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
* r# L8 [; @: g. |  U* }2 k+ ]　　(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)。
　　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
　　∑
) h* y: h0 `1 W7 H4 ^$ H　　i=1
1 U: g  w0 j. l' B& V  r　　(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
　　(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件，m ti/T=1/P
/ y! [' a8 |: z8 n　　∑
　　i=1
　　(4) 式中T为刀具耐用度。
　　那么，1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
$ t9 F  s1 j0 x1 G　　∑ ∑
$ r: u- K* A5 A- Z5 j　　i=1 i=1
5 J7 i6 `% m, Z( H　　(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
% {4 v9 |6 B' N/ C5 `　　∑ ∑
　　i=1 i=1
　　(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
　　∑ ∑
- f% A  z5 q0 }" l7 ~4 |/ J　　i=1 i=1
) b0 {: D0 }1 z# A& ?& O$ O　　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
　　∑
　　i=1
　　(8) 其中：1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
# L" G5 T" G: R& L/ Q: N　　∑
8 e" J) H/ b+ E" N& y　　i=1
　　(9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)
　　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。
" I( O$ f$ \. B6 ^+ l7 ^  b　　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
$ A7 h5 Z, i! {6 ^! u4 a4 S7 I0 C' H　　刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
5 j& J+ `2 M" i# }( b　　进给量 f=0.6mm/r
　　切削深度 ap=1mm
8 N) E- a+ O+ D: h. j; i. d- \, _) ~3 |　　除换刀外其它辅助工时 tot=3min
0 N7 s7 z1 @! m# F' v　　刀具更换时间 tct=0.8min
　　主轴转速改变时间 tg=0.1min
　　刀具成本 Ct=4元/刃
" P1 t, b9 Q: W( P1 @　　该工序单位时间内分
　　担的全厂开支 M=1元/min
+ {# B/ p0 V2 `! g$ M) x$ _　　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。