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
$ ?0 Z3 Z$ I! N" P　　(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)。
; E( Y/ m5 h" g3 E, q　　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
　　∑
/ G4 l1 k% b( _  y" C8 w　　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。
9 x# t! y9 P; v4 o+ c　　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
& |& P- r. c1 Z1 ^　　∑
6 @$ b0 \; u( r$ K) T0 I. t5 q　　i=1
8 J9 ^: l- p: g! l# ^% t/ r& C　　(4) 式中T为刀具耐用度。
1 O- c# _3 n! K5 b/ a+ q　　那么，1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT
# u& ^) x% @/ `$ U8 I) ]) F　　∑ ∑
, D  @$ ]" W, P: b　　i=1 i=1
　　(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt
  P' |$ @) m4 \' p& f4 l　　∑ ∑
　　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
　　∑ ∑
% U+ M! `# _! {: H7 u; U　　i=1 i=1
" {  S, H/ y1 [　　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. x6 y' q# R8 h% t　　∑
　　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)
3 w0 [0 u0 {3 Q' }& h　　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。
　　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
　　刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
　　进给量 f=0.6mm/r
6 o) K5 ~$ U# C; P' |/ t7 v　　切削深度 ap=1mm
5 x* r* J' a4 S( s) o# E: ~+ L3 A- y　　除换刀外其它辅助工时 tot=3min
4 j8 n& D( f# ^" u0 O/ P# B　　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
　　该工序单位时间内分
　　担的全厂开支 M=1元/min
) Q0 o' ^4 F  E( h/ E5 n; f( I, }　　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。