برای یک اسپیندل با گشتاور ثابت.
شکل 2 منحنی‌های گشتاور و توان را برای یک موتور اسپیندل با گشتاور ثابت و به دنبال آن توان ثابت نشان می‌دهد. این نوع طراحی بیشتر برای اسپیندل‌هایی که برای استفاده در محدوده سرعت پایین‌تر در نظر گرفته شده‌اند رایج است و معمولاً گشتاور بیشتر است. این دوک‌ها با سرعت کمتری به حداکثر قدرت خود می‌رسند و سپس گشتاور کاهش می‌یابد.
شکل 2. منحنی گشتاور و منحنی قدرت برای یک دوک با گشتاور ثابت و به دنبال آن قدرت ثابت.
در هر دو حالت، میانگین توان مصرفی در برش باید کمتر از توان موجود در موتور اسپیندل باشد. توان تقریباً متناسب با نرخ حذف فلز است، بنابراین منحنی توان یک محدودیت اساسی برای mrr قرار می‌دهد. در هر دو مورد، قدرت کمی در سرعت‌های اسپیندل پایین در دسترس است. در حالی که توان لحظه‌ای ممکن است از حد مجاز فراتر رود (برای مدت کوتاهی اسپیندل مانند چرخ فلایویل عمل می‌کند)، قدرت برشی بیشتر از قدرت دوک موجود باعث توقف دوک می‌شود. برنامه نویسان NC هنگام نوشتن یک برنامه باید mrr و توان برنامه‌ریزی شده را با منحنی توان مقایسه کنند.
