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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
, T* R5 r9 A; ]1 V( B- _ (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)。0 ~( G/ |1 m: e0 I3 i
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)/P0 ~. q5 E0 B3 A! d! p
∑7 G1 X% i- r% g6 w
i=16 w' W% c& F X" o3 L; O
(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。
: V- m1 _3 r+ I. i 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/10002 L& T# ^) ]3 K# ^% s$ x: ~
(3)对于有m个台阶的阶梯形类零件,m ti/T=1/P
0 ?1 A6 y) r7 Z1 t( ^ ∑, D6 u7 Z9 g$ m
i=1, [& O1 l4 C9 M; k A; B" P% S V
(4) 式中T为刀具耐用度。( { i; _# ]4 H# B5 U
那么,1/P= m ti/T=pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCT: ^- ? z" }3 ?* g, s
∑ ∑
# H8 x" i. o$ X5 \+ l& D8 e i=1 i=1" D8 G- z( {/ i$ O
(5) CN=M/(fN) m Li+Mtct+(Mtct+Ct)pxNx-1fy-1apz( m DixLi)/1000xCt5 v; q* e: h8 |; @) e- c* K# W
∑ ∑
/ q3 F# [( R) ?: x6 w" Y4 A7 Q i=1 i=1" }9 I1 P* p$ c* T6 L
(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
* B/ q* d3 }6 @) e& `% e1 Q ∑ ∑. U! p2 Z7 y/ Y' Z; K5 `
i=1 i=1
) O" [# p4 k3 D- k 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
5 y* C8 G, }, e; s# ?- u( [3 c/ C7 C ∑7 ?1 ]) M; O. s5 u! }) j' ?0 ]& e4 W
i=1: g& M# z$ C- n) p
(8) 其中:1/P=pNx-1fy-1apz( m DixLi)/(1000xCT
: U1 [: Q# w) N7 k ∑3 y; F7 `! u* @8 N" A7 R" J
i=1
3 n: Y, O' v2 V* M4 h$ g (9)导出最低成本的切削速度为:vmin*C=[MCt/[(x-1)(Mtct+Ct)fyapz]1/x (10)
$ N% i7 H+ |5 D$ i 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。6 w7 R5 S/ p3 ]5 F# N
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* r: ]! {, `' s: [$ B
刀具耐用度方程 T=8.3*1011/(V5f1.75ap0.75)min
# N" ~( q- z+ S7 e" Q' F 进给量 f=0.6mm/r
9 R4 M9 Z# u: ~+ W1 e 切削深度 ap=1mm
* C' d* v. p/ j 除换刀外其它辅助工时 tot=3min9 ]6 |& U% O/ F
刀具更换时间 tct=0.8min
; o9 `7 a& I. A7 m$ X3 R! ^ 主轴转速改变时间 tg=0.1min
5 d! g* s9 N% b6 m1 a7 ^ 刀具成本 Ct=4元/刃
8 N5 C) t2 L8 p5 Z! k 该工序单位时间内分0 L* v, W/ R1 z7 i4 V/ U# D
担的全厂开支 M=1元/min! i8 [! ]% @- i$ R; 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。 |
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