车削阶梯形零件的切削速度选择

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金属切削加工的最优目标是最大限度地提高经济效益。实现这一目标的可变参数相当多，而切削用量的合理选择尤为重要。对于车削等直径圆柱体的经济性已有研究，但在工厂中经常会遇到不等直径的梯形类零件，而车削这类零件可以有两种选择切削速度的方法，即恒转速法和恒切削速度法。本文分析了这两种方法加工阶梯形类零件的经济性，为车削阶梯形类零件选择切削速度提供了依据。　　1 车削阶梯形类零件的加工成本　　在车削阶梯形类零件中，第i个台阶面一次切削行程的机加工时为:ti=pDiLi/(1000fivi)=Li/Nif
　　(1) 式中：i——表示零件的第i个台阶面;Di——第i个台阶面的直径(mm);Li——第i个台阶面的轴向长度(mm); vi——车削第i个台阶面的切削速度(m/min);f=进给量(mm/r);Ni——车削第i个台阶面的主轴转速(r/min)。
  n0 F- A- }; z4 m  D　　对于有m个阶梯的零件，每个零件的工序加工成本为:C=pm/(1000f) m DiLi/vi+Mtvt+(MIct+Ci)/P
　　∑
, L- a) C# H) L8 {　　i=1
　　(2) 式中：M——该工序单位时间内分担的全厂开支(元/min);tvt一除换刀外的其它辅助工时(min/件);tct——刀具更换时间(min);Ct——刀具成本(元/刃);P——刀具每一个切削刃达到刀具耐用度标准前加工的零件数。
　　2 恒主轴转速法车削阶梯形类零件的加工成本及最佳切削条件的确定　　恒主轴转速法车削阶梯形类零件，即在车削过程中主轴转速不变，而每个台阶面的切削速度是变化的。令主轴转速为N，那么第i个台阶面的切削速度为:vi=pDiN/1000
9 }& m. l, L$ U; i4 o$ l- }　　(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件，m ti/T=1/P
　　∑
; p& @4 k/ a  }2 ~) H7 U# M% h　　i=1
5 S# V/ D  s+ M7 M1 X　　(4) 式中T为刀具耐用度。
0 Q' P% j9 `; p$ ], k% |4 Z& K　　那么，1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
　　∑ ∑
　　i=1 i=1
" L1 i. b3 n: t2 X" l9 @; }　　(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
　　∑ ∑
. l& S' Z# s0 `! \5 F　　i=1 i=1
, o6 z3 r% U$ W$ R0 W　　(6)同理可导出最低加工成本的主轴转速为:Nmin*C=[1000xCtM m Li/[(x-1)(Mtct+Ct)pxfy] m DixLi]1/x
　　∑ ∑
　　i=1 i=1
　　3 恒切削速度法车削阶梯形类零件的加工成本及最佳切削条件的确定　　以恒切削速度法车削阶梯形类零件，在加工过程中需改变主轴转速。其加工成本应在方程(2)的基础上再加上变换转速所需时间的成本。令tg为改变主轴转速所需时间，则转速改变增加的成本是Mmtg，这样，恒切削速度法车削每个阶梯类零件的加工成本为:Cp=pM/(1000Fv) m Di*Li+Mtct+Mmtg+(Mtct+Ct)/P
1 L! S7 c) H+ C) n$ `; @; U　　∑
* N6 }. r4 ~9 m' G7 |/ Z　　i=1
　　(8) 其中：1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
　　∑
　　i=1
& V# J* n# \' O. Q7 m5 x　　(9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)
7 n- p1 R) n' r* L+ ?. W　　4 两种方法的加工成本比较　　使用表1所列数据，对恒转速法和恒切削速度法车削图1示零件的加工成本进行比较，计算结果见图2。
- _: A" N- K# v, c: E　　图2 直径比和加工成本的关系 表1 计算加工成本使用的数据 定义 符号和数据
. I' Y; y" u1 C5 A9 g　　刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
' d7 |% q& C& W$ z　　进给量 f=0.6mm/r
　　切削深度 ap=1mm
　　除换刀外其它辅助工时 tot=3min
　　刀具更换时间 tct=0.8min
5 e! Q# w4 y0 N7 l3 A0 d　　主轴转速改变时间 tg=0.1min
: \0 u6 q$ `! r* ~　　刀具成本 Ct=4元/刃
0 ^" ?7 @9 o$ V& ^, O: V+ U　　该工序单位时间内分
　　担的全厂开支 M=1元/min
9 j) ~1 S3 l7 G0 K3 w* F　　5 结论　　由计算结果可以看出1)当阶梯形零件为小直径比情况下，恒转速法车削比恒切削速度法车削的加工成本低，所以应采用恒转速法切削。(2)对于较大直径比的阶梯形类零件，采用哪种方法有利，取决于零件的加工长度L1和L2，L1和Lt越小，恒转速法车削有利的直径比范围越大，反之亦然。(3)对于大直径比的阶梯形类零件，恒切削速度法的加工成本低，所以应采用恒切削速度法。